TracePro应用实例详解-
TracePro应用实例详解-压缩版（内容不变）目录绪论光学设计基础知识1第一章导光管设计实例6第二章背光源设计实例12第三章LED设计实例-..1.18第四章手电筒设计实例由南南由南虚由由面鱼出面量自音s面自自鱼自自西由自由由由由由面由垂型由面由昏音面垂香量看证自音西垂45第五章积分球设计实例,54第六章LED设计实例二…第七章分光棱镜模拟实例……---77第八章LED汽车前照灯设计实例影中中中着,着看e,第九章简易荧光灯模型设计实例……100第十章投影仪设计实例…11111114第十一章红外光气体检测系统设计实例140第十二章荧光粉模拟实例150第十三章LED色温模拟实例…--1160第十四章消除杂散光模拟实例……167第十五章二级复合抛物面聚光器设计实例177第十六章矩形路灯聚光器的优化设计198第十七章一种LED植物生长灯的设计与制作…207第十八章简易筒灯的模拟与设计216绪论光学设计基础知识在开始本书前,我们需要了解一些基础的光学知识。一、光度学基本概念光通量:单位时间内光辐射能量的大小。它表示光源的发光能力。光通量单位:流明(lm),指lcd的均匀点光源在lsr内的光通量。发光强度(光强);光通量的角(空间的)密度,即在一定方向上的单位立体角内所发出的光通量。常用于说明光源和灯具发出的光通量在空间各方向或选定方向上的分布密度。发光强度的单位:坎德拉cd,lcd=1mSr,是国际单位制的基本单位。立体角:是任意一封闭的圆锥面内所包含的空间。单位是球面度(Sr),即以锥顶为球心,以r为半径作一圆球,如果锥面在圆球上截得的面积A为r的平方,则该立体角为一个单位立体角,而一个球体包含4π球面度。1979年10月第10届国际计量大会透过的坎德拉定义为:一个光源发出频率为540.0E1Hz的单色辐射(对应于空气中波长为550nm的单色辐射),若在一定方向上的辐射强度为1/683Wsr,则光源在该方向上的发光强度为1cd照度:单位面积(被照射面)上入射的光通量。照度单位;勒克斯(1x)注:1kx的照度是比较小的,在此照度下仅能大致辨认周围物体。晴朗的盈月夜晚,地面照度大约为0.2x;白天采光良好的室内照度为100-500x;晴天室外太阳散射光下,地面的照度约为10001x;中午太阳光照射下,地面的照度可达100001x光出射度:单位面积(发光面)上发射的光通量。其单位:辐射勒克斯(rlx)。亮度(台湾又称辉度):在一个广光源上取一个单元面积dA,从与表面法线成角的方向上去观察,在这个方向上的光强与所可见的光源面积之比,定义为光源在该方向的亮度。单位:尼特(坎德拉每平方米,cdm2)。注:太阳的亮度为1.6*10E9以上,碳极弧光灯(1.8-12)*10E8,钨丝灯(2.0-20)*10E6,蜡烛(0.5-1.0)*10OE4,蓝天0.8*10E4暗适应:由光亮处进入到黑暗处,开始一切都看不见,经过一段时间才能看见物体轮廊。所需时间较长,一般几分钟以上。明适应:有暗处进入到亮处时,开始也不能辨别物体,几秒到几十秒后才能看清物体。在有明暗变化的视场内,应考虑照明的过渡。后像:在高亮度的闪光之后,往往会感到有一连串的影像,以不规则的强度和不断降低的频率正负交替出现,即后像。强烈的后像对视力工作有很大害处。应避免。眩光:视场中有极高的亮度或强烈的亮度对比时,会造成视觉下降和眼睛的不舒适,这种现象称为眩光。前者为失能眩光,后者为不舒适眩光。不舒适眩光取决于视场内的尺寸亮度数量位置以及背景亮度等原素。注:一个明亮光源发出的光线,被一个有光泽或半光泽的表面射入观察者眼睛,可能产生轻度分散注意力甚至不舒适的感觉。当这种反射发生在作业面上时,称为“光幕反射”,如发生在作业面以外时,称为“反射眩光”。颜色:眼睛能够辨别背景上的被观察对象(细节),必须满足以下两个条件之对象与背景有不同的颜色(颜色对比),或者对象与背景在亮度上有一定的差别(亮度对比)。可见度(能见度,视度):表示被识别对象看清楚的程度。