学习永磁电机控制的正确方式

文摘   教育   2024-11-18 11:36   上海  


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永磁电机在开环控制情况下调速运行时,不需位置传感器和速度传感器,只要改变供电电源的频率便可调节电动机的转速,比较简单。变频器供电的永磁电机加上转子位置闭环控制系统便构成自同步永磁电动机,其中反电动势波形和供电电流波形都是矩形波的电动机,称为矩形波永磁同步电动机,又称无刷直流电动机。而反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电动机,称为正弦波永磁同步电动机,就是我们常说的永磁同步电动机。
无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的,其内部发生的电磁过程与普通直流电动机类似,因此可用类似于有刷直流电动机的分析方法进行分析。因此在培训开始前,我们首先进行了直流电机及拖动部分内容的讲解,主要包括:
  • 直流电机的工作原理
  • 直流电机的电磁转矩及电动势
  • 直流电机的运行分析
  • 直流电机的启动、调速及制动
从直流电机基本理论出发,全面介绍直流电机的反电势、电磁转矩等内容,对直流电机的启动、运行、制动等特点全面分析,以便于大家了解直流电机的工作特点。接下来是单相无刷直流电机的一个案例,内容包括:
  • 单相无刷电机控制原理

  • 霍尔传感器

  • 控制方案设计

  • SPWM原理详解

  • 基于MA51F8203芯片的底层实现

通过从霍尔传感器、控制方案硬件设计、SPWM原理、软件实际实现等几个方面完整的介绍了单相无刷直流电机风机的控制方案。然后在大家比较关心的三相永磁无刷直流电机的章节分两部分重点展开,首先也是理论部分:

  • 三相直流无刷电机原理

  • 三相霍尔传感器

  • 基于反电势过零和比较器过零原理详解

  • 无霍尔传感器直流无刷电机启动方式介绍

  • 无霍尔传感器直流无刷电机常见问题解析

这里对于目前常用的无霍尔传感器的直流无刷电机控制,详细介绍常用的反电势过零点检查方式,以及实现中的ADC和比较器方法,对于常用的无位置传感器的直流无刷电机控制的几种常用的启动方式也会详细介绍,包括经常遇到的问题及解决方法。然后通过实例演示和互动环节来加深学习从理论到实践的应用:
  • 车载随身吸需求分析

  • 基于MS8046A0YP芯片的硬件设计

  • MOSFET基础知识

  • MOSFET开关过程详解

  • 基于MS8046A0YP芯片的底层实现

  • “随身吸”实例调试互动

通过随身吸这个案例全面剖析无位置传感器方式的实现,从随身吸的需求分析,硬件设计选择、并对硬件部分涉及到的MOSFET基本原理及开关过程进行详解、软件底层实现等几个方面进行全面解析,有条件的学员们可以拿起小型示波器、小电机、控制板一起动起来,完成超火爆的随身吸方案开发。

永磁同步电机的控制实现主要分为有感和无感FOC两大部分,在搞清楚这些之前深入学习掌握永磁同步电机相关的控制理论也非常重要,主要有三方面内容比较关键。首先是永磁同步电机的基本原理及运行分析,这块的要点有:

  • 永磁同步电机的结构及基本工作原理

  • 永磁同步电机的物理模型

  • 永磁同步电机的动态数学模型

  • 永磁同步电机的矢量控制

  • 弱磁控制与定子电流最优控制

  • 定子磁场定向矢量控制

这里涵盖了从永磁同步电机的结构、基本原理、物理特性、数学模型等几个方面的理论内容,对于永磁同步电机的几种控制方式还需要进一步学习和了解的是:

  • 常见的几种控制策略

  • 直接转矩控制原理及控制方式

  • DTC的最优控制和弱磁控制

  • 矢量控制和直接转矩控制对比分析

以上两块是针对永磁同步电机矢量控制(FOC)、直接转矩控制(DTC)以及常用的弱磁、MTPA等矢量控制方式的详细展开,这些都是非常重要的永磁同步电机控制理论基础。还有一部分不可或缺的内容是空间矢量调制(SVPWM):

