FOC又称矢量控制，是经过控制变频器输出电压的幅值和频率控制三相直流无刷电机的一种变频驱动操控方法。FOC的实质是运用坐标变换将三相静止坐标系下的电机相电流转换到相对于转子磁极轴线静止的旋转坐标系上，经过控制旋转坐标系下的矢量大小和方向达到控制电机目的。由于定子上的电压量、电流量、电动势等都是交流量，并都以同步转速在空间上不断旋转，控制算法难以实现控制。通过坐标变换之后，旋转同步矢量转换成静止矢量，电压量和电流量均变为直流量。再根据转矩公式，找出转矩与旋转坐标系上的被控制量之间关系，实时计算和控制转矩所需的直流给定量，从而间接控制电机达到其性能。由于各直流量是虚构的，在物理上并没有实际意义，因而还需通过逆变换变为实际的交流给定值。

  1、测量电机运行时三相定子电流，可得到Ia、Ib、Ic。将三相电流通过 Clark 变换至两相电流Iα和Iβ，其是相互正交的时变电流信号。

  2、Iα和Iβ通过Park变换得到旋转坐标系下的电流Id和Iq 。在电机达到稳定状态时，Id和Iq 是常量。此时所使用的转子位置为上一次迭代计算出来的角度值。

  3、Id的参考值决定了电机转子磁通量，Iq 的参考值决定了电机的转矩输出大小，二者各自的实际值与参考值进行比较得到的误差，作为电流环PI控制器的输入。通过PI控制计算输出得到Vd和Vq, 即要施加到电机绕组上的电压矢量。

  4、有传感器FOC根据Hall信号或者通过无感估算计算出转子位置和电机转速。新的转子角度可告知 FOC算法下一个电压矢量在何处。计算出的电机转速将用于电机状态的切换，环路切换，堵转保护等子功能模块的数据支持。

  5、利用新的电机角度，Vd和Vq 经过 Park 逆变换到两相静止坐标系上。该计算将产生下一个正交电压值 Vα、 Vβ。再采用 SVPWM 算法判定其合成的电压矢量位于哪个扇区，计算出三相各桥臂开关管的导通时间。最后经过三相逆变器驱动模块输出电机所需的三相电压。

  基于电压的力矩控制是最基本的力矩控制模式，它为你提供了一个抽象的无刷直流电机，以便你能控制它作为直流电机。

  它基于简单的欧姆定律(忽略了电流动态特性)，因此不需要任何电流检测相关的硬件。这种力矩操控方法无论其有没有电流感应，都能够在任何无刷直流电机驱动板上工作。

  基于直流电流的力矩控制能够像控制直流电机那样控制无刷电机。电流检测用于获取通过电机的电流的大小及方向，我们假设力矩和总电流是成正比的。这种模式好处在于可以非常精确地控制无刷电机的实际电流，一些性能较低的处理器（如ATMega328系列）也能有较快较稳定的效果。

  基于直流电流的力矩控制是唯一真正的力矩操控方法。它控制电流 q 和 d的两个分量。我们假设力矩与 q 电流分量成比例，并控制电流的 d 分量保持等于0。

  获得转的角度和现在给的电压，算法给出三项电压，FOC算法确保这些电压产生的磁力恰好与电机转子的永磁场偏移 90度 ，来保证了最大力矩，这称为换向。

  假设电机产生的力矩与设定电压 Uq 成正比，也就是说最大力矩与Uq 有关，而这个Uq 则受到供电电压的限制。最小力矩当然即Uq = 0。

  该算法从位置传感器读取角度 a。相电流通过逆Clarke和简化的Park变换转换为直流电流iDC。

  而后，PID控制器利用目标电流Id和测量电流iDC计算出相应的设置到电机的电压值Uq，而Ud始终保持为0。

  最后，FOC对电机设置相应的ua, ub 和 uc 。FOC会确保这些电压产生的磁力恰好与电机转子的永磁场保持90度偏移，来保证了最大力矩，这称为换向。

  这种力矩控制模式是假设在电机的力矩是和电机的直流电流iDC成比例的（iDC=iq），因此能通过控制电流来实现力矩的控制。但是这种假设仅限于低速的情况，在高速情况下，id分量会变得很高，致使iDC=iq就不成立了。

  FOC电流力矩控制算法读取无刷直流电机(通常为ia 和 ib)的相电流。此外，该算法从位置传感器读取角度 a 。

  相电流通过逆Clarke和Park变换转换为 d 分量电流 id 和 q分量电流 iq 。而后，每个相PID控制器利用目标电流Id和测量电流值 iq 和 id计算出相应的设置到电机的电压值Uq和Ud，以保持iq=Id,id=0。

  通过测量相电流，力矩控制算法能保证这些电压生成在电机转子中产生合适的电流和磁力，并恰好与电机转子的永磁场保持90度偏移，来保证最大转矩，这称为换向。电机产生的力矩与q分量的电流 iq成比例，这原理使这种力矩控制模式成为无刷直流电动真正的力矩控制。