反射,折射,透射,吸收:1.据能量守衡定律,材料的反射系数+透射系数+吸收系数=1铝(普通)的反射系数为60-73%,吸收系数为2740%。铝(电解抛光)的反射系数为75-84%(光泽),62-70%(无光)。铬反射系数为65%,吸收系数为35%2.光的反射分类:定向反射( Specular reflection),散反射( Spread Reflection),漫反射( )effuse Reflection),混合反射( Compound Reflection)3.折射:水的临界折射角为48.5°,玻璃的临界折射角为30°到40°。玻璃的折射率为1.5左右。4.光的透射分类:定向透射,散透射( Spread Transmission),漫透射( DiffuseTransmission),混合透射( Mixed Transmission)5.光在玻璃表面垂直入射时,入射光在入射面被反射4%,在透过面被反射3-4%,被吸收2-8%,透过率为80-90%6.材料的表面的光反射和光透射具有光谱选择性。二、LED光学设计基础知识为了使LED芯片发出的光能够更好地输出,得到最大程度的利用,并且在照明区域内满足设计要求,需要对LED进行光学系统的设计。其中,在封装过程中的设计被称为一次光学设计;而在LED之外进行的光学设计被称为二次光学设计①一次光学设计LED芯片只是一块很小的固体,它的两个电极要在显微镜下才能看见,加入电流后它才会发光。在制作工艺上,除了要对LED芯片的两个电极进行焊接,从而引出正、负电极之外,同时还要对LED芯片和两个电极进行保护。因此,这就需要对LED芯片进行封装。在封装的过程中,为了能够最高效率地输出可见光的功能,需要进行光学设计,合适选择封装材料的形状、结构和材料,这种设计在业内被称为一次配光设计次配光设计主要是决定发光器件的出光度、光通量大小、光强大小、光强分布等。而影响封装出光效率的高低、效果的好坏,主要是由芯片、支架和模粒三要素来决定的。②二次光学设计在使用LED发光器件时,整个系统的出光效果、光强、色温的分布状况也必须进行设计,把器件发出的光线集中到期望的照明区域内,从而让整个LED照明系统能够满足设计的需要,这被称为二次光学设计。二次光学设计必须在LED发光器件次配光设计的基础上进行。一次配光设计是保证每个LED发光器件的出光质量,考虑将LED芯片中发出的光能尽量多地取出。而二次配光设计是考虑怎样把LED器件发出的光线集中到期望的照明区域上,从而让整个系统发出的光能满足设计需要。从某种意义上来说,只有封装设计即一次配光设计)合理,才能保证系统的二次配光设计顺利实现,从而提高照明和显示的效果。基于LED的二次配光设计,对最终的照明器件和产品的性能起着至关重要的作用。第一,部分光线未能达到有效的照明范围从而导致能量的损失,需要使用大数值孔径的光学系统对光线进行汇聚,进一步提高光能利用率;第二,封装之后,像面照度分布均匀性达不到改计要求,难以在每一点的照度值都大于要求的最低照度值,这都需要对LED进行二次配光设计。日前市场上常用的光学设计和分析程序主要有美国焦点软件公司开发的ZEMAX、 Optical Research Associates的 CODE V和 Light Tools、 Breault ResearchOrganization的ASAP以及 Lambda research的 TracePro等。ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射、折射、绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算 Sequential及Non- Sequential的软件。 ZEMAX不仅功能强大,而且具备直观性、软件灵活、优化快速、容易操作使用等优点,与其他软件不同的是 ZEMAX的CAD转档程序都是双向的,如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。