  • SVPWM原理

  • 七段式和五段式

  • 矢量合成Uref所在扇区判定

  • 基本矢量作用时间计算与三相PWM波形的合成

通过这部分内容学习要了解和掌握的是SVPWM的原理及其软件具体实现方式,以及坐标变换及其常用的软件实现方式。以上这些都是为FOC方案开发打下一个坚实的基础,掌握了这些,再来看使用霍尔位置传感器的童车方案做的FOC实现就更容易理解了:

  • 童车方案需求分析

  • 童车方案硬件电路设计

  • FOC详解

  • 电流采样详解

  • 基于 Hall传感器的角度估算

  • 软件框架介绍

  • 实际运行及波形介绍讲解

这里会涉及电流采样中常用的单电阻、双电阻、三电阻采样的实现及注意事项,以及对于霍尔传感器的角度估算,通过一些视频及实际运行的波形图片的解析可以加深对FOC的理解。

对于无感FOC方案开发,采用滑模控制是比较常用的重要的方式:

  • 滑模控制的基本原理

  • 传统滑模观测器设计

  • 基于反正切函数的转子位置估算

  • 基于锁相环的转子位置估算

学习滑模观测器的原理,可以全面了解滑模的优缺点。同时,对于常用的基于反正切函数的转子位置估计和基于锁相环的转子位置角度估计要做重点学习。无感FOC案例是以水泵方案开发展开的:

  • 滤波器简述

  • 水泵方案需求分析

  • 水泵方案硬件电路设计

  • 基于MS8080软件方案介绍

  • 实际运行解析

在进入正式学习前先要了解滤波器方面的知识,有了前面这些基础,再详细学习无感FOC所需要的基本硬件,和从软件上如何通过滑模观测器以及基于滑模、锁相环的角度观测器来实现无感FOC方案,然后通过对实际波形解析做深入理解。

学好永磁电机控制并进行方案开发,要掌握的知识点很多。如何以一种合理的方式将所有关键内容串联起来,会让学习事半功倍。我们策划的学习路线正是顺应了理论与实践的最佳融合。丛老师有着十余年的电控行业从业经验,以其对永磁电机控制原理的深入理解,结合实际量产项目产品级的方案开发思路,相信通过这样一系列的学习过程,无论是基础入门的学员还是有实际问题需要解决的朋友都会有所收获。时间原因可能现场无法演示每一个案例,但是会对关键的底层实现方法进行讲解并可以提供几个实例方案的代码,可应用于其他项目方案的开发。我们还编写了相应的培训教材,作为培训学习巩固复习的辅导资料,希望对大家在永磁电机控制器的开发和学习过程中以及具体工作的开展和应用中问题的解决提供更多的帮助:

欢迎对永磁电机控制有迫切学习需求的朋友扫描海报二维码报名,关于本次培训的详细情况介绍如下:


01

授课背景

本课程是专门针对电机控制软件、硬件、测试、技术支持等相关人员量身打造的一款技术培训课程。对于从事电机控制专用MCU芯片服务相关的人员有很大的帮助。本课程尤其适用于从事电动工具、电动自行车、风机控制、水泵控制、智能家居等行业的电机控制技术人员。

