Microchip小百科：PMSM马达控制经验谈

图一：PWM noise on Hall Signal。

台北讯
目前Microchip的3.3V 70MIPS dsPIC33EP MC系列是专门针对motor control所设计的MCU/DSP。以三相马达控制为例，从基本的BLDC 六步方波到Sensorless FOC (PMSM永磁同步 or AC感应)皆可轻松应付。若强调车用及安全功能，5V且具有ECC (error codes correction)的dsPIC33EV系列则为首选。而PIC32MK MC系列及SAM E/S7x 300MHz Cortex M7系列则非常适合高端伺服马达控制应用，如高速高精度的工具机台。以下介绍将以较常见的三相永磁马达为主。

以控制法则来分，有BLDC六步方波驱动，可以是开回路或是速度闭环或速度及电流闭环控制。若要输出弦波有Sensorless FOC (Microchip Application notes AN1078, AN1292)或开回路弦波控制(AN1017)。若要输出弦波电流，且马达启动时就有高负载，sensor-less FOC就比较不适合。此情形就必须在马达加上Hall IC或编码器侦测马达转子位置，以便在马达堵转时也可输出高扭力，例如e-bike、 e-scooter等。

一般来说都会使用Hall IC。但根据经验，我们常遇到弦波控制时，Hall IC输出容易受马达动力线或PWM干扰，尤其是Hall信号线常与motor UVW动力线做成同一条线时此情形更为常见，如图一红色圈所示，其中的noise会导致MCU多产生一次以上之Capture中断，如果是以中断读取Hall信号来计算速度，此情况便会造成速度计算突波。

由于是用Hall信号来预估SVPWM所需角度，速度计算的突波会使角度产生严重错误，使得FOC在做d-q电流控制时造成错误，又造成了马达相电流突波而使马达抖动。根据实验结果，利用Microchip dsPIC DSC在PWM与A/D同步触发下读取Hall输入信号可大幅避免此问题产生并利用MPLAB X IDE的插件X2C Scope来检视是否有Hall信号读取错误。图二显示马达角度为一连续变化，而图三为Hall信号变化，依据两图的显示得知并无角度错误产生。图四为马达相电流波形。

至于以Hall IC当作转子位置侦测的FOC执行时间，Torque control only 为11.2uS，若再加上speed control loop则共为14uS。 以20KHz PWM的切换频率来说，分别只占了22.4%及28%的执行带宽以(基于70MIPS执行速度)。所以dsPIC还剩余非常充裕的时间执行其他通讯及house keeping 的工作。

最后，Microchip Harmony V2.03b以上已提供sensorless FOC project可于32-bit 120MIPS PIC32MK1024MCF100 + MCLV-2 demo borad上执行。该project提供完整的source codes包含FOC核心，如d-q轴转换，PID，SVPWM以及PLL转子位置估测器等，并具备双精准度浮点运算器，可以执行马达控制的复杂数学运算，减少量化误差。例如位置控制应用中常会用来抑制震动的数码滤波器，S curve产生函数以及sensorless FOC里的位置估测器，降低许多定点DSP各个变量normalization的复杂度。

本文作者：Microchip应用工程师葛育中。欢迎至「Microchip视频及资源中心」浏览更多Microchip小百科。