制造执行系统（MES）选型与实施指南
制造执行系统（MES）选型与实施指南,带详细目录，文档里面内容可复制。35.5石化行业MES应用案例.35.6小结6036汽车行业需求要点分析…,61361汽车行业生产管理特点362汽车行业合规性363汽车行业典型加工工艺路线一-以某乘用车企业为例..O5364汽车行业MES需求分析64365汽车行业MES应用案例.67366小结37机械行业需求要点分析…16937.1机械行业生产管理问题6937.2机械行业合规性.7237.3机械行业典型加工工艺路线一一以某阀门企业为例…37.4机械行业MES需求分析.……73375机械行业应用案例37.6小结4MES市场发展综述41中国MES市场活跃度分析…17842MES厂商分类………17843中国MES市场厂商分析…4.4中国MES市场主流厂商技术特点分析.45存在的问题及趋势.955MES应用实施分析…975.1概述9752MES系统的需求分析方法521MESs需求分析误区分析.995.2.2MES需求分析范例.53MES选型要点分析∴1065.31MEs选型流程.着着··,1065.32MES招标文件要点分析.108533MES技术评标要点分析…..:.:...::::::.1105.34MES合同签署要点分析1454MES系统实施要点分析.118541详细需求分析……118②542需求变更管理12254.3二次廾发管理.544上线前策划.124545项目验收6MES应用成熟度分析………1277MES典型案例分析…7.1MES助力闪迪实现严密地制造执行监控…13072MES打开DFAC的生产管理黑箱1367.3MES实现约克空调管控一体化.427.4乘“需"而入搭建个性MES平台(未确认)∴…14775MES华润双鹤质量与成本的平衡点(未确认)7.6三星MES案例160附录1MES相关名词解释附录2MES主流厂商、产品与解决方案介纲附2.1 Camstar mes解决方案介绍(木确认)162附2.2明基逐鹿MES解决方案介绍(确认)164附2.3速威MES解决方案介绍(确认66附2.4易往信息MES解决方案介绍(确认)…附2.5三星 SDS MES解决方案介绍(确认)附2.6罗克韦尔MEs解决方案介绍(未确认)172附27开目MES解决方案介绍(确认)174附2.8艾普工华MES解决方案介绍(确认)176附2.9大连华铁海兴MES解决方案介绍(确认)….附2.10西门子MES解决方案介绍(资料不全)…178附2.11灵蛙MES解决方案介绍(木确认)179绪论当前中囻制造企业正努力通过成木缩减、加强质量管理和投产周期的缩短等更加精细化的手段以提升企业竞争力。对于很多制造企业来说,虽然凵经应用了ERP、CRM、PLM等企业级管理软件,但生产制造过程仍然犹如〃箱”,对生产现场的管控能力十分薄弱车间管理者和企业管理人员不能实时、透明地了解生产线上的实际状况,虽然企业的ERP系统下达了生产计划,但是计划的有效执行却依然难以保证。4加工信息不能及时反馈,包括在制品加工信息和工位状态信息等车间在制品的收、发以及工序件的搬运明细无法统计,从而导致在制品库存积压,增加了库存资金占用。斗无法对产品质量指标进行在线检测、统计、显示,尚未建立产品质量追溯体系。无法收集与核算企业各生产工序的成本,通过对生产成本的控制,优化资金流,实时得到动态成本信息。难以实时地采集生产过程的相关信息,如进度信息、关键质量信息等,因此无法快速地对生产变动做出响应。无法对设备进行实时监控,防止设备突发故障车间工人的生产效率无法统计,人力成本无法准确掌握。到底牛产现场发生了什么?制造过程的“黑箱”已绎蒙住了管理层的眼睛,束缚了管理层的手脚长期的实践表明,信息化深化应用是制造企业实现自主创新和转型升级必要支撑。制造业信息化是一个长期的过程,经历了从单元应用、部门应用到企业级应用的过程。