电机是工业和生活设施的主要动力,随着电气化和现代社会自动化程度的发展,电机的作用越来越大,电机行业永远是一个朝阳的产业,社会自动化程度越高,人类会变得越懒惰,越是需要电机来解放人类的体力劳动,电机拖动系统应运而生。电机拖动在我们的生活中无处不在,小到我们常用的剃须刀、筋膜枪、智能门锁;大到冰箱压缩机、洗衣机电机、电动汽车等。电机拖动绝不仅仅是转起来而已,我们需要的是更高效率高能量转换率的电机控制方案。
随着社会智能化的加速,随着智能家居万物互联的逐渐兴起,电机拖动已经越来越多地覆盖在我们生活的周围。社会对电机控制的专业人才需求也越来越旺盛。目前社会上电机控制专业人才整体还是体现出理论知识薄弱、实操能力弱、不会分析具体问题等特点。究其原因,主要是以下几点:一是电机学课程比较枯燥乏味,需要比较深的数学理论功底,课程缺乏趣味性,导致高校学生不喜欢选择这门课程;二是在学校里虽然有理论课程支撑,但是实际的电机控制方案需要更多的是理论联系实际,需要很强的实操能力,仅凭学校里面学的仿真不足以真实的反映出实际的电机使用工况;三是电机控制需要比较强的综合知识能力,对于电力电子器件需要有一定的知识积累,电机控制,并不是软件会编程就可以,一个好的电机控制工程师是需要软硬件结合,整体考虑去解决实际问题,对于很多由于电力电子器件及电机本身的感性负载特性带来的一些问题,需要可以精准的定位到问题所在并且解决它。
因此,许多电气电子专业的毕业生和一些刚加入到电机控制行业的专业技术人员急需找到一个可以让他们入门并且看到未来的课程,一个既有理论知识,又有实际软件编程教学,又有实际硬件设计教学,还有软件修改项会带来哪些变化并且可以用示波器观察讲解这样的一门课程。这门课程既可以让他们快速提升专业理论知识又能短期掌握实操技能,本课程正是基于这些需求精心策划开发出的一款培训课程。

02

课程简介

课程内容由四大板块组成,每个板块都有详细的实际案例解析,也会提前介绍相关的理论知识、硬件设计要点、软件实现详解等,在每个模块的最后部分都是实际应用案例的详细解析,多数是基于锂电池电压平台开发,课上学员们就可以互动调试,可以根据讲解的参数修改说明适当修改,通过示波器实际观察波形:
  • 单相永磁直流无刷电机控制部分从直流电机基本理论出发,全面介绍直流电机的反电势、电磁转矩等内容,对直流电机的启动、运行、制动等特点全面分析,了解直流电机的工作特点。最后,通过使用单相无刷电机的DC-FAN方案,从霍尔传感器、控制方案硬件设计、SPWM原理、软件实际实现等几个方面完整地介绍DC-FAN方案,课上的学员们可以一起互动学习。

  • 三相永磁直流无刷电机控制部分会详细介绍三相直流无刷电机的工作原理,其中可以体会同步电机和异步电机的异同,对于目前常用的无霍尔传感器的直流无刷电机控制,也会详细介绍常用的反电势过零点检查方式,以及实现中的ADC和比较器方法介绍,对于常用的无位置传感器的直流无刷电机控制的几种常用的启动方式也会详细介绍,经常遇到的问题及解决方法也会详细介绍。最后通过一个随身吸这个案例全面剖析无位置传感器方式的实现,从随身吸的需求分析,硬件设计选择、MOSFET基本原理及开关过程详解、软件底层实现等几个方面进行解析,课上学员们可以拿起小型示波器、小电机、控制板一起动起来,完成超火爆的随身吸方案开发。

  • 三相永磁同步电机控制部分从PMSM的结构、基本原理、物理特性、数学模型等几个方面做理论上的详细介绍,对于PMSM的控制,矢量控制、直接转矩控制(DTC)都会介绍,常用的弱磁、MTPA等矢量控制方式也会详细介绍。本部分还会重点介绍SVPWM的原理及其软件具体实现方式,坐标变换及其常用的软件实现也会详细介绍。最后通过一个使用霍尔位置传感器的电动童车方案做FOC的实现精讲,本部分还会详细讲解电流采样中常用的单电阻、双电阻、三电阻采样的实现及注意事项,对于霍尔传感器的角度估算也会介绍,由于本例的方案无法现场演示,会通过一些视频及波形图片给学员进行详细解析。

