电机控制中常见的硬件问题(一)
  • 发布时间:2020-03-06
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发帖内容CL7西莫网
本文讨论的内容有以下几个方面:CL7西莫网
1. 关于采样电流滤波CL7西莫网
2. 关于电阻电容时间常数的计算问题CL7西莫网
3. 单向整流之后直流母线电压怎么检测啊?CL7西莫网
4. 请问一下方波控制方式非通电相电压震荡是怎么回事呢CL7西莫网
5. 电机采样电路LM324+阻容CL7西莫网
论坛回复CL7西莫网
第一个问题“关于采样电流滤波”讨论如下:CL7西莫网
0 linmeng0396CL7西莫网
采样回来的相电流进行低通滤波时,截止频率怎么设定?用了过采样去掉最大和最小值后求平均值,效果仍然不好,采样值波动比较大,有没有什么好 的办法解决啊?多谢各位坛中大虾。CL7西莫网
论坛回复CL7西莫网
1 luofei1124CL7西莫网
软件滤波都是治标不治本,效果很差的话还是让硬件优化一下吧。CL7西莫网
2 ChanFangCL7西莫网
    软件滤波还不如硬件电路滤波。CL7西莫网
3 jiangboitCL7西莫网
虑了还不如不虑好,电路调试中切身体会。CL7西莫网
4 流浪的美丽CL7西莫网
    回复 3 jiangboit  “怎么说?是不是滤波参数没设好。CL7西莫网
5 zhijun0906CL7西莫网
这个我认为是怎么滤波的问题,滤波一般是对直流滤波,如果直接对电流滤波会有相移存在,从而导致电流采样不准确。所以要相对电流采样应该选择每个采样点多采几次然后取平均值,然后对它进行坐标变换,变成直流分量后再进行低通滤波,此时如果还想要交流分量在进行坐标逆变换即可。CL7西莫网
    我做实验就是这么做的,效果还可以。CL7西莫网
6 linmeng0396CL7西莫网
回复 5 zhijun0906  嗯。多谢大侠指点。我试一下。CL7西莫网
7 cl0201CL7西莫网
    回复 5 zhijun0906  高手啊,这个经验很值得一试CL7西莫网
8 bytesunCL7西莫网
    相电流最好不要滤波,可以在d,q域滤波。CL7西莫网
9 flyingfordCL7西莫网
滤波之后,电流的实时性保证不了。其实电机参数中,电流是变化最快的。CL7西莫网
10 Edwin_SunCL7西莫网
    回复 5 zhijun0906  你直流分量的低通截止频率怎么选择?CL7西莫网
11 sudo1234CL7西莫网
    相电流不能加滤波吧?不然实时性会打折扣的。CL7西莫网
12 zhijun0906CL7西莫网
回复 11 sudo1234  对变换后的电流滤波没有影响的。CL7西莫网
13 501175998CL7西莫网
    滤波会对电流环实时性产生影响,建议注意。CL7西莫网
14 Firststep2014CL7西莫网
    回复 5 zhijun0906 这个是指软件滤波?CL7西莫网
15 stiffzhangCL7西莫网
    直流滤波,交流不好滤波。CL7西莫网
16 kingsrCL7西莫网
    采样时间卡准,在零向量采,这个时候电流变化幅度最小。从传感器到AD建议小于30us的滤波延迟, 滤波分两段,1段应该小于10us,主要是不要影响硬件过流保护,2段最好<20uS AD口的RC,R选小,C选大,滤波好. AD采样时间点要把传感器与整个滤波时间算好,延迟进去.采样到刚好零向量点。CL7西莫网
17 luckmm123CL7西莫网
回复 16 kingsr  一阶低通滤波,如果RC时间常数相同,RC各自的取值大小会影响滤波输出吗?CL7西莫网
18 zhaoxinzxCL7西莫网
    楼主电流采样是使用互感器还是采样电阻啊?使用采样电阻的话有没有考虑避开开关噪声啊?CL7西莫网
19 alibabawklCL7西莫网
    这个问题比较实际,我是做理论研究的 。CL7西莫网
20 lilyyCL7西莫网
 回复 15 stiffzhang  直流滤波软件怎么滤啊?CL7西莫网
21 stiffzhangCL7西莫网
就用普通的一阶滤波器就可以了。CL7西莫网
22 MdriverCL7西莫网
大家研究的很深啊! 相电流的确不能用低通滤波器。CL7西莫网
第二个问题“关于电阻电容时间常数的计算问题”讨论如下:CL7西莫网
23 霸气侧漏CL7西莫网
下面是我的反电势原理图,电容为10nF,不知道这个滤波时间要怎么计算,就是传说的时间常数,这个是14--21V供电。话说这个是RC一阶滤波还是什么滤波呢?