很多企业的生产车间虽然实现了自动化和规范管理,但是还缺乏信息系统的支撑,导致ERP应用过程中,生广计划下达之后的执行情况不能及时反馈,使ERP应用难以真正实现对企业的实时管控,也难以实现对生产过程的追溯。同吋,由于缺乏信息化应用系统,车间的⊥人、设各物料等资源还不能合理的调度,导致车间的生产效率不高,生产质量也得不到根木保障。在这种背景下,制造执行系统( Manufacturing Execution System,MES)邀渐成为广大制造企业关注的热点。总的来说,MES系统能在以下方面提升企业的管理水平透明化生产:通过实时的数据采集,及时了解车间的生产情况以及质量状况,将生产计划的执行及时反馈给ERP,打开生产过程中的黑箱。敏捷性生产:掌控所有的生产资源,包括设备、人员、物料信息等,能快速应对生产现场紧急状况,对生产作业计划进行调整并合理调度保让生产顺利进行。生产可追溯:建立完整的生产数据档案,形成全面的正反向追溯体系,界定责任减少召回损失。4生产质量改善:实时采集生产过程中的质量数据,关注事中控制,事后分析,从而持续改善产品质量及时预警:自定义各项生产指标,实时监控指标执行情况,以邮件、短信、看板等多种方式实时主动知会生产中的异常状况,提前发现、及时处理、减少损失。绩效分析:对生产绩效、人员绩效、设备绩效进行分析,为车间、工厂乃至整个集团绩效的改善提供依据。e- works research的研究衣明,中国制造企业对MES需求迫切,但存在盲从的状況;供应商热情很高,概念层出,版木不断,同时进入及准备进入该领域的供应商跃跃欲试,良莠不齐,目前的中国MES市场与2000年前后ERP领域概念满天飞的乱象有些类似。形成目前MES热潮的原因主要有:1.ER在广泛应用的过程中,应用效果并未达到 Gartner给出的ERP原始定义的广度和深度。很多企业用MES完成ERP“未尽的事业”。2.行法规的追溯要求促进了MES系统的广泛应用。3.制造企业广泛采取两级计划体制。车间需要制定详细的作业计划,并付诸实施。4.流程行业信息化的五级模型,确立了MES的地位。5.制造企业精细化管理的需求,管理的粒度更细。MES系统具有很强的行业特性。不同行业、不同生产模式的企业,对于MES的需求有极大的差异。因此,热溯之下,制造企业更应冷静思考如何进行MES的选型与实施,有效规避风险,确保MES应用取得应有效果e- works research的研究表明,企业在MES实施及应用过程中不可避免地面临以下问题需求不清:由于对MES的理解有限,导致对于MES的需求难以准确把握,或需求含糊;希望过高:认为MES是万灵药,能解决之前其他系统实施吋遗留的难题,如信息及时反馈、质量管理、高纵计划排程等,但理想与现实存在较大差距边界不清:MES在功能上与其他信息系统在功能上有一些重叠,如何让芥定不同系统之间的边界?MES又该如何与下、上层系统之间得到集成?重点含糊:MES有11个标准模块,哪些模块是关键,实旌先后如何?士个性淹没:牛产模式的个性决定了MES需求的个性,呈现很强的行业特点。如何在不失先进性的同时有效把握自身的个性化需求?选型难定:面对众多的MES不同的解决方案,企业如何拨开迷雾,进行科学选型?准备不足:MES是需要大量的基础数据来支撑的,而且很多数据是需要从前期的信息系统中获得,由于准备不足,随着MES实施的深入,相关问题集中爆发。评估缺失:蚀乏合理的、科学的MES的应用评估体系,价值难以凸显,持续深化应用乏力些MEs供应商虽然对MES的相关理论及自身产品非常熟悉,但是对制造企业的真正需求缺乏理解和分析。销售人员为了获得订单,盲目承诺满足企业的功能需求,导致实施过程中才发现系统满足不了客户的需求,需要进行大量二次开发,增加了实施成本。述问题成为企业实施和应用MES的难题,甚至直接导致了个业MES项目流产总之,虽然MES的应用热潮已经来临,但对于广大的中国制造企业而言MES还处于刚刚起步阶段,很多企业还处于概念理解、需求认知和应用摸索阶段。