一、簡(jiǎn)介

瑞薩電子RX72T是一款專(zhuān)為工業(yè)、家用電器和機(jī)器人電機(jī)控制優(yōu)化的32位高性能微控制器。它基于RXv3內(nèi)核，主頻200MHz，具備出色的實(shí)時(shí)計(jì)算能力（5.8 CoreMark/MHz），配備最高1MB程序閃存和128KB SRAM，確保復(fù)雜控制任務(wù)的高效執(zhí)行。工作電壓2.7至5.5V，工作溫度范圍-40至105℃，適應(yīng)多種惡劣環(huán)境。

RX72T擁有專(zhuān)用加速器，如RXv3寄存器批量保存和三角函數(shù)計(jì)算器，大幅提高電機(jī)控制效率。模擬增強(qiáng)功能強(qiáng)大，包括30通道12位A/D轉(zhuǎn)換器、2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器、6通道比較器和6通道偽差分PGA，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)信號(hào)處理。200MHz PWM支持多種模式，如4通道3相互補(bǔ)、2通道5相互補(bǔ)和10通道單相互補(bǔ)，配合4通道高分辨率PWM（最小時(shí)間調(diào)節(jié)195ps），滿(mǎn)足復(fù)雜電機(jī)控制需求。同時(shí)，集成可信安全I(xiàn)P Lite（AES/TRNG），保障工業(yè)和家庭設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸與控制安全。

二、技術(shù)文章

電機(jī)控制應(yīng)用于各類(lèi)家用電器和工業(yè)設(shè)備，并且使用數(shù)量逐年增加。要發(fā)揮電機(jī)控制的性能，就需要位置信息，因此過(guò)去一直使用傳感器來(lái)檢測(cè)位置，但考慮到傳感器的可維護(hù)性，傳感器自身的成本、可靠性和環(huán)境耐候性，不使用傳感器（無(wú)位置傳感器或無(wú)傳感器）的控制方法逐漸成為主流。

然而，常規(guī)無(wú)傳感器方法是一種根據(jù)電流推算出電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓從而獲得位置信息的算法，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于電機(jī)的物理特性，感應(yīng)電壓較低，因此無(wú)法準(zhǔn)確獲取位置信息，很難將無(wú)傳感器矢量控制應(yīng)用于低速運(yùn)行的應(yīng)用。本期介紹的“全速域無(wú)位置傳感器矢量控制”是一種能夠在全速域下使用無(wú)傳感器矢量控制的解決方案。因此，可以在全速域下進(jìn)行有效的控制，幫助降低功耗和提高產(chǎn)品性能。本期解決方案使用了適用電機(jī)控制的RX系列產(chǎn)品。

用于執(zhí)行全速域無(wú)位置傳感器矢量控制的電機(jī)

為靈活運(yùn)用本期解決方案，需要了解電機(jī)的類(lèi)型和特性。永磁同步電機(jī)（無(wú)刷直流電機(jī)）包括兩大類(lèi)電機(jī)：內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)（IPMSM：Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）和表面式永磁同步電機(jī)（SPMSM：Surface Permanent Magnet Synchronous Motor）。由于它們的磁鐵構(gòu)成不同，因此電機(jī)的特性存在差異。特別是，IPMSM具有磁阻隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置變化而變化（具有凸極效應(yīng)）的特點(diǎn)，利用這種凸極效應(yīng)，低速時(shí)也可以精準(zhǔn)獲取位置信息。這就是能夠在全速域內(nèi)進(jìn)行無(wú)傳感器矢量控制的“關(guān)鍵”。

圖像

IPMSM

SPMSM

利弊

全速域無(wú)位置傳感器控制有利也有弊，因此不適用于所有應(yīng)用。這里介紹解決方案的利和弊。在常規(guī)無(wú)傳感器矢量控制過(guò)程中，我們假設(shè)在低速時(shí)用無(wú)反饋的開(kāi)環(huán)進(jìn)行控制，并進(jìn)行了比較。

