【电机参数】电压、电流、转速标幺化推算过程

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文章目录

• • @[TOC](文章目录)
• 前言
• 一、标幺化目的——优化计算
• 二、Q15与标幺化的关系
• 三、标幺值计算
• • 1.电压标幺值
  • 2.电流标幺值
  • 3.转速标幺值
• 四、参考资料
• 总结

前言

一、标幺化目的——优化计算

不同物理量的量纲和数值范围差异巨大（如电压几百伏，电流几十安，转速几千转/分）。
标幺化后，所有量都在 0 附近（通常在 -1.0 到 +1.0 或 0 到 1.0 之间），数值大小相似。

二、Q15与标幺化的关系

在电机控制的嵌入式系统实现（尤其是使用低成本微控制器或 DSP）中，Q15 是一种极其常用的定点数（Fixed-Point） 表示格式。
标幺值系统的核心就是将物理量映射到 -1.0 到 +1.0 附近的范围。
Q15 的数值范围恰好是 [-1.0, +1.0 - 2⁻¹⁵]，与标幺值的常用范围高度一致。 这使得标幺值可以直接、无损（在量化精度内）地用 Q15 格式表示和存储。
例如Q15表示小数部分有15位，一个short型数据，占2个字节，最高位是符号位，后面15位是小数位，就假设小数点在第15位左边，表示的范围是：-1<X<0.9999695 。
浮点数据转化为Q15，将数据乘以2的15次方；Q15数据转化为浮点数据，将数据除以2的15次方。

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

将浮点数 [-1, 1) 线性映射到整数 [-32768, 32767]
饱和保护：超限值钳位到 0x8000 或 0x7FFF。

三、标幺值计算

1.电压标幺值

假设MCU引脚的ADC参考电压为5V，由下图分压原理可得，VBUS最大55V，将55V作为基准值

当直流稳压电源输入21V时，MCU引脚ADC值如下

将ADC值还原为真实值

2.电流标幺值

假设放大倍数为5，采样电阻阻值为0.01欧姆，偏置电压为3.3V

用直流稳压电源输入5A，则理论Vout=Vref+I* Gain *Rshunt=1.9V
通过示波器采集实际值为1.9V，符合理论期望

MCU的ADC值为19088，经过换算可得MCU采集值为1.92V，符合期望

3.转速标幺值

转速基准值一般取额定转速的2-3倍，本次案例取3.3333倍 3000 约为10000

目标转速计算，10000/3267610000=3051
反馈转速通过示波器计算，6536/pole=3035.5

四、参考资料

电机控制为什么可以采用标幺值？
FOC学习笔记（4）FOC中的标幺化（Per Unit System）详解
【电路笔记 TMS320C6***DSP】Qm.n格式定点数 & Q15格式

总结

本文仅仅简单介绍了【电机参数】电压、电流、转速标幺化推算过程，评论区欢迎讨论。