当前有三种不同的版本: ZEMAX-SE(标准版); ZEMAX-XE(展版)ZEMAX-EE传专业版)。 ZEMAX在成像光学,特别是透镜设计方面应用十分广泛。CODE V是应用非常广泛的光学设计和分析软件,是世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件,为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用,并广泛适用于照相设备、摄影机和医疗器具等,功能强大使用简单灵活。其功能主要包括变焦结构优化和分析、环境热量分析、MIF和RMS波阵面基础公差分析、用户自定义优化、干涉和光学校正准直、非连续建模、矢量衍射计算及偏振、全球综合优化光学设计方法等。ASAP是 Breault Research Organization研制的一套不受限制的、非序列光线追迹软件。它具有对物理光学、成像系统和照明系统进行建模分析的强大功能,它的图形工具允许用户进行截图分析,或者对几何模型、光线追迹、分析结果进行三维演示。ASAP还可以分析散射、衍射、反射、折射、吸收、偏振、非序列光线追迹和高斯光束传播。Light Tools.是 Optical Research Associate制的一套全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,它提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射角、分束器、衍射光学元件、棱镜、机槭结构以及光路。由 Light Tools把光学和机械元件集合在统一的体系下处理,并配置“放置”光源、发射光线的非序列追迹强大功能,使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交換、课题论证或产品推广等各环节中发挥重要的作用。TracePro是美国 Lambda Research公司开发的一款基于蒙特卡罗法( Mante Carlo)的非序列光线追迹(Non- Sequential Ray Tracing)软件,它是一套以符合工业标准的ACIS固体建模引擎为核心所发展出来的光学机构仿真软件,是一套结合了真实固体建模、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件,它可将真实立体模型与光学分析紧密结合起来。目前,国际上在照明系统分析、传统光学分析、辐射度以及光度分析,在镜头杂散光分析、背光板、LED设计及应用、照明灯具、车灯、投影显示器等众多领域中已经大量采用该软件进行计算机辅助设计。本书主要采用该软件进行模拟设计(读者需对 TracePro软件的使用有一定了解,可以参考《 TracePro7.0中文使用手册》)。TracePro用于照明设计的一般流程如图1所示。建立模型□>建立模型建立光源优化属性结果不符合定义属性光线追迹结果分析图1模拟设计流程图三、几个知名品牌的LED模型下载地址下面是各个种类的LED模型下载地址,模型包括用在 Trace Pro里面的,也有Light Tools,,也有 ZEMAX的,下载下来直接在相应的软件上调用就可以了,十分方便。1.mh:http://www.philipslumileds.com/resources/design/listing.cfm?catoptical然后打开 Optical Design Resources点击LE链接2.lim(Cree):http:/www.cree.com/products/ledlamps.asp.然后打开 LED Components页面点击LED3.欧司朗http://www.osram-os.com/ray-filcs然后点击LED下载。第一章导光管设计实例在 TracePro中进行导光管设计,将使用到面平扫功能。主要步骤如下:打开 Trace Pro软件2.