  • 无位置传感器的FOC控制部分会详细介绍滑模观测器的原理,让大家全面了解滑模的优缺点。对于常用的基于反正切函数的转子位置估计和基于锁相环的转子位置角度估计会详细介绍。在具体的案例中,从智能马桶水泵方案入手分析,从硬件和软件出发,详细介绍无感FOC所需要的基本硬件,也从软件实现上介绍了滑模观测器和基于滑模、锁相环的角度观测器,从一些实际波形向大家具体介绍。

课程集电机学原理、电力电子技术、控制器开发等于一身,力求由浅入深,降低基础门槛;深入浅出,讲解通俗易懂;既注重基础理论又兼顾实战操作,既有理论推演又有实战案例,既顾及新手上路又关注能力提高。

03

授课老师

丛凤龙目前就职于无锡晟轶科技有限公司,产品总监职位。从事电机控制十余年,在行业内有较高的专业威望和学术造诣,理论基础扎实,参与主导完成过电动自行车控制器、电动工具控制器、风机类控制器,汽车散热风扇,汽车水泵,汽车油泵,座椅通风,天窗控制等方案的开发,量产经验丰富。拥有多项电机控制算法的发明专利及多项控制器的实用新型专利。西莫电机圈技术团队电控领域负责人。

本课程凝聚了老师多年丰富的工作经验和科研成果,相信通过本课程短期的培训,必将使您收获满满,飞跃长进。

04

授课对象

◆ 电机控制行业软件工程师、硬件工程师、测试工程师、技术支持工程师、服务工程师、销售工程师、项目经理等;
◆ 新入职或即将入职的大学生、研究生;
◆ 非电机专业有专业拓展意向或转行电机控制的专业技术人员。

05

课程收获

通过本课程的学习,可迅速使自己电机控制专业理论和实际操作技能得到跨越式提高;对行业新手,可快速入门进入工程技术人员角色,胜任简单的电机控制技术工作,熟悉相关软硬件的设计流程。

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课程大纲

可能视报名学员所在领域和工作岗位不同授课内容有少许增减,以现场授课内容为准;也欢迎大家在预报名填表的时候提出您的需求和建议。每天课程结束之前安排互动交流环节,现场答疑和交流。

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增值服务

◆ 西莫会员报名享8折优惠,全日制在校学生凭学生证享5折优惠,培训后皆可领500积分用于论坛学习资料的下载。

◆ 往期西莫任何研修班学员参加本次培训享72折的优惠。

以上优惠均需提前付款方可参加,如要求开具增值税专用发票则不享受任何优惠。(优惠可面向开具增值税普通发票并提前付款的西莫会员)

◆ 参训学员可以针对课程相关问题在课程结束后也能得到老师的解答与指导(微信、邮件、电话);并建立培训后学习的专用微信群作为培训讲授的补充,供学员间开展后续交流讨论;对课堂上讲授过的内容可长期答疑,以帮助大家巩固课后学习效果。

◆ 凡参加我单位组织电机电控培训的企业,均可免费帮助在西莫电机论坛及公众号上发布推送招聘信息,助力企业引进优秀技术人才。

◆ 凡参加我单位组织电机电控培训的企业,均可免费帮助在西莫电机论坛及公众号上发布产品信息推广,助力企业宣传产品品牌建设。

08

培训课程费用及报名

◆ 标准费用:3980元/人,含专业培训教材、证书费。食宿可统一安排,费用自理。

◆ 培训时间:2024年11月23日-24日(授课两天,可提前一天报到)

◆ 培训地点:广东深圳(具体地点提前一周通知)

◆ 报名方式:扫描下方二维码进行预报名,提交报名信息后可通过提示添加微信索取培训的正式邀请函以及报名回执

其他事宜咨询,请联系会务组负责人张老师,电话:18516258619欢迎大家踊跃报名!

点击阅读原文,直接报名参加本次培训!

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