數字馬達控制系統(tǒng)的量化誤差分析與設計

要比較三種數據格式對數值精度的影響，需要監(jiān)控估算的速度響應與相應的 d 及 q 軸參考電流。將所有的 PI 增益、參數、基本量在全部三種數據格式的仿真過程中設定為相同的有效值。從圖3可以看出，16 位定點版本與浮點版本的性能具有極大的差別。

從圖3中數值性能的比較可以看出，16 位定點系統(tǒng)有若干個偽瞬態(tài) (false transient) 與振鈴，而 32 位系統(tǒng)則沒有這些現(xiàn)象。32 位單精度浮點與 32 位定點的結果非常相近。

在現(xiàn)實系統(tǒng)中，這些瞬態(tài)現(xiàn)象會產生可聽到的噪聲及振動，從而引起許多不良后果。尤其不利的是在第一個速度級別出現(xiàn)的估測速度振蕩瞬態(tài)的衰減以及隨后的增長，圖3中顯示，此次的觀察值十分接近 16 位系統(tǒng)的邊緣值。另一方面，具有控制響應的 32 位定點仿真系統(tǒng)的性能良好。

圖4 馬達控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

圖5 標準 PWM 方案圖，以及高分辨率 PWM 與傳統(tǒng) PWM 的示波器圖比較

溢出現(xiàn)象一般會發(fā)生在通過控制算法進行一系列的加、減法運算時。通過縮放算法來降低實際工作中的溢出可能性通?？蛇_到調整溢出的目的?？墒褂妙~外的邊緣標簽保護位 (margins labeled guard bit) 來完成?？刂扑惴ㄒ话阍跇嗣聪到y(tǒng) (per-unit system) 中進行標準化，以便按比例縮放所有物理變量(電壓、電流、扭矩、速度及磁通量等)。使用合適的縮放比例可消除溢出這一量化誤差源。造成量化誤差的數值計算范例包括乘、除法運算以及三角、指數、平方根等查表數學函數。