瑞萨电子基于RA6T2的高频注入法方案详解

瑞萨电子发布了基于高频注入法的样例方案，本篇以RA6T2样例工程为例，介绍高频注入法的一般性原理，瑞萨样例工程的结构、实现方式和调试硬件系统搭的一般应用。协助客户了解方案设计和瑞萨芯片的特色，可用于客户在此基础上开发自己应用领域的工程，加快产业化进度。

传统的反电势控制方案，在低速和零速时，反电动势幅值较小，实际硬件采样电路存在一定的阈值，再加上电机电流谐波和开关噪声的影响，使信噪比急剧下降。所以，此时无法获取准确的初始位置信息。而高频注入法，可通过注入高频信号，利用电机的凸极性或磁路饱和效应来提取位置信息，与转速无关，可以解决在低速和零速时，位置寻找问题。

瑞萨电子发布的高频注入方案，适用于凸极电机，并要求DQ轴电感值差异在20%以上。现简要介绍其应用原理如下。

将周期为PWM载波周期1/2至1/8的正负高频脉冲电压施加于d轴电压指令。IPM电机因其固有结构特性，具有不同的Ld和Lq值，因此响应高频脉冲的电流值Id和Id会根据Ld与Lq的比值差异随IPM电机的磁极位置变化而变化。通过该现象，可检测到的电流值Id和Id、以及脉冲电压值来估计IPM电机的磁极位置。如下图所示：

数学模型如下图所示，角度估计的参考轴定义为dc、qc轴。可通过锁相Δθ，使其趋近于0，使dc、qc轴d、q轴对齐来进行角度的锁定。

在静止和低速的情况下，可假设电机速度为零或者速度很小，对DQ轴的电压方程式进行求导，并变换，可以求出DQ轴电流变化量的数学表达式如下所示：

在向后的简化过程中，需进行如下数学条件限定：

01脉冲电压加在假设的d轴方向，所以Vdc有值且Vqc=0

02当施加高频脉冲时，d、q轴的电流主要来源于感性负载带来的变化，而基波电流基本为0，则可认为iqc=idc=0

方程可简化为如下形式：

聚焦于q轴电流导数d/dt⋅iqc进行计算，

当Δθ足够小时，sin2Δθ可近似为2Δθ。该方程可转化为关于Δθ的表达式，推导如下：

可在程序中设计Δθ的锁相环（PLL），通过锁相，求出角速度ω，该角速度可进一步积分以推导出角度θ。

我们的样例工程控制状态机转换，如下图所示：

在POSEST和SLOW状态时，高频注入起作用，做为转子位置决定的主要计算方式，经过一个周期MID的过度，在高速时和FOC方式切换。

如有调试需求，请联系所在地区经销商获得样板进行测试。请根据工程APN文件所述步骤，联接设备。（具体联接步骤，本文不再详细说明）系统整体联接效果如下图所示：

推荐使用我们内嵌的GUI工具，协助电机系统的匹配调试。可在瑞萨官网下载。可通过Control Window界面向系统发命令控制电机运转，或者观察系统运行时，各状态变量的值。比如可写入com_u1_mode_system为1，com_f4_ref_speed_rpm设置为所需速度命令值，来启动电机系统。

具体操作可参考工程APN文档。

特别推荐，workbench自带一个类示波器界面，可以实时观看变量的波形，可将关键中间变量（如d，q轴电压，d，q轴电流期望或反馈）设置为全局变量，则可以通过workbench实时观察状态，以配合调试。

本文介绍了，瑞萨基于RA6T2新发布的高频注入法样例方案，用户在了解方案原理的基础上，在官方网站下载，通过推荐的工具进行方案调试，可以协助客户尽快部署自主方案，开发适应各自系统的应用。