为此,e- works research积聚业内专家资源、深入了解企业需求、洞察主流供应商技术发展趋势的基础上,站在中立、客观、全面的角度,发布《制造执行系统(MES)选型与实施指南》,有效地帮助制造企业全面了解MES技术与发展现状,推进MES在制造企业的顺利实施和成功应用。本《指南》的内容和结构划分为:第1章MES的定义与发展。正本清源,介绍MES的定义与MES的背景和发展历程,阐述 e-works research对MES的理解。第2章企业对MES系统的功能需求。本章阐述MES系统应该具各的基本性能和核心功能,并综述了不同行业间的MES应用差别。第3章典型行业MES需求要点。不同行业、不同企业对MES的功能需求有很大的不同,本章挑选了电子、食品饮料、钢铁、石化、汽车和机械,六个有代表型的行业,分析每个行业的MES个性化需求。第4章MES市场发展综述。本章详细了中国MEs市场的发展情况,对市场中的厂商进行了分类,并分析了主流厂商的技术特点。第5章MES应用实施分析。本章详述企业在进行MES实施时应注意的问题,包括明确项目范围、形成项目团队、确定项目需求、合理选择供应商、有计划组织实施及实施上线后的定期评估及持续优化等环节。第6章MES应用成熟度分析。本章介绍了MES深化应用五级戊熟度模型,每个级别MES应用应达到的效果。第7章MES典型案例分析。木章选取了有代表性的6个MES应用案例,为不同行业的企业实施MES提供实例参考。附录1MES相关名词解释。常用的MES名词解释附录2MES主流厂商、产品与解决方案介绍。介绍了国内外主流的MES产品和解决方案1MES的定义与发展1MES的发展历程从20世纪70年代后半期开始,就已经出现了一些解决单一问题的车间管理系统,如设各状态监控系统、质量管理系统,以及涵盖生产进度跟踪、生产统计等功能的生产管理系统。各个企业引入的只是单一功能的软件产品或系统,而不是整体的车间管理解决方案。1990年11月,AMR( Advanced Manufacturing research)明确提出MES概念。AMR提出三层结构的信息化体系结构,将位于计划层和控制层之间的执行层叫做MES,确立了MES的地位。此后,SA( The Instrumentation Systems and Automation Society,仪表、系统和自动化协会)描述了MES模型,包括了工厂管理(资源管理、调度管理、维护管理)、工厂工艺设计(文档管坦、标准管理、过程优化)、过程管理(回路监督控制、数据采集)和质量管理(sQC-统计质量管理、LIMS-实验室信息管珄系统)4个主要功能,并由实时数据库支持。在20世纪90年代初期,MES的重点是生产现场的信息整合。MESA( Manufacturing Execution System Association,制造执行系统协会)于1997年提岀了MESs功能组件和集成模型,该模型包括11个功能模块。这一时期,大量的硏究机构、政府组织参与了MES的标准化工作,进行相关标准、模型的研究和开发,其中涉及分有对象技术、集成技术、平台技术、互操作技术和即插即用等技术进入2000年后,MES作为信息化应用的重要组成部分得到了市场的广泛关注,MES领域的并购十分活跃,越来越多的北美和欧洲MES软件厂商进入中国,中国本土不少自动化厂商,以及PLM和ERP软件厂商也开始进入MES市场。随着企业加强精细化管理,以及面临着越来越严格的质量追溯和管控需求,越来越多的大中型制造企业开始重视MES的应用,并丌始进行MES选型与实施,并在MES应用和集成方面取得显著成效。国际主流MES丿商在推广MES的过程中,进一步提出了制造运行管理(MOM)以及制造智能(M)等新理念,赋予了MES更加丰富的内涵。