在下拉工具菜单 Insert选择实体模型 Insert/Primitive solids命令3.在基本实体模型设置对话框中,选择 Cylinder/Cone设置栏4.选中 Cylinder,在Bae下的 Major栏输入底面半径为2,在1op下的 Length输入30。如图1.1所示。■ nsert Pr盈itSolidsBlock Cylinder/Cone Torus I Sphere Thin Sheet IName: Obiect 1C Cylind. C Cone厂 EllipticalBTMajMajMinor aLength 30Base Posi tionBase rotationx:0Y:0Y:o2:in Degreesset,□li图1.15.点击 Insert插入,再点击缩放工具图标二如图1.2所示。ladel: [UntitledSurface 1tity 4Cyl/C图下一步将使用 Revolve对上面建立的导光管右端面进行旋转延伸操作:1.选中导光管右端面,即 Object 1下的 Surface22.执行下拉菜单 Edit/Surface/ Revolve命令。在 Revolve surface Selection对话框设置旋转角度为90度,半径为25mm。4.在位置坐标栏输入(0-2530);(100)。具体见图1.3所示。5.点击 Revolve surface插入旋转延伸。如图14所示。Revolve Surface Selection DXAngle 90planar suIfaces on副yDraft angle oin DegreesRadius250Positicn on axis of revolution Axis cf RevolutionPosition X 0Axis X 1Positon丫AxisY 0Position Z30Axis20Get Position fiom last mouse clickCalculate a Position using selected surfaceRevolve Surface图1.3Fuel: [Untitled1]回xobject I中 ur tace 0中 Surtace2Entity 4Model Source Radi anee图1最后将进行Swep面平扫,完成导光管的实体模型:1.选中端面 Surface3,执行下拉菜单 Edit/Surface/Sweep命令。2.在 Sweep Surface Selection对话框中,输入 Distance为l5mm,Draf为-2度。
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利用PLL估算器和弱磁技术（FW）实现永磁同步电机（PMSM）的无传感器磁场定向控制
磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC）是这样一种方法：将某一磁通量（转子、定子或气隙）作为创建另一磁通量参考坐标系的基准，目的是退去定子电流转矩分量和励磁分量的耦合。去耦可以简化对复杂三相电机的控制，从而能像以单独励磁控制直流电机那样控制三相电机。这意味着电枢电流负责转矩的产生，励磁电流负责磁通的产生。在本应用笔记中，将转子磁通作为定子和气隙磁通的参考坐标系对PMSM进行FOC的特別之处在于:定子的d轴基准根据电机的数学模型进行位置和速度估算。因此,模型电流对应于d轴上的电枢反应磁通)设置为零。越接近真实硬件,佔算器的执行效果就越好。PMSM的转子磁体产生转子磁链Y。这与ACM不同,ACM数学建模取决于其拓扑结杓,主要分为两类:表面贴装需要磁化电流具有恒定的基准电流值,才能产生转圯和内部贴装型永磁休。针对应用的需求,这两个类均子磁链。有其优缺点。围绕表面贴装型永磁同步电札川发了相应气隙磁迸等丁永磁体产生的转」磁链与定子电流产生的的控制方案(图2),与其他类型的PMSM相比,其优电枢反应磁链的和,对于FOC的恒定转矩模式,d轴气点是转矩纹波低、价柊低。