24 18201975434CL7西莫网
需要滤平的大电容,反电势过零检测最大只能101,不能再大了。CL7西莫网
25 霸气侧漏CL7西莫网
    回复 24 18201975434  好的,明白了。测试点的选取也要注意。CL7西莫网
26 sjj254CL7西莫网
这个是RC滤波电路,但是电阻值和电容值都不是电路中的值,需要进行等效。CL7西莫网
27 绿皮青蛙CL7西莫网
    回复 26 sjj254 你把它等效成jwc之后计算,这样直接算出相位就好了。CL7西莫网
28 霸气侧漏CL7西莫网
回复 27 绿皮青蛙  jwc???不太明白是什么的简写。CL7西莫网
29 绿皮青蛙CL7西莫网
     回复 23 霸气侧漏  明显不是一阶RC。CL7西莫网
30 18201975434CL7西莫网
    这是电路基础知识,建议去看邱关源的《电路》。CL7西莫网
31 sjj254CL7西莫网
    是欧米伽C。CL7西莫网
32 18201975434CL7西莫网
    回复 23 霸气侧漏  滤波电容10nf太大了,这个电容最大101。CL7西莫网
33 霸气侧漏CL7西莫网
    回复 32 18201975434  101是100pf啊,比我的小了100倍。CL7西莫网
34 18201975434CL7西莫网
    回复 33 霸气侧漏  你刚刚问的是一阶响应问题,邱老师的电路书里讲的很明白,要先会求解全微分方程,知道如何求出通解和特解。CL7西莫网
35 霸气侧漏CL7西莫网
    回复 34 18201975434 我感觉要把电机控制学好,什么高数啊、电路啊、编程啊、MATLAB仿真啊、线性代数等等都要会。CL7西莫网
36 霸气侧漏CL7西莫网
回复 34 18201975434 这个上面是10nf。
37 18201975434CL7西莫网
    滤波作用不一样,值是不一样的。一般要是想滤平就要大一点;反电势不能滤平,相位滞后严重。CL7西莫网
38 绿皮青蛙CL7西莫网
回复 33 霸气侧漏  你要问sjj254了,他知道我是怎么推导的。CL7西莫网
39 sjj254CL7西莫网
回复 38 绿皮青蛙  你怎么知道我懂?CL7西莫网
40 18201975434CL7西莫网
    回复 36 霸气侧漏 电流电压采样可以大一点,反电势不需要这么大,滞后太多。CL7西莫网
41 霸气侧漏CL7西莫网
    回复 40 18201975434 这个时间大概要多少?10ms级吗?CL7西莫网
42 18201975434CL7西莫网
    回复 41 霸气侧漏 这个时间不需要频域分析,RC乘积就是。RC标准单位乘积是s。CL7西莫网
43 sjj254CL7西莫网
回复 33 霸气侧漏 你画的电路图和照片拍的书上的图片不是一个问题吧?CL7西莫网
44 18201975434 CL7西莫网
回复43 sjj254 他发的书上那个是母线电压采样,那个滤波要大。CL7西莫网
45 sjj254CL7西莫网
回复 33 霸气侧漏 你画的电路图是交流采样,你发的书上的是直流采样。交流采样电容不能太大,大了的话相当于对地加了一个容抗,跟电阻并联的。CL7西莫网
46 发烧友CL7西莫网
2piRC分之一。CL7西莫网
47 sjj254CL7西莫网
    交流不能这么算,因为其他两路在并联在电路里。CL7西莫网
48 发烧友CL7西莫网
    回复 33 霸气侧漏 截止频率啊!CL7西莫网
49 18201975434CL7西莫网
又不是研究系统稳定性,求截止角频率干嘛?难道非要求传函然后带入频域求幅值裕度-3db和相角裕度-45°?就是求一个滤波时间而已,一阶响应足够了。CL7西莫网
第三个问题“单相整流之后直流母线电压怎么检测啊?”讨论如下:CL7西莫网
50 geyt86CL7西莫网
    市电整流之后加滤波电容,这个直流母线电压怎么检测啊?用电阻分压检测对电阻有什么要求吗?CL7西莫网