各大厂商通过技术的革新搭建了基于SOA架构的软件平台,并在数据库、应用技术、系统功能、可配置性等方面都有重要的突破12MES的定义国外不同的组织和研究机构形成了很多MES的理论和体系,包括MES的定义、定位模坦、功能模型、数据流模型,甚至实施方法模型,但是并没有统-ε比较著名的有以卜几个:1、AMR对MES的定义美国先进制造研究机构AMR将MES定义为“位于上层计划管理系统与底层⊥业控制之间的、面向车间层的管理信息系统〃,为操作人员、管理人炅提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等方面)的当前状态。AMR提山了决策层、执行层和控制层的企业信息集成三层业务模型:第层决策层(ERP)主要为企业提供全面管理决策;第二层执行层(MES)主要负责车间缴的协调、跟踪、发现并监控相关趋勢;第三层控制层(SFC)直接负责工)生产控制的环节2、MESA对MES的定义制造执行系统协会MESA对MES的定义为MES能通过信息传递,对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂里有实时事件发生时,MES能对此及时做出反应、报告,并利用当前的准确数据对他们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使得MES能够减少内部没有附加值的活动,有效的指导工厂的产运作过稈,从而使其既能提高工厂及时交货能丿、改善物料的流通性能,又能提高牛产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。MESA对MES的定义强调了以下三点:(1)MES是对整个车间制造过程的优化,而不是单一解决某个生产瓶颈。(2)MES必须提供实时收集生产过程数据的功能,并做出相应的分析和处理(3)MES需要与计划层和控制层进行信息交互,通过企业的连续信息流来实现企业信息集成。3、ISA对MES的定义关国标准化组织(ISA)从1997年启动编制《SA95企业控制系统集成标准》,其日的
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利用PLL估算器和弱磁技术（FW）实现永磁同步电机（PMSM）的无传感器磁场定向控制
磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC）是这样一种方法：将某一磁通量（转子、定子或气隙）作为创建另一磁通量参考坐标系的基准，目的是退去定子电流转矩分量和励磁分量的耦合。去耦可以简化对复杂三相电机的控制，从而能像以单独励磁控制直流电机那样控制三相电机。这意味着电枢电流负责转矩的产生，励磁电流负责磁通的产生。在本应用笔记中，将转子磁通作为定子和气隙磁通的参考坐标系对PMSM进行FOC的特別之处在于:定子的d轴基准根据电机的数学模型进行位置和速度估算。因此,模型电流对应于d轴上的电枢反应磁通)设置为零。越接近真实硬件,佔算器的执行效果就越好。PMSM的转子磁体产生转子磁链Y。这与ACM不同,ACM数学建模取决于其拓扑结杓,主要分为两类:表面贴装需要磁化电流具有恒定的基准电流值,才能产生转圯和内部贴装型永磁休。针对应用的需求,这两个类均子磁链。有其优缺点。围绕表面贴装型永磁同步电札川发了相应气隙磁迸等丁永磁体产生的转」磁链与定子电流产生的的控制方案(图2),与其他类型的PMSM相比,其优电枢反应磁链的和,对于FOC的恒定转矩模式,d轴气点是转矩纹波低、价柊低。表面贴裝型PMSM的气隙磁隙磁通仅与平相等,d轴电枢反应磁通为零通比较平滑,因此定子的电感值非凸极PMSM〕,且反电动势( Back Electromagnetic Force,与此相对,在恒定功率运行时,定子电流的励憾分量BEMF)呈正弦波。用于削弱气隙磁场,从而提高转速。