分析电流环控制原理

电流环是使电机以恒定的电流运转，以产生恒定的加速力矩。这对于转动惯量大的电机来说比较重要，它可以使电机一直以固定的电流驱动电机运转，驱动电流不会因为转速的升高下降。

要进行电流控制，首先必须时刻监控电机工作电流，因此电流传感器是伺服系统中的一个重要元件，它的精度和动态性能直接影响着系统的低速性能和快速性。电流检测的方法有电阻检测、光耦检测等各种不同的检测方法，本系统采用磁平衡原理实现的霍尔元件检测电流的方法，检测电源母线电路电流。采用的元器件为霍尔效应磁场补偿式电流传感器，此器件被国际上推荐为电力电子线路中的关键电流检测器件。它把磁放大器、互感器、霍尔元件和电子线路的思想集成一体，具有测量、反馈、保护的三重功能。实际是有源电流互感器，它最巧妙的构思是“磁场补偿”。被测量的原边磁场同测量绕组里的测量磁动势，时时补偿为零。即铁心里面实际没有磁通，因而其体积可以做得很小，而不用担心铁心饱和，也不用担心频率、谐波的影响。它的磁动势能补偿原理就是利用霍尔效应的作用，当二者磁动势能不平衡时，霍尔元件上就会产生磁动势，此磁动势作为以±15Y外加电源供电的差分放大器的输入信号，放大器的输出电流即为传感器的测量电流，自动迅速地恢复磁动势平衡，即霍尔输出总保持为零。这样，测量电流的波形忠实地反映了原边被测电流的波形，其大小只是一个匝比的关系。

具体说来，霍尔效应磁场补偿式电流传感器具有以下优点：

它克服了传统的电流取样元件受规定频率、规定波形的限制及不适应功率变频发展，波形常不标准的缺点。它响应频率的带宽为0～100kHz，对任何波形，特别是含有直流分量的信号都可以迅速响应，符合电力电子技术，包括变频调速、斩波调速等工作频率向高频化前进的现实需要。

它的响应速度可以达到1μS以内，这是采用电子线路，特别是采用高迁移率半导体材料制成的霍尔元件的结果。它巧妙地利用电磁耦合，而磁动势平衡又不靠电磁感应来实现，因此彻底甩开电磁元件时间常数以若干毫秒计的响应障碍，取得了成功。

继承了互感器原副边可靠绝缘的优点，提供了模数转换的机会。测量信号既忠实反映了被测信号，又与之完全隔离。这个被测信号既可以输人到模拟式仪表，又可以转化为数字显示。经过两次处理，还可以作为反馈信号输给自动化装置进行自动控制，又可以以数字形式同计算机接口。

通过磁场补偿，铁心内的磁通保持为零，致使传感器的尺寸、重量显著减少，使用方便。另一方面，它也就具各了很强的电流过载能力。通过输人电流在传感器上的绕圈的方法，还可以提高更小电流的测量精度。

本系统的电流环主要采用PD控制，具体框图如图1所示。

图1 电流环控制原理图

通过调节设定电压，而调节输出固定电流，不同的设定电压输出不同的电流。由于本节采用的霍尔电流传感器LTS25 NP对应的电压输出最小为2.5V，也即零安培电流对应2.5V输出电压，且每增加IA电流，霍尔对应的输出电压只增加零点几伏，因此霍尔检测输出先得减去2.5V的基准电压，再把差值电压放大，才能精确地敏感电流的瞬时变化，以使电流环快速地修正电流的变化，进而输出恒定的电流值。式（5-7）为其传递函数：

Uo=［-（Herout-2.5）*k1+Uset］*K2*（K3+K4*S） （5-7）

控制电路用于把ML4425的下三桥与上三桥相与，进而产生可调的PWM换相逻辑信号，控制逆变桥正确导通，驱动电机运转。