51 azaiaCL7西莫网
    电阻的工作电压要合适,不能低于母线电压。功率要够。CL7西莫网
52 geyt86CL7西莫网
    回复 51 azaia 是不是要高精度电阻啊?这个电压要给DSP的。CL7西莫网
53 darlexlinCL7西莫网
    学习中,分压应该可以吧。CL7西莫网
54 roccyCL7西莫网
电阻精度自然是越高越好,不过具体还是要看应用需求了。我这里一般用1%的电阻就够了~CL7西莫网
55 AerohorseCL7西莫网
    如果不用电压传感器就要用电阻分压,一个大电阻一个小电阻,注意计算一下功率,一般采取多个小点的精密电阻串联来实现大电阻。采样后还要觉得在AD程序上调零偏及误差。CL7西莫网
56 flyingfordCL7西莫网
一大一小两个电阻,小的电阻分压,然后进行放大转换,AD采样。CL7西莫网
57 foretellCL7西莫网
我幫忙做個歸納吧CL7西莫网
1.一般用1%的電阻;CL7西莫网
2.用在高壓時.一般是用好幾個電阻串成需要分壓的阻值...因為電阻也有耐壓的限制..CL7西莫网
3.要注意電阻的功率夠不夠.CL7西莫网
如果有錯..幫我修正一下。CL7西莫网
58 fffeiyanCL7西莫网
分两种情况:CL7西莫网
第一是不需要隔离:前面都说了,用电阻分压检测就可以了,至于电阻精度要看你对精度的要求了,要求不高了就采用F的,高了就采用D的大都能满足要求,再说了若要进行显示什么的可以进行校正;CL7西莫网
    第二种是要求隔离:可以采用线性光耦,然后差分发大即可。CL7西莫网
59 leolileeCL7西莫网
    我现在的电路:CL7西莫网
1.使用1%的電阻,通常只要是采样与分压均采用1%;CL7西莫网
2.分压电阻需要合理选择,最好在进DSP或单片机处加电解电容;CL7西莫网
3,如果是对强采样需与弱电地采用单点接地;同时还要注意電阻的功率是否满足,在高压部分通常采用金属腊电阻;CL7西莫网
希望对你有用,谢谢!CL7西莫网
60 monitorliCL7西莫网
    电阻分压的精度可以了,软件稍微处理下即可。CL7西莫网
61 sundjCL7西莫网
隔离用线性光耦,但是线性光耦CTR不一致,量产有啥办法。CL7西莫网
第四个问题“请问一下方波控制方式非通电相电压震荡是怎么回事呢”讨论如下:CL7西莫网
62 PMSM_spyCL7西莫网
各位大佬,小弟在此请教一个问题,如图所示,这种情况是电机本体的原因吗?或者是软件控制和硬件设计的原因?
黄色通道是电机相线到GND之间的电压,紫色是虚拟中性点的电压。
黄色通道是电机相线到GND之间的电压,紫色是虚拟中性点的电压,绿色是对应下桥臂开关状态。CL7西莫网
63 18201975434CL7西莫网
    波形挺好的啊,就是换相稍微慢了一点,不过也很好了,你想问什么。CL7西莫网
64 PMSM_spyCL7西莫网
    回复 63 18201975434 你好,我想问的是为什么我这里出现了类似振铃现象。CL7西莫网
65 18201975434CL7西莫网
    回复 64 PMSM_spy 你是说每个PWM前面的脉冲部分?那个和你硬件选用的mos的寄生电容以及硬件电路有关,PWM开关不是理想的开和光两种状态,是存在这种抖动状态的。CL7西莫网
66 18201975434CL7西莫网
三个分压电阻并联102的电容。CL7西莫网
67 PMSM_spyCL7西莫网
回复 66 18201975434 感谢老哥的解答,今天把比较器这部分原理图发出来,这是之前的,已去掉C56电容:
68 18201975434CL7西莫网
    回复 67 PMSM_spy  C56可以去掉。R90---R92要并联上电容,可以直接在三个电阻上并联试试,另外可以试试增加输入电阻,减缓开关速度试试。CL7西莫网
69 18201975434CL7西莫网
