電流環(huán)帶寬提高設(shè)計(jì)

上篇討論了電流環(huán)路組成的各個(gè)部分，以及電流環(huán)PI參數(shù)整定的具體方法。根據(jù)上期介紹，最終的參數(shù)整定公式僅僅與電機(jī)電感電阻參數(shù)，以及PWM載波周期有關(guān)：。其中?當(dāng)Tpwm確定后，那么最終的電流環(huán)帶寬也就隨之確定。例如，系統(tǒng)的PWM周期為16kHz，那么系統(tǒng)的自然頻率即為8k，對(duì)應(yīng)的電流環(huán)帶寬為1274Hz。

在傳統(tǒng)的PI電流控制器中，一旦PWM周期確定了，那么系統(tǒng)帶寬也就隨之確定了。由于電機(jī)本身的阻感電氣特性是系統(tǒng)中慣性最大的部分，PI控制器需要對(duì)這部分進(jìn)行零極點(diǎn)對(duì)消，在此基礎(chǔ)上如果要進(jìn)一步提高電流環(huán)帶寬，只能對(duì)Figure1中的剩余兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行改善。

Figure 2是PWM輸出信號(hào)和相電流采樣點(diǎn)時(shí)序圖，綠色箭頭為觸發(fā)sinc filter采樣的時(shí)刻，為了確保在輸出電壓矢量的零矢量中心時(shí)刻采樣到有效的電流反饋信號(hào)，需要保證整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間的中間時(shí)刻與零矢量中間時(shí)刻對(duì)齊。

綠色線段部分為sinc filter的轉(zhuǎn)換時(shí)間，該轉(zhuǎn)換時(shí)間由sinc filter的抽樣率和階數(shù)直接相關(guān)。藍(lán)色箭頭為觸發(fā)電流環(huán)中斷響應(yīng)函數(shù)時(shí)刻。PWM會(huì)在整個(gè)周期的起始時(shí)刻和中間時(shí)刻進(jìn)行占空比更新。

可以從以下兩個(gè)方面入手縮短數(shù)字控制延遲：

直接縮短PWM載波周期；

確保需要更新的PWM占空比在最近的重載點(diǎn)前計(jì)算完，這可以通過(guò)設(shè)計(jì)合適的進(jìn)入中斷的時(shí)間點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖中可以看到電流環(huán)計(jì)算完成始終在電流采樣完成后的第一個(gè)PWM寄存器重載時(shí)刻前。

PWM波導(dǎo)致的延遲，是僅與PWM載波周期相關(guān)的，等效延遲時(shí)間為半個(gè)載波周期，因此，要縮短這一部分產(chǎn)生的延遲，也只能通過(guò)提高PWM載波周期來(lái)完成。

下圖為最終的PWM波與電流采樣圖，可以看到，最終的PWM周期取決于sinc filter的轉(zhuǎn)換時(shí)間和電流環(huán)的執(zhí)行時(shí)間，盡管最終的傳遞函數(shù)和圖1保持一致，但是整個(gè)系統(tǒng)的電流響應(yīng)帶寬因?yàn)門(mén)pwm的減小得到進(jìn)一步提高。

本期關(guān)于如何提高伺服電控系統(tǒng)的電機(jī)電流環(huán)響應(yīng)帶寬的介紹就先到這里，下期會(huì)對(duì)整個(gè)方案的相關(guān)資源的使用情況進(jìn)行介紹。下期見(jiàn)！