中科芯代理商-深圳市中芯巨能電子有限公司為您介紹基于中科芯微控制器CKS32F103CB的無感FOC風(fēng)機(jī)控制方案。該方案采用閉環(huán)Luenberger觀測器與PLL技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子角度估計，適用于表貼式（SPMSM）和內(nèi)置式（IPMSM）永磁同步電機(jī)，具有高能效、低噪聲、長壽命及平穩(wěn)運行的特點。

控制架構(gòu)與算法實現(xiàn)

系統(tǒng)的核心在于速度外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)機(jī)制。其中，電流環(huán)執(zhí)行周期可達(dá)到最低35μs，確保高速響應(yīng)能力。具體流程如下：

通過支持雙電阻或三電阻采樣的方式，利用CKS32F103CB內(nèi)部的雙路12位ADC完成精確電流測量。

運用Clarke與Park變換將三相電流轉(zhuǎn)換至d/q坐標(biāo)系下處理，便于后續(xù)的PI調(diào)節(jié)。

經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后輸出電壓矢量，并通過空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）生成驅(qū)動信號。

最終，借助Luenberger觀測器結(jié)合PLL技術(shù)實時估算轉(zhuǎn)子的位置與速度，實現(xiàn)無感FOC控制。

為最大化發(fā)揮MCU性能，所有數(shù)據(jù)處理均采用了標(biāo)幺化方法，避免了浮點運算，提高了計算效率。

硬件設(shè)計與主控特性

CKS32F103CB作為核心控制器，具備72MHz的工作頻率，能夠滿足實時控制需求。其主要特性包括：

高精度的雙路12位ADC，提供快速且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集功能，支持同步采樣。

支持6路互補(bǔ)PWM輸出，配合死區(qū)時間設(shè)置，有效防止短路風(fēng)險，適合于三相逆變電路。

提供多種保護(hù)措施，如過流保護(hù)、過壓/欠壓保護(hù)等，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

強(qiáng)大的抗靜電和抗干擾能力，使系統(tǒng)能在惡劣電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作。

PCB設(shè)計注重功率與信號線路布局的優(yōu)化，減少寄生參數(shù)的影響，提高整體系統(tǒng)性能。

系統(tǒng)性能驗證

實驗結(jié)果展示了電機(jī)啟動時的相電流波形。從靜止?fàn)顟B(tài)開環(huán)啟動到加速進(jìn)入閉環(huán)控制的過程中，相電流波形平滑過渡，表明了觀測器對轉(zhuǎn)子位置的精準(zhǔn)捕捉能力。而在順風(fēng)啟動條件下，電機(jī)能夠迅速識別當(dāng)前轉(zhuǎn)速并平穩(wěn)切換至閉環(huán)模式，顯示了系統(tǒng)優(yōu)秀的動態(tài)適應(yīng)性。

這些測試證明了CKS32F103CB在PWM分辨率、ADC精度以及指令周期方面的卓越表現(xiàn)，足以應(yīng)對FOC控制所需的高精度要求，實現(xiàn)了高效的電流和轉(zhuǎn)速控制。

應(yīng)用優(yōu)勢與適用場景

此方案無需依賴霍爾效應(yīng)傳感器或編碼器即可實現(xiàn)精確控制，降低了成本和機(jī)械故障的風(fēng)險。同時，它還帶來了高效能、超靜音、強(qiáng)魯棒性的特點，非常適合通信電源、工業(yè)設(shè)備以及新能源汽車電子散熱等領(lǐng)域中需要高度可靠性的應(yīng)用場景。此外，由于使用的是國產(chǎn)MCU，這不僅提升了性價比，也方便了大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

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