由于此类PMSM的气隙(包含置丁定子齿和转子铁芯在无需位置或速度传感器的无传感器控制中,主要的困难是实现一个稳健的遮度估算器,能够抵御温度、电磁之间的表面贴装磁体)较大,此类PMSM相对于具有同样尺寸和标称功率值的其他类电机,具有更小的感应系噪声等干扰。对于成本非常敏感或不允许有诸如位置传数。电机的这些特性在一定程度上简化了速度和位置估感器等移动部件的应用或者电机在电气条件非常恶劣的算器使用的数学模型,同时使得FOC更有效。环境下运行时,通常需要釆用无传感器控制。然而,不应将对精确控制的要求,特别是低速时的要求,当作就持续保持电杌转子的磁链滞后电枢磁链90度可以获得给定应用选择控制方案的关键因素。每安培的FOC转矩最大(见图3)。图永磁体表面贴装型的横截面电机的横截面1.转子转轴是252.转子铁芯3.电枢(定子4.带电枢线圈的电枢槽5转子永磁体6.气隙C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第3页图相位矢量图(基本转速警告:在对磁体表面贴装型PMSM进行弱磁q时,稍不注意或未遵照电机制造厂商的规范槳作,就有可能使转」遭受机械损坏,永憾体被退憾。通常使用环氧树脂粘贴或者使用不锈钢或碳素纤维环米固定永磁体。若转速超出制造厂商指定的最大转速,永磁伓就可能脱落或损坏,从而导致转子以及其他附着在电机转轴上的机械部件遭到破坏。若气隙憾通密度超过了磁通密度曲线的拐点,就会屮PW导致退磁,如图5所示图永磁体的迟滞曲线(理论上)在FOC恒定功率模式下,无法有效实现PMSM的弱磁,原因是较大的气隙室间会导致减弱的电枢反应磁通对转子永憾体的磁链产生丨扰。基于这个原因,所能获得的最大转速无法高于待测电机基本转速的两倍。图4给出了恒定功率—弱磁模式下的相位矢量方向。图相位矢量图(高速迟滞由线1.水磁体的固有特性。2.永磁体的一般特性。其中磁场密度=磁场感应永磁体感应磁通值ld矫顽磁性=固有矫顽磁性DS01292ACN第4页c 2010 Microchip Technology Inc类估算器公式本应用笔记屮使用的估算器就是AN1162《交流感应电a cos(p Bsin(p机(ACIM)的无传感器磁场定向控制(FOC)》(见参考文献)中采用的估算器,只是在本文中用于sin(pPMSM电机而已。估算器来用PLL结构。其工作原理基于反电动势采用固定的定子坐标系,公式4代表定子电路公式。(BEMF)的d分量在稳态运行模式中必须等于零。图6给出了佔算器的框图。公式如图6中的闭环控制回路所示,对转」的估算转速()进行积分,以获取估算角度,如公式1所示C公式阝阝阝在公式4中,包含-β的项通过经 Clarke变换的相将BEMF的q分量除以电压常量Kd得到估算转速系统的对应测量倌得到。以Y型(星犁)连接的定子相如公式2所示:为例,和分别代表每个相的定子电感和电阻。若电机采用△连接,则应计算等效的Y型连接相电阻和电公式并在上述公式中使用佟7表小估算器的参考电路模型。电机的A、B和C端n()·)连接到逆变器的输出端。电压、和代表施加给电机定子绕组的相电压。代表逆变器桥臂间的线电压,相电流为和考虑公式2中给出的最初估算假设(BEMF的d轴值在稳态下为零),根据 BEMF q轴值的符号,使用BEMF d轴值对BEMq轴值让行校正。经过公式3显示的Park变换后,使用一阶滤波器对 BEMF d-q分量值进行滤波。图:估算器的原理框图LPFa BLPFqC 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第5页图估算器的电路模型公式ARsVAB其中=Y犁连接的电机相电感=采样时间等于PWM周期BC为遊变器的直流链路电压BLS为每相的最大峰值电流B2·汇代表其中将控制系统中实现的公式做进一步的演化,估算器公式=Y型连接的电机相电阻4中的电压a和∨B是在FOC的前一训算环节中得到的结果,它们不仅在控制的前一步骤中馈送给空间向量调制( Space Vector Modulation,SVM)电路,而且在公式4的最后一项中,电流对时间的导数会对软件造成当前步骤屮馈送给估算器电路。