表面贴裝型PMSM的气隙磁隙磁通仅与平相等,d轴电枢反应磁通为零通比较平滑,因此定子的电感值非凸极PMSM〕,且反电动势( Back Electromagnetic Force,与此相对,在恒定功率运行时,定子电流的励憾分量BEMF)呈正弦波。用于削弱气隙磁场,从而提高转速。由于此类PMSM的气隙(包含置丁定子齿和转子铁芯在无需位置或速度传感器的无传感器控制中,主要的困难是实现一个稳健的遮度估算器,能够抵御温度、电磁之间的表面贴装磁体)较大,此类PMSM相对于具有同样尺寸和标称功率值的其他类电机,具有更小的感应系噪声等干扰。对于成本非常敏感或不允许有诸如位置传数。电机的这些特性在一定程度上简化了速度和位置估感器等移动部件的应用或者电机在电气条件非常恶劣的算器使用的数学模型,同时使得FOC更有效。环境下运行时,通常需要釆用无传感器控制。然而,不应将对精确控制的要求,特别是低速时的要求,当作就持续保持电杌转子的磁链滞后电枢磁链90度可以获得给定应用选择控制方案的关键因素。每安培的FOC转矩最大(见图3)。图永磁体表面贴装型的横截面电机的横截面1.转子转轴是252.转子铁芯3.电枢(定子4.带电枢线圈的电枢槽5转子永磁体6.气隙C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第3页图相位矢量图(基本转速警告:在对磁体表面贴装型PMSM进行弱磁q时,稍不注意或未遵照电机制造厂商的规范槳作,就有可能使转」遭受机械损坏,永憾体被退憾。通常使用环氧树脂粘贴或者使用不锈钢或碳素纤维环米固定永磁体。若转速超出制造厂商指定的最大转速,永磁伓就可能脱落或损坏,从而导致转子以及其他附着在电机转轴上的机械部件遭到破坏。若气隙憾通密度超过了磁通密度曲线的拐点,就会屮PW导致退磁,如图5所示图永磁体的迟滞曲线(理论上)在FOC恒定功率模式下,无法有效实现PMSM的弱磁,原因是较大的气隙室间会导致减弱的电枢反应磁通对转子永憾体的磁链产生丨扰。基于这个原因,所能获得的最大转速无法高于待测电机基本转速的两倍。图4给出了恒定功率—弱磁模式下的相位矢量方向。图相位矢量图(高速迟滞由线1.水磁体的固有特性。2.永磁体的一般特性。其中磁场密度=磁场感应永磁体感应磁通值ld矫顽磁性=固有矫顽磁性DS01292ACN第4页c 2010 Microchip Technology Inc类估算器公式本应用笔记屮使用的估算器就是AN1162《交流感应电a cos(p Bsin(p机(ACIM)的无传感器磁场定向控制(FOC)》(见参考文献)中采用的估算器,只是在本文中用于sin(pPMSM电机而已。估算器来用PLL结构。其工作原理基于反电动势采用固定的定子坐标系,公式4代表定子电路公式。(BEMF)的d分量在稳态运行模式中必须等于零。图6给出了佔算器的框图。公式如图6中的闭环控制回路所示,对转」的估算转速()进行积分,以获取估算角度,如公式1所示C公式阝阝阝在公式4中,包含-β的项通过经 Clarke变换的相将BEMF的q分量除以电压常量Kd得到估算转速系统的对应测量倌得到。以Y型(星犁)连接的定子相如公式2所示:为例,和分别代表每个相的定子电感和电阻。若电机采用△连接,则应计算等效的Y型连接相电阻和电公式并在上述公式中使用佟7表小估算器的参考电路模型。电机的A、B和C端n()·)连接到逆变器的输出端。电压、和代表施加给电机定子绕组的相电压。代表逆变器桥臂间的线电压,相电流为和考虑公式2中给出的最初估算假设(BEMF的d轴值在稳态下为零),根据 BEMF q轴值的符号,使用BEMF d轴值对BEMq轴值让行校正。经过公式3显示的Park变换后,使用一阶滤波器对 BEMF d-q分量值进行滤波。