焦点日报:电机控制需要哪些技能储备?
时间:2023-06-24 01:42:56来源:面包芯语

对于初学者来说,电机控制的储备包含以下几点:

1、理论基础

西安交大王兆安老师的《电力电子技术》。

这本书可以了解电力电子常用器件,如IGBT\SCR\GTO; 常用拓扑,如BOOST\BUCK; 常用调制方式,如SVPWM\SPWM等相关内容,作为电力电子行业入门书籍,必读!


(相关资料图)

入门版本《电力电子技术》

电机学,推荐清华大学出版社出版的刘锦波老师的《电机与拖动》。书中对于直流电机,同步电机,感应电机的设计及控制论述详细,通俗易懂。

电机与拖动

胡寿松老师的版本比较晦涩难懂,但是个人建议优先选择。

自控

陈伯时老师的《电力拖动自动控制系统》。对于FOC控制和环路设计,除了位置和速度观测没有,其他电控相关内容在书中都是有迹可循的。

经典电控书籍

以前我推荐了这四本书,很多读者反馈,看书没有明确的计划,很容易半途而废。

针对同步电机,我列出了我认为的知识重点,拟定了为期2个月的看书计划供参考:

看书计划

2、Simulink基础

Simulink作为软件仿真的重要平台,可以快速迭代并验证方法。

对于Simulink,我建议多看看matlab的help里自带的例程,就像初学TI看TI官方库例程一样,原厂的例程能够帮助你快速上手入门。

Simulink具体的技能主要是离散仿真的验证,未来的电机应用会逐渐小型化,高功率密度,对成本越来越敏感。

哪怕是车上的应用,从这一点来说,芯片会越来越抠功能,增加成本又多余功能会被舍弃。自动代码生成可能只在主驱,ECU,风电,光伏等基于MBD开发的场景使用,更大规模的是定点加手写代码,提高代码的执行效率。

所以Simulink自动代码生成,目前来看,对工业级和消费级应用并不多,手写代码为主的话,可以考虑离散仿真,或者把手写代码放到离散模块里仿真。

3、硬件技能

我个人认为,硬件方面,我还是比较熟悉的。做软件需要用到的硬件技能包括:

BUCK电路设计;

LDO发热评估;

电流采样电路分析、输出采样,下桥臂采样,单电阻/双电阻;

ADC采样分析,比如采样保持转换时间、通道序列;

MOS和IGBT驱动电路分析,选型,发热评估;

保护功能设计及评估,比如过载,堵转,缺相,过流等;

强电部分和控制电路部分的连接;

以上是不同应用下,需要的基本技能,用于辅助项目开发提速。

4、控制技能

控制技能涉及的就比较多了,具体包括:

MCU或者DSP基层配置,包括ADC采样,PWM发波,brake保护及复位,中断触发;

总线配置及调试,主要是UART,或者要求高的场合用CAN,有些应用需要I2C;

FOC基本原理,基于转子磁场定向,数学模型,坐标变换,星三角转换;

电流采样运放配置,和保护、ADC采样触发关联;

电流环、速度环、弱磁、功率环设计;

基于无感位置观测,或者霍尔、编码器角度解析,速度计算;

伺服要考虑系统刚性,末端振动抑制;

伺服的低速齿槽转矩补偿,轨迹规划,s曲线,smoothing;

增量式编码器的初试位置校准;

离散编码实现及真实值、标幺化相互转化;

离线参数辨识,包括定子电阻,电感,磁链,惯量等。

SVPWM过调制边界,这是个多问题耦合的点,涉及弱磁,单电阻或者双电阻采样;

初试位置辨识,打脉冲或者强拉起步;

MTPA,MTPV,这个主题又和弱磁相关联;

死区补偿的设计,涉及电压重构,低速观测精度;

离散补偿,尤其高速下,因为低开关频率导致的离散误差,进而角度误差增大。

5、试验调试

实验是检验真理的唯一标准,这是我从业十余年信奉的唯一准则。

一直坚持知行合一,所以我的建议是实践和理论一定要紧密结合,相互迭代。

初学者最好有项目练手,一定要多动手多做实验,多积极总结。

电机的学习进步没有那么快,也没有什么捷径。

初学者普遍的几个现象:

5.1 觉得自己都搞过了,什么都会了。缺乏理论基础,没有环路的概念;依然用BLDC换相那一套思维来分析FOC。

5.2 觉得电机控制很成熟了,没有搞头。未来电机是逐渐小型化,高效率化。将会有大量的项目需求,很多客户并没有设计能力,所以需要依托原厂,控制器厂商把电机项目落地。

另外来说,技术发展空间小,并不代表项目能成熟落地,能把项目稳定量产,再考虑行业是否成熟这个问题。

5.3 硬件搞过,软件搞过,就觉得自己是全栈了。

全栈这个概念没有任何意义。客户不会因为你是全栈,就为你买单,买你的产品。客户看重的是你能不能把项目落地,品质如何。打工也一样,全栈只会让你事更多,无法专注提升自己。并且工作种类太多,个人精力有限,能否高质量完成工作,也要打个问号。

其他工程师专注于自己的领域,打杂打得太多会迷失自己的方向。

哪怕是自己创业,我也推崇团队>个人,一个人不可能完成全部的工作,这种模式是不可持续的。

搞电机的进步相对见效慢,一定要有耐心沉下心来踏踏实实钻研,不是靠一时的风口起飞。

如果没有demo板,可以考虑本团队开发的demo板,基于领芯微ARM核M0 MCU,型号LCP037BT32EU8,内置6N MOS预驱。

支持无感单双电阻采样,还有磁编的接口。支出串口,I2C,主要是BLDC和PMSM控制。系统电压24VDC,有个直流源就可以搭配电机开工了。

基于领芯微MCU demo板

定点芯片,可以提供底层的SDK和基础的滑模代码,仿真器使用ST-LINK,如需购买请私信,或者淘宝,闲鱼搜索店铺名:转子磁场定向

所需技能思维导图如下:

电机控制技能导图

往期文章:

电机控制前途如何?

单电阻电流采样原理

这个国产替代不得了

股票被套了。。。

快看,TI的秘籍(一)

120人了!

GPT-4是这样搞电机的。。。

TI FAST如何采集电机相电压

MOSFET 并联关键参数

如何设计大功率BLDC控制器(一)

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