la和lB是相电流经扰。因此,估算器的每次执行周期中都引入了电流变Clarke变换后得到的,在估算器的每个工作环节中都将化的极值,该值必须小于估算器每次执行周期的最大被读取电流变化值,每当发生PwM屮断都将执行该周期。公式4中定子电感()和电阻()经过了归一化根据公式3,将得到的 BEMF和B值通过Park变以便简化计算并满足软件表小要求,如公式5所小。換转换到转子磁通的旋转参考坐标系,得到和值。在Pak变换中使用的角度p,是估算器前一执行环节中计算得到的。基于等丁零,優用一阶滤波器对BEMF的dq值进行滤波,并将滤波后的值代入估算器的主程序。公式2给出了的计算,即如何得到电气转遼。对电气转达进行积分得到转子磁通与c-B固定定子坐标系之间的角度(p)。在公式2,K表示表1给出的电压常量。公式6给出了电气转速计算中使用的归化公式代表1000其中=极对数,以及前面指出的其他输入DS01292ACN第6页c 2010 Microchip Technology Inc使用与BEMF中所用的相同一阶滤波器对转速反馈进行确定这样的特性参数是个耗时的过稈,和预期一样,这滤波。该滤波器的一般形式见公式7些特性参数的线性度极差。公式:调整和实验结果(()-(-1)当转速低于基本抟速时,进行算法调整非常简单,此时用最大转矩模式。通常,由电机制造厂商测量或给出其中的参数添加到攴持文件中,该=当前滤波器的输出文件随本应用笔记一起提供(见附录:源代码),(-1)=上一次滤波器的输出从而得到归一化的参数供估算器使用。得到的值随后被()=当前滤波器的输入添加到项目文件中,准备运行。=滤波器常量要测量的参数包括转子电阻、转子电感以及电压常量Kd。滤波器输出的直流值应该不含有由ADC采集引起的噪声或软件计算引入的高频变化。滤波器的调整取决于要可在电机的接线端测量定子电阻和电感,然后将测得的滤波的值( beMF d-q分量和电气转速)的变化速度值除以2,得到和值。对于Δ型连接的电机,若调整的结果是要保证足够的带宽,降低冇用信号损失的电机制造厂商提供了相电阻和电感,则应将它们除以3得到星型连接的等效相电阻和电感可能性。对于BEMd-q分量,有两种情形:(1)高速,在弱嵫模式中,由于缺乏转矩瞬变或髙加速斜率,变化所有电机的制造厂商均会给出电压常量K其实,您缓慢:(2)低速,速度变化取决于电机的机械常量(以也可以采取非常简单的步骤来测量这个参数,即以恒定及电机转轴上的负载)和基准速度升高或下降的斜的速度旋转转子转轴,同时测量电机线端的输出电(取较快的那个值)压。如果在转速为1000RPM的情况下读数,测得的电瓜为典型的RMS值。将读到的数值乘以2的川平方即可得到以KRPM为单位表示的值。弱磁()对于测试的电机参数,表1中的数据就是米取上述步骤PMSM的弱磁意味着绘旋转坐标系d轴方向的定子电流测得的。施加一个负值,作用是削弱气磁链逆变器的电压输出在定子电阻和感应电阻上产生压降表剩下的电压用于消除BEMF。BEMF与电机的转速和电压常量K成正比。考虑到逆变器的最大输出电压限值电机类型电机单位通过降低与气隙磁链呈正比的电机电压常量Kb即可提高转速。气隙磁链的降低自然会导致转矩降低。连接类犁由丁控制气隙弱磁所涉及的电机特性参数之间的关系错L-L电阻1922综复杂,因此情况有些复杂。LL电感-1kHz2.672H电枢d轴电流对气隙弱磁的影响取决于从电枢齿到转子电压常量Ka7.24铁芯的磁烙的形状和磁性。如前所述,磁体表面贴装的KRPM类型对有效弱磁并无益处,因此设计电机磁路时很可能环温度22.7C仅针对电机以基本转速运行的情况,一旦超过基入转速就会出现饱和现象。