电机控制入门基础-系统标幺化和Q格式化处理

前言：本章主要介绍系统标幺化处理和Q格式化相关的内容，并进行仿真建模分析验证。那控制系统为什么要进行标幺化处理？由控制芯片决定（定点型芯片）的和通用型控制器要适配各种功率电机，而电机数学模型是一样的，经过标幺化处理则可以满足通用的需求。  

一、为什么要进行标幺化的原因简析  

电机控制系统采用标幺化的原因在于：    

1、统一表示：标幺化允许在不同规模的电机系统中使用统一的数值范围，便于在同一个代码系统中处理不同大小的物理量；    

2、简化计算：通过将物理量转换成标幺值，可以避免在计算过程中处理极大的或者极小的数值。比如在计算功率时，直接处理成标幺值则避免了大电流和高电压的直接相乘；    

3、防止数据溢出：在数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）中，标幺化有利于防止数值溢出，特别是在定点运算中，确保计算的精度和稳定性；    

4、通用性增强：标幺化使得控制算法能够适用于不同规格的电机，因为控制逻辑不随电机具体参数变化，只需要调整基准值即可适应不同的系统；    

5、直观判断：标幺化便于工程师直观理解系统状态，且在多电压等级系统中简化了阻抗等参数的计算和比较；    

6、控制算法的标准化：PID等控制算法的参数设置与物理量的实际大小脱钩，使得控制策略更加通用和标准化。    

综上，标幺化提高了电机控制算法的灵活性、通用性和计算效率，同时保证了控制系统的稳定性和准确性。  

二、什么叫Q格式化（以Q15定标为例）  

不会使用Q格式的DSP程序员不是优秀程序员！    

TI的DSP28034和28035属于32位的定点微处理器，定点微处理器不能直接处理小数，以表达精度为0.01Hz的频率变量
为例，处理小数的方法常见的就是Q格式化处理：  

变量仍定义为整型变量类型（int型和long型），采用定标法来确定小数；    

整数定标的本质上并不复杂，简单而言，就是通过假定小数点位于哪一位，从而确定小数的精度。  

常用Q格式来表示数的定标，如图（1）所示。当假定小数点（图中以实心圆点表示）位于第0位的右侧时，为Q0；当当小数点是位于第15位的右侧时，为Q15.

图1 Q0和Q15的图示

三、标幺化基准值的设计  

经过标幺化后，所有的物理量的值都限定在[-1 1]之间，那么在DSP内部的表示方法就可以采用统一的数据格式。标幺值是没有量纲的，通常相应变量加上星号上标就表示为标幺值。那问题来了，电机控制系统中有那么多的物理量，难道都需要对它们进行标幺吗？如何建立电机控制算法中统一的标幺值系统？首先就是确定统一的基准值：  

五、问题总结讨论  

5.1 定点标幺Q格式化内容属于理解型的，难者不会，会者不难。学友可以谈谈自己对标幺Q格式化内容的理解！