出于對環(huán)境保護的考慮，預計更新的法規(guī)會不斷頒布出來，以要求開發(fā)更加節(jié)能高效的家用電器，例如洗衣機或空調(diào)。迄今為止，只有少數(shù)幾家供應商推出的專有解決方案，提供了的電機控制技術(shù)，可支持能效更高、噪聲更低的電器。不過，現(xiàn)在有了嶄新的變化——得益于新一代數(shù)字信號控制器(DSC)，以高成本效益方式實現(xiàn)電機控制算法已成為現(xiàn)實。

　　本文將介紹可以用在家電如洗衣機上的永磁同步電機（PMSM）型BLDC電機的無傳感器磁場定向控制（FOC）。

　　一臺洗衣機的鼓單元包括一個BLDC電機、電機控制板及一個帶有小鍵盤的用戶接口板、LCD和溫度傳感器。用戶接口板以串行鏈接對所需的洗滌負載、漂洗速度及其他命令與電機控制板的進行溝通。然后電機控制板根據(jù)收到的命令改變電機速度和扭矩。因此，任何PMSM控制板的改進，都可以顯著節(jié)省能源和成本。

　　對于無法部署位置或速度傳感器的一些應用，無傳感器FOC技術(shù)還可以克服一些由此產(chǎn)生的限制。例如，在一些壓縮機應用中，電機充滿機油會對線束布局有一些限制。在電器中采用PMSM電機時，由于PMSM電機轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場是恒定的，所以可以提供極高的效率。此外，電機的定子磁場通過正弦分布的繞組產(chǎn)生。與感應電機相比，PMSM電機還具有極高的功率/尺寸比。與直流電機相同，它們的電氣噪聲也較低，因為它們不采用電刷。

　　在電機控制中采用DSC的優(yōu)勢

　　通過采用數(shù)字信號控制器（DSC）如Microchip的dsPIC33F電機控制系列，設(shè)計人員能改進電機系統(tǒng)中的能量效率和節(jié)省成本。使用DSC時，無傳感器FOC算法非常適用于PMSM電機控制。這是因為DSC及其片上外設(shè)有助于FOC算法有效地執(zhí)行，以便以一種無傳感器方法實現(xiàn)BLDC電機中的轉(zhuǎn)子位置檢測。

　　DSC 需要快速靈活的ADC來進行電流檢測，這是電機控制中的一項關(guān)鍵功能。Microchip dsPIC DSC系列提供了這樣的ADC，能夠以1Msps的速率轉(zhuǎn)換輸入采樣，可同時處理多4路輸入。這些ADC具有多種觸發(fā)選項，支持采用低成本的電流檢測電阻來測量電機相繞組電流。例如，可以通過PWM模塊觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換，從而支持低成本的電流檢測電路。在特定的時間，開關(guān)晶體管允許電流流入檢測電阻，可在此時對輸入進行檢測。

　　采用的電機控制開發(fā)工具

　　本文討論的FOC電機控制固件基于 Microchip的dsPICDEM MC1電機控制開發(fā)板。FOC算法采用Microchip的數(shù)據(jù)監(jiān)視與控制界面(DMCI)工具進行測試和調(diào)試，該工具是MPLAB集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)的一個模塊。DMCI工具提供了快速的動態(tài)IDE，讓設(shè)計人員可以用圖形方式來表示應用反饋。例如，在DMCI的IDE中，程序符號(變量)可以動態(tài)地分配給滾動條、直接輸入或布爾控件的任意組合，而IDE提供了對于這些符號(變量)的項目知悉導航功能。通過這些控件，用戶可以在DMCI IDE中交互式地更改程序變量的值。此外，用戶還可以動態(tài)地配置圖形，以查看程序生成的數(shù)據(jù)。

　　在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(圖1)中，可以看到電機軸上沒有安裝位置傳感器，但電機上采用了一些傳感器來測量電流。這些傳感器的電感電阻較低，它們屬于逆變器功能模塊的一部分。這里采用一個三相逆變器作為功率級，用來驅(qū)動電機繞組(圖2)。

圖1：USB界面專用充電器。

　　圖2：三相逆變器驅(qū)動PMSM繞組。

　　FOC(或矢量控制)算法的簡要步驟

　　以下總結(jié)了控制PMSM的FOC算法步驟。

　　1.先測量三相定子電流ia和ib。根據(jù)ia+ib+ic=0，計算來自兩個電流傳感器的電流。

　　2.將三相電流轉(zhuǎn)換到2軸坐標系中。該轉(zhuǎn)換根據(jù)測量的ia、ib和ic值得到變量iα和iβ。從定子的角度來說，iα和iβ是時變正交電流值。該步驟稱為Park變換。

　　3.采用控制循環(huán)上迭代時計算的變換角旋轉(zhuǎn)2軸坐標系，使之與轉(zhuǎn)子磁通對齊。該轉(zhuǎn)換根據(jù)iα和iβ得到變量id和iq?，F(xiàn)在，將正交電流id和iq變換到旋轉(zhuǎn)坐標系中。在穩(wěn)態(tài)條件下，id和iq將保持恒定。該步驟稱為Clarke變換。