使用Microchip Inductive Position Sensor實(shí)現(xiàn)高精度馬達(dá)控制

目前在永磁馬達(dá)（PMSM或BLDCM）的控制上，馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置回授主要有光學(xué)式增量型編碼器（Optical Incremental Encoder）、霍爾傳感器（Hall Effect Sensor）、磁感應(yīng)旋轉(zhuǎn)編碼器（Magnetic Rotary Encoder，以下簡稱MRE）及解角器（Resolver）等。至于要使用何種傳感器，主要考慮點(diǎn)包含成本、使用環(huán)境及輸出角度分辨率等因素決定。例如工業(yè)上精密加工應(yīng)用，光學(xué)式編碼器的高精度輸出可以符合加工精度要求；如電動(dòng)腳踏車（e-Bike）或電動(dòng)滑板車等，因成本考慮，霍爾傳感器可符合需求，并提供一般消費(fèi)者可接受的性能；若需要更好的騎乘體驗(yàn)，在成本兼顧情況下，MRE是不錯(cuò)的選擇。

除了上述傳統(tǒng)的傳感器，Microchip 提供了另一個(gè)成本與性能兼顧的位置傳感器：電感式位置傳感器（Inductive Position Sensor，以下簡稱IPS）。根據(jù)作者目前所接觸到的應(yīng)用實(shí)例，MRE 及 IPS具有相似性能與成本，但在安裝方式，MRE須將感應(yīng)用之磁鐵安裝于軸心上，且該MRE 芯片必須正對(duì)該磁鐵。若馬達(dá)后方軸心突出馬達(dá)后蓋本體則無法安裝，IPS則不受此限，安裝位置彈性佳。IPS 詳見Microchip 官網(wǎng)（https://www.microchip.com/en-us/products/sensors-and-motor-drive/inductive-position-sensors）。

 

本次測(cè)試設(shè)備如圖（一）所示 （詳見AN4764），測(cè)試結(jié)果以MPLAB ? X 插件X2C Scope 擷取輸出波形。

 

控制架構(gòu)如圖（二）。此測(cè)試平臺(tái)使用的IPS為LX34050，輸出信號(hào)為SIN 及COS波，并由dsPIC33CK 的PWM同步觸發(fā)ADC來取樣。取樣之ADC結(jié)果（SIN 及COS）經(jīng)平衡校正后如圖（三）。

最后以ARCTAN算出連續(xù)角度如圖（四）提供給FOC運(yùn)算。相較于霍爾傳感器只能提供60度電氣角的分辨率，IPS在速度控制上具壓倒性優(yōu)勢(shì)，更可以做到S 曲線位置控制。測(cè)試結(jié)果顯示可以等效低于1 RPM的速度進(jìn)行控制，有機(jī)會(huì)應(yīng)用于ADAS（Advanced Driver Assistance Systems）中車道維持方向盤控制應(yīng)用。
 

圖（五）是S曲線位置命令測(cè)試結(jié)果，可看出馬達(dá)實(shí)際位置（粉紅色線）可以完美的到達(dá)最終的位置命令（紅色線），這是僅使用霍爾傳感器來做控制所達(dá)不到的性能，充分顯示IPS可以大幅改善馬達(dá)低速下的速度響應(yīng)，更能精準(zhǔn)地控制具有動(dòng)能回收的應(yīng)用，如電動(dòng)載具，為節(jié)能減碳及永續(xù)發(fā)展（Sustainability）做出更好的貢獻(xiàn)。

本文作者為：Microchip應(yīng)用工程師經(jīng)理 葛育中