    三相全桥每一路并联一个CBB吸收电容;驱动电阻的Cgs上可以再并联一个102的吸收电容;最后建议改用ADC方式,可处理的空间大。CL7西莫网
70 PMSM_spyCL7西莫网
回复 69 18201975434 这是新的反电动势过零检测原理图,滤波电容加的是1uF的,比较器输出还行:
补64楼缺失的图
CL7西莫网
71 PMSM_spyCL7西莫网
这里再放几张对比图,下图绿色通道是电流波形,黄色通道是电机相线到GND之间的电压,紫色是对应相比较器输出波形,可以看到有很多杂乱的波形:
下图是硬件改版后,增加了5楼老哥说的滤波电容,此时软件上时固定延时10个PWM周期换相,效果好很多了,只是比较器输出后半段仍然还有一些毛刺:
中速时相电压波形和比较器输出,此时的换相策略是对称换向:
速度较低时,可以看到前半部分挺正常的,后半段比较器输出不正常,相电压也不正常,还不知道是何原因:
有知道的老哥,还望不吝解答CL7西莫网
72 18201975434CL7西莫网
回复 71 PMSM_spy 看你波形还可以,不过你低速时候的换相延时时间很有问题,即使你说的前半段你可以看看,从过零到换相这个时间很短,至于下降沿那个,我感觉还是没有完全避开续流时间,导致你的输出一直震荡,你在软件里面没有做换相之后多久不能判断过零吗。CL7西莫网
73 PMSM_spyCL7西莫网
    回复 72 18201975434 之前的考虑是高速的时候如果延迟时间较长,就会错过过零点的判断,所以用的是换相第二个PWM周期再去检测是否有过零信号。由于之前比较器输出杂乱无章,我是在定时器中断里面通过读与比较器连接的GPIO来判断是否过零的,没有用中断的方式。CL7西莫网
老哥,可以说一下如何避开续流时间吗,我好像对这个还不太理解CL7西莫网
74 18201975434CL7西莫网
    回复 73 PMSM_spy 你的顾虑很对啊,高速时候如果延时太久是会错过的,所以这个就是难点啊,还有就是我还是建议你用ADC做比较好,这个延时多久检测下一次过零是和你当前速度有关的。CL7西莫网
75 PMSM_spyCL7西莫网
回复 74 18201975434 下图是我现在采反电动势的方式,方块是我理解的用ADC方式采反电动势的采样区域,不知道对不对:
另外,你说的续流时间是通过MOS的体二极管续流那段时间吗?CL7西莫网
76 18201975434CL7西莫网
回复 75 PMSM_spy 采样区域没有问题,关键你不是比较器吗?从这个图是看不出来采样时刻的,续流就是体二极管续流的时候看我这个图你就知道续流时刻了:
另外,对于你说用ADC模式不能处理高速的问题,你可以看一下,我这个电周期解决18WRPM,所以只要处理的好还是可以的,不过我这个用27M主频做的,没有办法再做恒功率了,只能换更高主频的试试。CL7西莫网
77 PMSM_spyCL7西莫网
回复 76 18201975434 BEMF sample(GPIO)那个就是我现在用的采样时刻,在定时器中断进去之后就读IO口的值。可能误差比较大,现在暂时用这种方式。我看你这张图应该是满占空比下的电压波形吧,还算对称,我的还没到满占空比就不对称了,还需要调试。
CL7西莫网
CL7西莫网
这一张是显示了相电流波形,跑的时候只有纯电压,暂未加任何反馈控制
有个问题,尾巴上明明我把MOS关掉了,但是仍然有电流流过,有点奇怪CL7西莫网
78 18201975434CL7西莫网
    回复 77 PMSM_spy 看你最后一个波形不错啊,前面换相慢点没事,后面补回来就行,所以我一直建议你使用ADC,说实话,比较器我们用的也比较少,还是用adc多。CL7西莫网
79 PMSM_spyCL7西莫网
回复 78 18201975434  我想可以结贴了,这个现象和电机相关,最近换了一个电机,相电压波形就好多了。老哥,再问一个问题,在转速比较高的时候,换向点会在一个第一个PWM的中间,这时候该怎么做呢?
