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如何管理自己的电机控制系统设计 选择“精度”还是“分辨率”?

发布日期:2021-05-06 09:07

想象一下你今天早上开车去上班:红绿灯变绿,你马上踩油门,车几秒钟反应很快,继续往公司开。这个过程看似简单,但实际上,车内已经发生了一系列复杂的操作。让我们一起看看。

当你踩下踏板时,电机会通过转轴给车辆提供必要的扭矩,然后牵引电机带动车辆前进。牵引电机(通常是三相同步电机)由复杂的电路控制,包括多个晶体管、电机驱动器、保护和反馈控制。反馈控制信号由电机位置传感器(见图1)以模拟角度输出信号的形式发送(注意,所有真实世界的信号都是模拟的)。连续的模拟信号通过模数转换器转换到数字域。理想情况下,你可以把一个连续的模拟信号分解成无限个数字步长,但在现实世界中,ADC的模拟信号量化是有限个步长,产生的误差称为量化误差。这里涉及到“精度”和“分辨率”这两个术语。

图1:车辆电机控制系统的典型系统框图

精密

以一个12位轴角数字转换器(RDC)为例。当旋转轴旋转一次时,转换器输出212=4096个数字代码。在电机控制中,步长通常以弧分或弧秒来定义。一次60分钟,一次360度。所以一个圈有360次;60=21600弧分。因为有4096个数字码,每个分区分为=21600/4096,即5.27弧。5.27弧分对应一个最低有效位或一个1LSB。因此,即使输入角度(连续信号)100%准确,输出数字码也不能在下一个码之前移动超过1LSB(或5.27弧分)。指定该精度值时,RDC将考虑失调、增益和线性误差。作为参考,无刷旋转变压器的典型精度规格为10弧分。整个分析装置系统的典型误差,加上传感器和转换误差,大约是15.273弧分(分析传感器是10弧分,而我的例子是5.273弧分)。这些数字将帮助我们为系统选择合适的传感器解决方案。

分解率

那么,分辨率是多少?“12位”分辨率是指360度旋转时的212种不同输出代码。实际分辨率只是RDC输出端的可用位数;请注意,并非所有位都是无噪声的。有效分辨率是指考虑信号噪声的模数转换中真正的“有用”位。这些是有效数字(ENOB)。ENOB经常与产品数据手册中描述的分辨率混淆。

1 LSB是什么意思?

到目前为止,我们已经讨论了精度和分辨率的定义。现在,让我们将这些知识应用到一个精度和分辨率通常以LSB为单位的系统中。想知道LSB在系统环境中的含义吗?先来看看电机控制领域1 LSB相对弧分和弧度的换算值。以12位和10位为例:

在12位中,1个LSB等于:

1LSB=360 212=0.087度=5.27弧分=2.64弧分=0.04395度

同样,在10位中,1 LSB等于:

1LSB=360 210=0.351度=21.09弧分=10.54弧分=0.1757度

结论

了解汽车运营背后的深层原理不是很有意思吗?精度和分辨率是根据您的规格选择合适的传感解决方案的基础。当精度优于分辨率时,转换器的传递函数可以通过分辨率位数来精确控制。

请在下面发表评论或访问德州仪器在线社区汽车论坛,与大家讨论旋转位置感应。

其他信息

阅读模拟应用期刊文章《电动汽车轴角数字转换器设计注意事项》。

要了解更多有关工业应用中旋变检测的信息,请阅读白皮书《工业旋变检测应用的电气设计考虑》。

在这篇EDN文章系列的第一部分和第二部分中,了解更多关于电动汽车设计的信息。

借助TI设计-汽车用旋变数字转换器参考设计(TIDA-00796),基于旋变的旋转位置检测设计得以快速启动。

下载这些应用指南:

“PGA411-Q1印刷电路板设计指南”。

PGA411-Q1故障排除指南。

“PGA411-Q1软件开发人员指南”。

“PGA411-Q1使用任何主系统逐步初始化”。

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