饱和效应会导致电气参数发生变化其中之一就是定子的磁链电感,该值会在磁模式下减小。C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第7页在 dS PICDEM MCLV开发板的两条并联攴路上分别读取要调整的开环参数包括锁定时间、最终加速度以及基准必需的相电流,在ADC采集之后,将读到的值缩放至电流值。锁定时闫代表转子对齐所必需的时间,它取决合适的范围。电流的总缩放因子取决于读取并联支路的于负载初始转矩和转动惯量(这两个值越大,锁定时间差分运放的增益和流经电机的电流的最大值。例如,在就越长)。起动时上升到的最终转速(以RPM表小)并联支路电阻为0.005Ω的情况卜,44A的峰值相电流应没置得足够高,以使估算器计算的BEMF具有足够的和75的增益会导致ADC输入端的电压为33V。对电精度,达到最终转速的时间取决于连接到电机转轴上的流使用缩放因子1,经过例1的转换,得到的电流值将阻性负载:负载越人,达到最终基准转遮所需的时间就为Q15格式,釆用软件实现方案时,必须使用该格式越长。例采用开环控制替代闭环控制起到简化的目的,其中转子磁通和圊定参考坐标系之间的估算角由开环増速控制中使用的强制角替换。强制角不关心转子的位置,而是使抟了位置增加一个角度,从而使转子的位置成为一个不断增加的量。图1给出了控制环的另一种简化形式,即在支持文件屮,电流缩放因子缺少速度控制器,并且q轴的基准电流是硬编码的是通过实验确定的,而并非使用上述步骤,因此消除了q轴基准电流用于提供在转速开环上升阶段流终电机的可能由电气元件公差导致的训算误差。公式8中显小的电流;初始负载越高,所需的电流就越人,负载决定基缩放常量与內部软件变量相乘得到实际电流值。准转短。公式:例2给出了基准电流设置的宏定义,将实际的电流值输入参数归一化至软件要求的范围,其算依赖于电流缩放常量(),最初是通过计算0确定的。作为输入的实际电流值的单位应为安培,并且处于[,]范围内。反之,要获取缩放常量,可以将实际电流值除以软件表示的十进制数。在稳态工作条件下,使用电流探针和例MPLAB③IDE的数据监视和捕捉接凵( Data monitorand capture Interface,DMc)功能,在示波器上测量峰值电流,并将测得的值除以DMCI给出的对应值即可完成上述操作。欲知有关DMC|用法的细节,请查询MPLAB IDE帮助文件。要使算法在开环系统中工作,从而禁止初始调节时的闭公式4显小在阻抗和感抗电压降计算中包含采集的电环控制环节,则应启用例3中给出的特定宏代码定义。流。由于采集过程中叫能存在噪声,需要对感抗电瓜降计算中包含的导数项进行限制以获得有效值。对于待测例电机来说,最人转速为5500PRM,峰-峰值电流为5A的情况下,最大电流变化为每50us025A就最初校准而言,电机起动时应带有负载,此时需要调整开环斜率参数。这对于在激活闭环控制之前,潜在P控制器的重新校准,甚全是一些初始过渡阶段的校验(比如强制角和估算角之间的角误差以及实验确定电流缩放常量),以及最初开环上升参数的精调非常有用。DS01292ACN第8页c 2010 Microchip Technology Inc对于采用弱磁后电机转速超过标称转速的情祝,由于系把这些考虑个内,并考虑公式6,当BEMF保持恒定时统参数呈现非线性,因而调节将更为复杂转速和1/a之间就呈玩比例关系,如公式9所示。从这点开始调整的目的,是要在无负载的条件下,实现测试电机标称转速的倍增。公式:警告:通常,电机制造厂商指出了不损坏电机时能够达到的最大转速(可能比额定电流时的制动点速度要大);如果未指出,电机的运行速度可能更高,但只能作一小段时间(断断续续地),还要承担前一节中于是对于转速倍增而言,为了弥衤感电压降,考虑每所述的退磁或机械损坏风殓电压常数1/d的上升超过一半(125%)的情沉。