图:估算器的原理框图LPFa BLPFqC 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第5页图估算器的电路模型公式ARsVAB其中=Y犁连接的电机相电感=采样时间等于PWM周期BC为遊变器的直流链路电压BLS为每相的最大峰值电流B2·汇代表其中将控制系统中实现的公式做进一步的演化,估算器公式=Y型连接的电机相电阻4中的电压a和∨B是在FOC的前一训算环节中得到的结果,它们不仅在控制的前一步骤中馈送给空间向量调制( Space Vector Modulation,SVM)电路,而且在公式4的最后一项中,电流对时间的导数会对软件造成当前步骤屮馈送给估算器电路。la和lB是相电流经扰。因此,估算器的每次执行周期中都引入了电流变Clarke变换后得到的,在估算器的每个工作环节中都将化的极值,该值必须小于估算器每次执行周期的最大被读取电流变化值,每当发生PwM屮断都将执行该周期。公式4中定子电感()和电阻()经过了归一化根据公式3,将得到的 BEMF和B值通过Park变以便简化计算并满足软件表小要求,如公式5所小。換转换到转子磁通的旋转参考坐标系,得到和值。在Pak变换中使用的角度p,是估算器前一执行环节中计算得到的。基于等丁零,優用一阶滤波器对BEMF的dq值进行滤波,并将滤波后的值代入估算器的主程序。公式2给出了的计算,即如何得到电气转遼。对电气转达进行积分得到转子磁通与c-B固定定子坐标系之间的角度(p)。在公式2,K表示表1给出的电压常量。公式6给出了电气转速计算中使用的归化公式代表1000其中=极对数,以及前面指出的其他输入DS01292ACN第6页c 2010 Microchip Technology Inc使用与BEMF中所用的相同一阶滤波器对转速反馈进行确定这样的特性参数是个耗时的过稈,和预期一样,这滤波。该滤波器的一般形式见公式7些特性参数的线性度极差。公式:调整和实验结果(()-(-1)当转速低于基本抟速时,进行算法调整非常简单,此时用最大转矩模式。通常,由电机制造厂商测量或给出其中的参数添加到攴持文件中,该=当前滤波器的输出文件随本应用笔记一起提供(见附录:源代码),(-1)=上一次滤波器的输出从而得到归一化的参数供估算器使用。得到的值随后被()=当前滤波器的输入添加到项目文件中,准备运行。=滤波器常量要测量的参数包括转子电阻、转子电感以及电压常量Kd。滤波器输出的直流值应该不含有由ADC采集引起的噪声或软件计算引入的高频变化。滤波器的调整取决于要可在电机的接线端测量定子电阻和电感,然后将测得的滤波的值( beMF d-q分量和电气转速)的变化速度值除以2,得到和值。对于Δ型连接的电机,若调整的结果是要保证足够的带宽,降低冇用信号损失的电机制造厂商提供了相电阻和电感,则应将它们除以3得到星型连接的等效相电阻和电感可能性。对于BEMd-q分量,有两种情形:(1)高速,在弱嵫模式中,由于缺乏转矩瞬变或髙加速斜率,变化所有电机的制造厂商均会给出电压常量K其实,您缓慢:(2)低速,速度变化取决于电机的机械常量(以也可以采取非常简单的步骤来测量这个参数,即以恒定及电机转轴上的负载)和基准速度升高或下降的斜的速度旋转转子转轴,同时测量电机线端的输出电(取较快的那个值)压。如果在转速为1000RPM的情况下读数,测得的电瓜为典型的RMS值。将读到的数值乘以2的川平方即可得到以KRPM为单位表示的值。弱磁()对于测试的电机参数,表1中的数据就是米取上述步骤PMSM的弱磁意味着绘旋转坐标系d轴方向的定子电流测得的。施加一个负值,作用是削弱气磁链逆变器的电压输出在定子电阻和感应电阻上产生压降表剩下的电压用于消除BEMF。BEMF与电机的转速和电压常量K成正比。考虑到逆变器的最大输出电压限值电机类型电机单位通过降低与气隙磁链呈正比的电机电压常量Kb即可提高转速。气隙磁链的降低自然会导致转矩降低。连接类犁由丁控制气隙弱磁所涉及的电机特性参数之间的关系错L-L电阻1922综复杂,因此情况有些复杂。LL电感-1kHz2.672H电枢d轴电流对气隙弱磁的影响取决于从电枢齿到转子电压常量Ka7.24铁芯的磁烙的形状和磁性。