【電機參數】電壓、電流、轉速標幺化推算過程

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文章目錄

• • @[TOC](文章目錄)
• 前言
• 一、標幺化目的——優化計算
• 二、Q15與標幺化的關系
• 三、標幺值計算
• • 1.電壓標幺值
  • 2.電流標幺值
  • 3.轉速標幺值
• 四、參考資料
• 總結

前言

一、標幺化目的——優化計算

不同物理量的量綱和數值范圍差異巨大（如電壓幾百伏，電流幾十安，轉速幾千轉/分）。
標幺化后，所有量都在 0 附近（通常在 -1.0 到 +1.0 或 0 到 1.0 之間），數值大小相似。

二、Q15與標幺化的關系

在電機控制的嵌入式系統實現（尤其是使用低成本微控制器或 DSP）中，Q15 是一種極其常用的定點數（Fixed-Point） 表示格式。
標幺值系統的核心就是將物理量映射到 -1.0 到 +1.0 附近的范圍。
Q15 的數值范圍恰好是 [-1.0, +1.0 - 2?1?]，與標幺值的常用范圍高度一致。 這使得標幺值可以直接、無損（在量化精度內）地用 Q15 格式表示和存儲。
例如Q15表示小數部分有15位，一個short型數據，占2個字節，最高位是符號位，后面15位是小數位，就假設小數點在第15位左邊，表示的范圍是：-1<X<0.9999695 。
浮點數據轉化為Q15，將數據乘以2的15次方；Q15數據轉化為浮點數據，將數據除以2的15次方。

#define Q15(x) ((Q15_t)((x) < 0.999969482421875 ? ((x) >= -1 ? (x)*0x8000 : 0x8000) : 0x7FFF))

將浮點數 [-1, 1) 線性映射到整數 [-32768, 32767]
飽和保護：超限值鉗位到 0x8000 或 0x7FFF。

三、標幺值計算

1.電壓標幺值

假設MCU引腳的ADC參考電壓為5V，由下圖分壓原理可得，VBUS最大55V，將55V作為基準值

當直流穩壓電源輸入21V時，MCU引腳ADC值如下

將ADC值還原為真實值

2.電流標幺值

假設放大倍數為5，采樣電阻阻值為0.01歐姆，偏置電壓為3.3V

用直流穩壓電源輸入5A，則理論Vout=Vref+I* Gain *Rshunt=1.9V
通過示波器采集實際值為1.9V，符合理論期望

MCU的ADC值為19088，經過換算可得MCU采集值為1.92V，符合期望

3.轉速標幺值

轉速基準值一般取額定轉速的2-3倍，本次案例取3.3333倍 3000 約為10000

目標轉速計算，10000/3267610000=3051
反饋轉速通過示波器計算，6536/pole=3035.5

四、參考資料

電機控制為什么可以采用標幺值？
FOC學習筆記（4）FOC中的標幺化（Per Unit System）詳解
【電路筆記 TMS320C6***DSP】Qm.n格式定點數 & Q15格式

總結

本文僅僅簡單介紹了【電機參數】電壓、電流、轉速標幺化推算過程，評論區歡迎討論。