優(yōu)點(diǎn)是即使在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)也可以適用無(wú)傳感器矢量控制，從而實(shí)現(xiàn)低功耗、穩(wěn)定的扭矩輸出和高速啟動(dòng)等功能。在常規(guī)無(wú)傳感器控制過(guò)程中，通常需要使用基于強(qiáng)行勵(lì)磁的磁力來(lái)固定位置，因此難點(diǎn)在于啟動(dòng)花費(fèi)時(shí)間，并且當(dāng)超過(guò)一定負(fù)載時(shí)會(huì)發(fā)生脫調(diào)（失步）。然而，基于IPMSM的全速域無(wú)傳感器矢量控制可以精確地估算磁鐵的起始位置，因此與常規(guī)無(wú)傳感器控制相比，啟動(dòng)更快更穩(wěn)定。

主要缺點(diǎn)有CPU運(yùn)算大幅增加，產(chǎn)生諧波噪音。由于用戶(hù)能聽(tīng)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)的諧波噪音，所以可能不適合在安靜場(chǎng)所使用的應(yīng)用?？蓱?yīng)用的電機(jī)并不能應(yīng)用于所有PM電機(jī)，需要具有凸極效應(yīng)的IPM電機(jī)。本解決方案要求d軸和q軸之間的電感差異大于20%。

總結(jié)這些特點(diǎn)，全速域無(wú)傳感器電機(jī)解決方案對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)為主的應(yīng)用來(lái)說(shuō)效果較小，對(duì)于對(duì)噪音要求較高的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，則需要研究相關(guān)對(duì)策。然而，它非常適合在低速旋轉(zhuǎn)下運(yùn)行的應(yīng)用、對(duì)耗電要求較高的電池驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，以及在室外或工廠等中受噪聲影響較小的應(yīng)用，從而使無(wú)傳感器矢量控制能夠應(yīng)用于以往無(wú)法實(shí)現(xiàn)的速域。

目標(biāo)應(yīng)用

· 泵

· 輸送裝置（輸送機(jī)）

· 壓縮機(jī)

· 家用電器

全速域無(wú)位置傳感器電機(jī)解決方案

全速域無(wú)位置傳感器電機(jī)解決方案可以通過(guò)瑞薩提供的應(yīng)用指南和樣品軟件、搭載RX系列的CPU卡，以及我們合作伙伴生產(chǎn)的逆變板和市面上的IPM電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并可立即建立評(píng)測(cè)環(huán)境。希望您能利用本解決方案，嘗試性了解和掌握電機(jī)的特性，調(diào)試參數(shù)，并將其運(yùn)用到實(shí)際開(kāi)發(fā)工作中。

總結(jié)

本文介紹的解決方案使用了R-T系列在全速域下進(jìn)行無(wú)位置傳感器矢量控制。強(qiáng)烈建議希望在全速域下執(zhí)行矢量控制，降低功耗和提高效率的客戶(hù)使用我們的解決方案。對(duì)于RX-T系列產(chǎn)品，除了本期介紹的解決方案之外，我們還提供有其它示例代碼和應(yīng)用指南，如基于SPMSM的無(wú)傳感器矢量控制和基于編碼器的矢量控制。

三、相關(guān)下載

1、數(shù)據(jù)表

 https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396091

2、用戶(hù)手冊(cè)

https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396092

3、應(yīng)用指南

https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396093

4、軟件工具手冊(cè)

https://share.eepw.com.cn/share/download/id/396094

5、開(kāi)發(fā)軟件和工具

編譯器/匯編器

https://www.renesas.cn/zh/software-tool/c-cplusplus-compiler-package-rx-family-cc-rx

插件、操作系統(tǒng)感知調(diào)試等

https://www.renesas.cn/zh/software-tool/cs-partner-os-aware-debugging-plug

IDE 和編碼工具

https://www.renesas.cn/zh/software-tool/cs