如前所述,磁体表面贴装的KRPM类型对有效弱磁并无益处,因此设计电机磁路时很可能环温度22.7C仅针对电机以基本转速运行的情况,一旦超过基入转速就会出现饱和现象。饱和效应会导致电气参数发生变化其中之一就是定子的磁链电感,该值会在磁模式下减小。C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第7页在 dS PICDEM MCLV开发板的两条并联攴路上分别读取要调整的开环参数包括锁定时间、最终加速度以及基准必需的相电流,在ADC采集之后,将读到的值缩放至电流值。锁定时闫代表转子对齐所必需的时间,它取决合适的范围。电流的总缩放因子取决于读取并联支路的于负载初始转矩和转动惯量(这两个值越大,锁定时间差分运放的增益和流经电机的电流的最大值。例如,在就越长)。起动时上升到的最终转速(以RPM表小)并联支路电阻为0.005Ω的情况卜,44A的峰值相电流应没置得足够高,以使估算器计算的BEMF具有足够的和75的增益会导致ADC输入端的电压为33V。对电精度,达到最终转速的时间取决于连接到电机转轴上的流使用缩放因子1,经过例1的转换,得到的电流值将阻性负载:负载越人,达到最终基准转遮所需的时间就为Q15格式,釆用软件实现方案时,必须使用该格式越长。例采用开环控制替代闭环控制起到简化的目的,其中转子磁通和圊定参考坐标系之间的估算角由开环増速控制中使用的强制角替换。强制角不关心转子的位置,而是使抟了位置增加一个角度,从而使转子的位置成为一个不断增加的量。图1给出了控制环的另一种简化形式,即在支持文件屮,电流缩放因子缺少速度控制器,并且q轴的基准电流是硬编码的是通过实验确定的,而并非使用上述步骤,因此消除了q轴基准电流用于提供在转速开环上升阶段流终电机的可能由电气元件公差导致的训算误差。公式8中显小的电流;初始负载越高,所需的电流就越人,负载决定基缩放常量与內部软件变量相乘得到实际电流值。准转短。公式:例2给出了基准电流设置的宏定义,将实际的电流值输入参数归一化至软件要求的范围,其算依赖于电流缩放常量(),最初是通过计算0确定的。作为输入的实际电流值的单位应为安培,并且处于[,]范围内。反之,要获取缩放常量,可以将实际电流值除以软件表示的十进制数。在稳态工作条件下,使用电流探针和例MPLAB③IDE的数据监视和捕捉接凵( Data monitorand capture Interface,DMc)功能,在示波器上测量峰值电流,并将测得的值除以DMCI给出的对应值即可完成上述操作。欲知有关DMC|用法的细节,请查询MPLAB IDE帮助文件。要使算法在开环系统中工作,从而禁止初始调节时的闭公式4显小在阻抗和感抗电压降计算中包含采集的电环控制环节,则应启用例3中给出的特定宏代码定义。流。由于采集过程中叫能存在噪声,需要对感抗电瓜降计算中包含的导数项进行限制以获得有效值。对于待测例电机来说,最人转速为5500PRM,峰-峰值电流为5A的情况下,最大电流变化为每50us025A就最初校准而言,电机起动时应带有负载,此时需要调整开环斜率参数。这对于在激活闭环控制之前,潜在P控制器的重新校准,甚全是一些初始过渡阶段的校验(比如强制角和估算角之间的角误差以及实验确定电流缩放常量),以及最初开环上升参数的精调非常有用。DS01292ACN第8页c 2010 Microchip Technology Inc对于采用弱磁后电机转速超过标称转速的情祝,由于系把这些考虑个内,并考虑公式6,当BEMF保持恒定时统参数呈现非线性,因而调节将更为复杂转速和1/a之间就呈玩比例关系,如公式9所示。从这点开始调整的目的,是要在无负载的条件下,实现测试电机标称转速的倍增。公式:警告:通常,电机制造厂商指出了不损坏电机时能够达到的最大转速(可能比额定电流时的制动点速度要大);如果未指出,电机的运行速度可能更高,但只能作一小段时间(断断续续地),还要承担前一节中于是对于转速倍增而言,为了弥衤感电压降,考虑每所述的退磁或机械损坏风殓电压常数1/d的上升超过一半(125%)的情沉。