1.概述 本文章內容為 “MCX_A BLDC 馬達調適流程_上” 的後續，說明 PID 控制原理與內容，按照章節流程，依序調適馬達 FOC 控制演算法角度環，電流環，速度環，也會介紹弱磁控制的原理，請根據本文流程完成馬達調適。 2. 軟硬體需求 詳細硬體與軟體建立請參考大大通 “ MCXA153 EVB 馬達開發上手” 2.1 軟體需求 Mcuxpresso SDK Freemaster Version 3.2 SDK_2_16_000_FRDM-MCXA153 2.2 硬體需求 FRDM-MCXA153 FRDM-MC-LVPMSM 24V adapter 3. PID 控制器參數調適 PID 控制算法參數調適有很多種方式，以下說明部分快速調適的方式，PID 為 Kp , Ki , Kd ，Kp 為比例控制，Ki 為積分控制，Kd 為微分控制 Kp 調整會大幅提高或降低控制系統的反應速度，跟最大超越量，震盪有較大關聯性 Ki 調整會藉由不斷的積分誤差來控制系統，能提高或降低反應速度，消除穩態誤差 Kd 調整對於誤差微分來反映，所以瞬間快速的誤差量，有極大的反應速度，但是在相對雜訊高的環境下，反而會造成控制系統不穩定，所以一般馬達控制只用 PI 控制也蠻常見的。 3.1 Ziegler-Nichols 調適方式先藉由調整 Kp ，將其餘控制器參數先配置為零，接下來不斷加大 Kp 直到控制輸出不斷震盪，而震盪不會發散，Tu 就是震盪週期，而 Kp 就是目前設定值，定義成 Ku ，設計出來的僅 Kp 控制器為 Ku / 2 馬達控制常見的 PI 控制器為 Kp = Ku / 2.2 , Ki = 1.2 Kp/Tu 下圖表來自於維基百科 3.2 相位超前 / 落後控制器設計 3.3 極零點控制器設計 3.4 根軌跡控制器設計 以上控制器設計需要搭配相關的演算法工具，比較好進行運算，因工具需要購買，後續如果需求會再新增控制系統與演算法的設計內容文章。 4. 角度環調適與確認 角度環調適在開環的情況下 Sensorless 會藉由採樣的三項電流，估算出反電動勢，再利用反電動勢計算出目前角度位置，最後由 PLL 進行鎖相環，將角度確認，估算出反電動勢方式一般常見有兩種分別為 Observer ( 觀測器 ) & SMO ( 滑模 ) 演算法來進行估算，下列我們根據上篇流程進入開迴路運轉模式，藉由 MCX_A freemaster 馬達調適介面示波器功能，來確認參數是否可以正常運行，或者追蹤角度速度太慢，導致無法運轉。 在 MCX_A Freemaster 介面下在示波器功能圖表上點右鍵，跳出 Oscilloscope 配置相關內容 在參數的 Variables 下，可以在 Graph Block 任意添加欲觀測的參數藉由 Add Variable，可以在 Variable 列表下更換觀測參數
本文參數配置如下圖 測試建議使用 Openloop 電流控制，將馬達運轉起來，獲得漂亮的三項電流，藉由電流需要估算出正確的角度資訊，確認對應頻率是否一致，如下圖所示 如果電流訊號回授不正常，角度資訊也會異常，我們藉由 openloop 電流控制，如果正常的電流訊號，無法產生正常角度資訊，需要修正 Sensorless 參數
調適到可正常運行的圖形如下 5. 電流環調適與確認 電流環調適我們主要需要調適 Iq 的電流 PID 控制器參數，藉由將 Iq command & 回授值，利用 PWM 丟出在示波器上觀看，或者利用 freemaster 將資訊丟出，在 NXP MCX_A 馬達平台，調整時我們可以利用電流控制模式，確認 Iq 回授是否有追上 command ，是否存在穩態誤差或者震動，當然以控制器來說，絕對不能發散，藉由 PID 調適技巧將電流環調適完畢。 調適將 Iq command 與 Iq 可以穩定 調適 Iq command 變動狀態 6. 速度環調適 速度環調適我們主要需要調適 Speed PID 控制器參數，藉由將 Speed command & Speed 回授值，利用 freemaster 將資訊丟出，在 NXP MCX_A 馬達平台，調整時我們可以利用 Speed 控制模式，確認 speed 回授是否有追上 command ，藉由 PID 調適技巧將速度環調適完畢，也根據客戶要求選擇合適參數，追求速度，接受較大最大超越量，或者需要穩定無震盪 ( 臨界阻尼 )，根據客戶應用，對馬達控制器要求也會不同。 Command 1000 -> 1500 震盪較大 調低 Kp 參數，調高 Ki 數值，優化震盪問題
7. 弱磁控制 弱磁控制為下圖所描述，會新增 Id 的控制 PID ，將 Id 控制為負數，可以理解為抵銷部分永久磁鐵的磁力，讓馬達可以超越額定轉速，而越有力的馬達，可以達到的效果更加，但是要注意弱磁如果開太大或太久，會造成過多的熱，導致永久磁鐵可能會消磁，所以要注意弱磁開太大，電流耗損是否超過馬達負荷，造成馬達過熱
8. 參考資料 |
