實(shí)時(shí)自控 精準(zhǔn)調(diào)速 | 極海G32R501 2.2kW高性能矢量變頻器參考方案

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等創(chuàng)新技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)變頻器行業(yè)加速向智能化、數(shù)字化方向邁進(jìn)。變頻器不僅具備調(diào)速和節(jié)能功能，還能融合遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)測(cè)和自適應(yīng)控制等技術(shù)，顯著提升設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，同時(shí)降低能耗和排放。這些特性使其更符合國(guó)際節(jié)能減排目標(biāo)要求。

極海2.2kW高性能

矢量變頻器參考方案介紹

極海G32R501 2.2kW高性能通用矢量變頻器參考方案，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流同步電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩。采用高性能的矢量控制技術(shù)，低速高轉(zhuǎn)矩輸出，具有良好的動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過載能力、增加了用戶可編程功能及后臺(tái)監(jiān)控軟件，通訊總線功能，支持多種PG卡等，組合功能豐富強(qiáng)大，性能穩(wěn)定。

可用于紡織、造紙、拉絲、機(jī)床、包裝、食品、 風(fēng)機(jī)、水泵及各種自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。

方案部分參數(shù)

變頻器原理圖

軟硬件介紹

G32R501 2kW變頻器參考方案，由功率板、控制板、按鍵顯示板組成。

變頻器實(shí)物圖

本方案搭載無感觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)高性能無感FOC控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)速范圍：1:200；轉(zhuǎn)速精度：±0.5%；轉(zhuǎn)矩精度：5Hz以上±0.5%

變頻器無感控制圖

方案優(yōu)勢(shì)

■ 基于G32R501實(shí)時(shí)控制MCU的單芯片方案

■ 支持零速度切換，瞬停不停，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和連續(xù)性

■ 支持電機(jī)參數(shù)靜態(tài)辨識(shí)（電阻/電感/磁鏈）

■ 同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)超強(qiáng)過載能力（可調(diào)可設(shè)），提供更高靈活性和可靠性

■ 載波頻率：0.8kHz~16kHz，可根據(jù)負(fù)載特性自動(dòng)運(yùn)行，在控制精度、噪聲、效率和適應(yīng)性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)

■ PI自整定：模型參考自適應(yīng)，自動(dòng)優(yōu)化控制參數(shù)，提高控制精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)穩(wěn)定性

采用G32R501芯片在240MHz主頻下，單核FLASH中運(yùn)行時(shí)（路徑：ITCM → FACC → Flash），控制環(huán)路周期：62.5μs，優(yōu)化等級(jí)為O2狀態(tài)下，環(huán)路執(zhí)行時(shí)間：＜19.8μs（同類產(chǎn)品執(zhí)行時(shí)間為24μs）。

正反轉(zhuǎn)零速切換

支持正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)零速度自由切換。通過優(yōu)化控制策略在正反轉(zhuǎn)切換時(shí)設(shè)置合理的過渡區(qū)和切換邏輯，實(shí)現(xiàn)電機(jī)在零速時(shí)的平滑切換，并采用狀態(tài)機(jī)的滯環(huán)切換方案，確保電機(jī)在正反轉(zhuǎn)切換時(shí)不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械特性反轉(zhuǎn)。

IPD初始位置檢測(cè)

采用脈沖注入法：假定轉(zhuǎn)子處于某一位置建立 dq 坐標(biāo)系，將 0-360 電區(qū)間劃分成 N 份，在每個(gè)區(qū)間打出等幅值脈沖并采集AB相電流。由于轉(zhuǎn)子磁效應(yīng)會(huì)影響電流變化率，和 S 極方向相同方向的電流變化率越大，和 N 極相同方向電流的變化率越小，找出電流變化率最大的脈沖對(duì)應(yīng)的電角度，再疊加上代碼假定的初始角度，即為轉(zhuǎn)子的初始位置，在此基礎(chǔ)上還可利用增量式光電編碼器數(shù)值做抖動(dòng)補(bǔ)償。

參數(shù)辨識(shí)

支持電機(jī)參數(shù)靜態(tài)辨識(shí)（電阻/電感/反電動(dòng)勢(shì)(磁鏈)）,PI參數(shù)自整定，無需人工調(diào)試，一鍵運(yùn)行。 ■ 電阻識(shí)別技術(shù)：采用直流注入法，給電機(jī)繞組施加直流電壓，測(cè)量繞組中的直流電流，根據(jù)歐姆定律計(jì)算電阻，并對(duì)電流和電壓進(jìn)行低通濾波。 ■ 電感識(shí)別技術(shù)：采用脈沖電壓法，在準(zhǔn)確的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 d、q 軸上注入正反向的高頻脈沖電壓，依據(jù)電壓方程計(jì)算出 d、q 軸電感。 ■ 反電動(dòng)勢(shì)識(shí)別技術(shù)：采用狀態(tài)觀測(cè)器，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、速度和電流等狀態(tài)的估計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反電動(dòng)勢(shì)的觀測(cè)和估計(jì)。 ■ PI參數(shù)自整定：通過建立閉環(huán)電機(jī)模型，引入臨界增益和臨界周期來確定最佳的Kp和Ki值。 通過以上技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)無傳感器高精度控制。

G32R501芯片特性

■ 內(nèi)核與存儲(chǔ)：基于Cortex-M52雙核架構(gòu)，主頻250MHz，配備緊耦合內(nèi)存（ITCM、DTCM）、I/D-Cache，F(xiàn)lash預(yù)取，實(shí)時(shí)性能高；

■ 擴(kuò)展指令：極海自研紫電數(shù)學(xué)指令擴(kuò)展單元，支持CRC運(yùn)算、Viterbi、三角函數(shù)、除法、開方等數(shù)學(xué)運(yùn)算；

■ 增強(qiáng)型控制外設(shè)：

· 16個(gè)PWM通道，多通道同步性能高，助力低速精準(zhǔn)電機(jī)控制；

· 靈活的IP聯(lián)動(dòng)功能，PWM模塊具有額外兩個(gè)比較子模塊（CMPC、CMPD）專門用于產(chǎn)生同步事件，可在計(jì)數(shù)器任意時(shí)刻產(chǎn)生事件，同步事件可傳遞至任一PWM模塊同步PWM相位，并觸發(fā)ADC開始采樣；

■ 高精度模擬外設(shè)：

· 3個(gè)3.45MSPS的12-bit高速ADC，快速準(zhǔn)確采集模擬信號(hào)，減小信號(hào)延遲；

· ADC支持3.3V/2.5V內(nèi)部參考源，2.5V參考源時(shí)，電壓分辨率可提升32%，提高反饋信號(hào)采樣精度；

■ 豐富通信接口：CAN×2、I2C×1、UART×2、SPI×2、QSPI×1、LIN、PMBus×1。

極海G32R501 2kW高性能矢量變頻器量產(chǎn)級(jí)參考方案，涵蓋完整的軟硬件設(shè)計(jì)，可提供全功能軟件固件和變頻器控制上位機(jī)PC調(diào)試工具，支持參數(shù)設(shè)置、JOG調(diào)試、故障排查、波形分析等功能；方案配有詳細(xì)使用指南，方便工程師快速進(jìn)行上手使用、性能評(píng)估以及二次開發(fā)。