在查找衣中给出了1/d随转速的变化关系,查找索引在弱磁模式中,如果转速超过标称值而造成FOC失效,随时可能损坏逆变器。其原取决于转速。在开始韶分,查找表将表示1/φ随因在于,BEMF值将大于标称转速时产生转速ω的线性变化关系,不过稍后根据负载情况可对线性变化进行微调以便获得最佳能效。查找索引的获的BEMF值,从而超出DC母线电压值而这是逆变器的功率半导体和DC链路电容得,是把转了实际转速减去弱磁策略开始旄行之后的转速,再除以一个缩放因子。索引缩放因子给出了查找表不得不予以支持的电压。由于打算进行的调整意味着反复的系数校正,直至达到最的精细稈度度量,所以,对于相同的转速范围,缩放因优运行状况,为了防止在高速时电机停子越人,在查找表中得到的点就越少,而点代表的是加转,应确保使用相应电路对逆变器进行保以老虑的转速域。对于我们考虑的电机,最大转速是27500单位,其中5000单位表示1000RPM。考虑缩放因子为1024,弱磁开始转速是13000单位,结果是对调整原理的解释始于图4中的矢量图。考虑在(逆变(27500-13000)/1024=141。作表中有大致15项就器能够提供的)最大电压时生成每安培最大转矩所需的足以覆盖期望的转速范围。反过来计算,假如查找表中电流,低于标称转速时,它表示的只是q分量,这是转有17项,可能的最大转速将是17·1024+13000=矩生成所必需的。口前,等于;但是,弱磁策略开30408单位,约为6000RPM。由于估算的电流速度总始之后,定子电流将等丁d、q分量的矢量和。假设是存在某种程度的噪声,而且在速度值改变时索引的计定子电流及输入电压(绝对值)不变,定子电阻算可能不稳定,因此在软件屮计算索引时,使用的不是上的电压降也将不变,而感抗电压降将随转速成比例增(估算的)电流速度,而是基准速度。可以考虑基准速加。但是,由于表面贴装PM的感应系数值很小,在与度的变化斜率足够慢,从而估算速度能够很接近它。其他隐含指出的测量值进行比较时,可以忽略感抗的增考虑基准和最人遮度之间的线性变化关系,查找表值将加。把这一前提考虑在内,在对电机进行加速时,可以看上去类似于例4,且将使用实验获得的结果更新查找认为弱磁时BEMF是忸定的,由于感抗电压降的增加,BEMF的稍许下降是可以接受的。表值。表中的第一个值表示电机基时的1/d值,如同使用支持文件()所计算的那样。C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第9页例:电压常数倒数初始化查找表电流的负d分量作用是减小电压常数Φ,在理想情况下是成比例的,如前所述,这为提升转速留下更人空另一方面是弱磁模式屮定子磁链电感的变化,它也是非线性的。为了消除它的影响,意味着要使用另一个査找表,其査找索引如前所述相同。表中的项表示的是转速①时的电感变化率(o),具体值是其索引除以基速时的两倍。表中第一项始终应该是,因为是基速电感除以两倍白身。此时,表中其余各项填充的值都好像其电慼是基速时的一半(例6)。例:电感变化初始化查找表使用标称电流运行电机,将不会导致磁铁的永久消磁。所以,强制d分量(亡负责气弥净磁通密度下降)为标称电流将不会有破坏性影响。在稳态时,由于缓慢的加速斜率以及没有阻抗转矩(除了轴承摩擦和风扇之外),无负载工作吋所需的q分量将非常小。实践中,d轴电流分量的设定通过查找表来进行,其索引与用来查找电压常数耷找表的索引相同。最初,表中填充的值将是电流与转速Q呈线性关系的值(表中的第一项表小的基速值,最后一项表小标称的电流值),如例5所示。例:轴基准电流初始化查找表出于测试目的,在软件中使用缓慢的斜率作为基准速度,使用如下的定义进行激活,如例7所示。例DS01292ACN第10页c 2010 Microchip Technology Inc
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