在查找衣中给出了1/d随转速的变化关系,查找索引在弱磁模式中,如果转速超过标称值而造成FOC失效,随时可能损坏逆变器。其原取决于转速。在开始韶分,查找表将表示1/φ随因在于,BEMF值将大于标称转速时产生转速ω的线性变化关系,不过稍后根据负载情况可对线性变化进行微调以便获得最佳能效。查找索引的获的BEMF值,从而超出DC母线电压值而这是逆变器的功率半导体和DC链路电容得,是把转了实际转速减去弱磁策略开始旄行之后的转速,再除以一个缩放因子。索引缩放因子给出了查找表不得不予以支持的电压。由于打算进行的调整意味着反复的系数校正,直至达到最的精细稈度度量,所以,对于相同的转速范围,缩放因优运行状况,为了防止在高速时电机停子越人,在查找表中得到的点就越少,而点代表的是加转,应确保使用相应电路对逆变器进行保以老虑的转速域。对于我们考虑的电机,最大转速是27500单位,其中5000单位表示1000RPM。考虑缩放因子为1024,弱磁开始转速是13000单位,结果是对调整原理的解释始于图4中的矢量图。考虑在(逆变(27500-13000)/1024=141。作表中有大致15项就器能够提供的)最大电压时生成每安培最大转矩所需的足以覆盖期望的转速范围。反过来计算,假如查找表中电流,低于标称转速时,它表示的只是q分量,这是转有17项,可能的最大转速将是17·1024+13000=矩生成所必需的。口前,等于;但是,弱磁策略开30408单位,约为6000RPM。由于估算的电流速度总始之后,定子电流将等丁d、q分量的矢量和。假设是存在某种程度的噪声,而且在速度值改变时索引的计定子电流及输入电压(绝对值)不变,定子电阻算可能不稳定,因此在软件屮计算索引时,使用的不是上的电压降也将不变,而感抗电压降将随转速成比例增(估算的)电流速度,而是基准速度。可以考虑基准速加。但是,由于表面贴装PM的感应系数值很小,在与度的变化斜率足够慢,从而估算速度能够很接近它。其他隐含指出的测量值进行比较时,可以忽略感抗的增考虑基准和最人遮度之间的线性变化关系,查找表值将加。把这一前提考虑在内,在对电机进行加速时,可以看上去类似于例4,且将使用实验获得的结果更新查找认为弱磁时BEMF是忸定的,由于感抗电压降的增加,BEMF的稍许下降是可以接受的。表值。表中的第一个值表示电机基时的1/d值,如同使用支持文件()所计算的那样。C 2010 Microchip Technology IncDS01292ACN第9页例:电压常数倒数初始化查找表电流的负d分量作用是减小电压常数Φ,在理想情况下是成比例的,如前所述,这为提升转速留下更人空另一方面是弱磁模式屮定子磁链电感的变化,它也是非线性的。为了消除它的影响,意味着要使用另一个査找表,其査找索引如前所述相同。表中的项表示的是转速①时的电感变化率(o),具体值是其索引除以基速时的两倍。表中第一项始终应该是,因为是基速电感除以两倍白身。此时,表中其余各项填充的值都好像其电慼是基速时的一半(例6)。例:电感变化初始化查找表使用标称电流运行电机,将不会导致磁铁的永久消磁。所以,强制d分量(亡负责气弥净磁通密度下降)为标称电流将不会有破坏性影响。在稳态时,由于缓慢的加速斜率以及没有阻抗转矩(除了轴承摩擦和风扇之外),无负载工作吋所需的q分量将非常小。实践中,d轴电流分量的设定通过查找表来进行,其索引与用来查找电压常数耷找表的索引相同。最初,表中填充的值将是电流与转速Q呈线性关系的值(表中的第一项表小的基速值,最后一项表小标称的电流值),如例5所示。例:轴基准电流初始化查找表出于测试目的,在软件中使用缓慢的斜率作为基准速度,使用如下的定义进行激活,如例7所示。例DS01292ACN第10页c 2010 Microchip Technology Inc
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