80 18201975434CL7西莫网
回复 79 PMSM_spy 嗯,电机问题确实是的,不过很多场合客户不管是不是电机问题都要求调到最好,不过有很多确实也没法做到。第二个问题我不是很理解,什么叫在PWM中点检测到过零点?每个PWM检测过零点啊,PWM周期应该就是你的计时单位,说的具体点。CL7西莫网
81 PMSM_spyCL7西莫网
回复 80 18201975434 通常我们会考虑到你之前说的忽略续流时间(或者叫消磁时间)的问题,也就是在换相后的一个或几个PWM周期之内都不去做换相,但是在高速的时候,有个比较极端的情况,第一个PWM周期中出现了过零点,下个周期就该换相了,可是根据前面的规则,我们又要忽略这个PWM周期不做换相处理,这种时候有没有一种比较好的处理方式:
比如上面这张图,通道2青色是过零信号,在第一个PWM周期的中点处产生了,而我读GPIO值是在PWM前面部分,所以错过了这个过零点,造成了换相延迟。CL7西莫网
82 18201975434CL7西莫网
回复 81 PMSM_spy 首先这个延时检测过零时间是可以动态修改的,不可能从开始到最后一直是一个值,其次我感觉你这个速度还远远没到每个PWM周期都出现换相点的问题,最后一点,你的PWM载波是可以改变的。CL7西莫网
83 PMSM_spyCL7西莫网
回复 82 18201975434 恩,明白你的意思了,我现在的检测过零点的策略确实有问题,我再思考一下吧,谢谢大佬的回复。CL7西莫网
第五个问题“电机采样电路LM324+阻容”讨论如下:CL7西莫网
84 zgq800712CL7西莫网
LM324 换成LMV324,LMV324 是轨到轨运放 满幅值输出:
85 yunqian09CL7西莫网
    三电阻采样?能解释下最好了,最下面的运放是保护用的?CL7西莫网
86 zgq800712CL7西莫网
回复 85 yunqian09 我也不知道,我只是抄的一个板子的这个部分,密密麻麻的,费了好大劲,抄完这个就没有抄了。CL7西莫网
     最下面应该是什么公共什么的,我以前看到个无HALL的电瓶车控制器也是这样的接法,那个控制器应该也能用来控制其他东西。哈,不过那个多是接在 U V W相上的,不是接在采样电阻上的。
87 3.3vCL7西莫网
    电阻采样用LM324肯定不行拉,324 SR太低,窄脉冲都被他吃掉了, 应该用高速运放。CL7西莫网
 CL7西莫网
原帖网址:CL7西莫网
关于采样电流滤波CL7西莫网
http://bbs.simol.cn/thread-125041-1-1.htmlCL7西莫网
关于电阻电容时间常数的计算问题CL7西莫网
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http://bbs.simol.cn/thread-34301-1-1.htmlCL7西莫网
请问一下方波控制方式非通电相电压震荡是怎么回事CL7西莫网
http://bbs.simol.cn/thread-191769-1-1.htmlCL7西莫网
电机采样电路LM324+阻容CL7西莫网
http://bbs.simol.cn/thread-91521-1-1.htmlCL7西莫网
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                                                           执行采编:18201975434CL7西莫网
附注:以上内容均摘自西莫电机论坛,在保留作者原意的基础上选择整理,如作者有异议,CL7西莫网
请与编辑部联系。CL7西莫网
 CL7西莫网
编辑寄语:CL7西莫网
本讨论帖是关于电机控制中常见的硬件滤波电路相关的一些整理,大家都知道滤波一般分为硬件滤波和软件滤波两大类,软件滤波方法多种多样本帖不说,硬件滤波也分为有源滤波和无源滤波,我们常用的还是以无源滤波为主。电机控制不仅仅是懂软件原理就可以做得好的,还需要硬件做得好才能达到想要的效果。就像有的会员在做反电势滤波的时候选错电容值,这个如果硬件没处理好,任凭你软件和算法如何处理都不会达到理想的效果。更多的滤波问题由于篇幅有限没法更多的呈现给大家,希望更多的人可以去西莫看看原贴,在原贴里看到更多的交流内容,更欢迎大家有批评指正的声音在帖子里出现。
CL7西莫网
 CL7西莫网
技术队长标准答案专家视角:CL7西莫网
1本文汇集了有关控制器硬件电路设计中的一些经验,有许多都是各位大侠在设计实践中总结出来的宝贵经验,有的是在扎实理论基础上的分析,首先感谢各位大侠的分享。CL7西莫网
2 从讨论中可以看出,有些答复很有针对性和理论性,可以直接借鉴,有些回答不一定适合提问者的具体情况,甚至有些回答完全是答非所问,需要自己有甄别地借鉴。另外需要提醒提问者,提问也是一门学问,要想很快得到满意的答复,首先要学会提问,提问应该尽量把问题描述清楚,所提问题要具体,不能笼统地问“怎样设计XXX”、在没有描述具体产品的参数特征时,上来就问某某参数选多少。。。类似问题不可能得到满意答复,因为不可能所有的控制器都用一种参数!还有第一个问题,提问是电流采样怎么滤波,回答中没有见一个关于电流采样及滤波的电路,却出现了个电压采样电路,类似回答都需要提问者做“滤波”后参考。CL7西莫网
3 说到本文的具体问题,采样是自动控制中的重要环节,采样精度严重影响控制精度,采样滤波与采样精度(或者说是采样的实时性)本身就是一对矛盾,因为滤波电路本身就是一种惯性环节,有滞后性,也就是说一旦滤波就必然失去实时性,但不滤波或滤波截至频率过高又会导致系统不稳定,究竟滤波参数如何选择,除了借鉴以往和其他人的经验外,主要还是要靠自己在具体产品上去反复调试摸索,自己总结经验。这是电子线路设计必不可少的环节!还是自力更生比较靠谱!
CL7西莫网
 
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