  简单来说，voltage control mode是最简单的接近电机力矩控制的方法。它基本在任何电机+驱动器+mcu的组合中运行。

  FOC current mode 是真正的电机力矩操控方法，不同于前两者的“近似”，因此也需要电流传感器，也比DC current mode对MCU的解决能力有更高的要求。

  电压模式直接给目标电压，电流模式就是给的电流，其实和上面的模式比较就是一个相电阻的变化。

  状态观测器： 理论依照：根据控制理论，如果一个系统能够完全通过其检测到的输出值来重构其系统状态，则认为该系统是可观测的。其作用于无传感器转子的位置和速度的检测反馈，再作用到PARK变换和转矩磁链控制上。 Luenberger观测器的离散化： （其观测器的闭环参数为经验验证值） 引入估测电流（ iα，iβ ）的反馈值并离散化(T 为采样时间)，可得当前的反向电动势 eα 和eβ； 再由反向电动势 eα 和eβ 的计算出转子的位置角。 可以将其定义式相除，可得到转子位置角，但是这方法是开环的，对耦合在反电动势里的干扰非常敏感，它会使反电动势成为非正弦信号） 程序中使用的是锁相环方式，以PI闭环方式调节ωr以保持其输入为0 (电角度领先

  】记录9——状态观测器与锁相环 /

  导读： 本期主要介绍异步电机矢量控制在滞环CHBPWM调制和SVPWM调制下的控制性能对比。 一、引言 应用PWM控制技术的变压变频器通常为电压源型，它能够准确的通过所需的设计参数来控制输出电压。对于交流电机而言，需要保证其输出电流为正弦波电流，因为只有在交流电机绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使其合成的电磁转矩为不含脉动分量的恒定电磁转矩。所以，要对电流采用闭环控制的方法，这比电压开环控制能获得更好的性能。传统SPWM控制技术并未考虑到输出电流的情况，它主要是使得变压变频器的输出电压为正弦波。电流滞环跟踪控制PWM （CHBPWM），直接控制输出电流使其接近于正弦波。而异步电动机为了在电机内产生旋转的圆形磁场，从而发出恒定电磁转矩

  的SVPWM和滞环调制对比 /

  1 引言      随着近年来传动系统的发展，多电机传动系统已经被广泛地应用于各种领域。为了更好的提高多电机传动系统的动态性能和稳态性能，满足一些特定系统对多电机控制的同步要求，多电机协调同步操控方法的研究慢慢的变重要。针对交流电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，以及矢量控制的不完全解耦性等缺点，本文引入了智能控制中的模糊控制技术，选用参数自调整模糊控制器，设计了一种基于模糊矢量控制的多电机同步控制方案从而提高系统的动态性能。方案中使用西门子变频器的矢量控制功能对交流电机进行变频调速，在西门子PLC中实现了参数自调整的模糊控制。并通过Matlab进行系统设计的仿线 多电机同步控制系统概述      在现

  1.引言 变频空调以其节能、室内温度更稳定、噪音低、舒适度更高的特点得到快速的发展，成为今后空调发展趋势已成业界共识。 变频空调一般是指空调压缩机及其风扇的变频控制，多采用永磁同步电机矢量控制的方案。目前空调风机大多还是采用单相交流电机的定频风机，这种单相交流风机接入单相交流 电源 就可工作，具有结构简单、可靠的优点，但是也有不能进行无极调速和风机效率比较低等缺点。为了进一步提高变频空调性能，当前已有空调厂家开始对空调风机也进行变频控制，真正实现空调的全变频控制。 永磁同步电机（PMSM）， 功率 密度高体积小，结构简单，采用矢量控制（FOC），具有动态响应快，效率高、噪音低及安全可靠的特点，

  方案 /

  标量控制和矢量控制是电机控制领域中两种不同的控制方法。 标量控制是指控制电机的转速，同时控制转速来间接实现对电机的转矩控制。利用电机等效电路模型，通过调整电机的电压、电流和频率等参数实现转速控制。标量控制器适用于负载变化较小、负载要求不高的场合，如风扇、水泵等传统的电机应用。 在标量控制中，仅对电机的基本物理量，如电压、电流、磁通等进行控制，而不涉及电机的矢量参数。该控制方法的优点在于简单易实现，但缺点是其控制精度有限，控制效果不够优异。 矢量控制是指直接对电机的磁通、电流进行控制，实现对电机的转矩、转速、位置等参数的精确控制，从而实现对电机的高效控制。在矢量控制中，可以根据电机转子位置和磁极数来计算出

  目前很多洗碗机水泵的驱动部分使用了三相永磁同步电动机( PMSM )。PMSM要求智能驱动系统，其中所包含的微控制器用来解析转子位置并实现控制环路，从而驱动电机旋转。 新型的由微处理器控制的洗碗机在节水节电的同时，能够更加静音。 由于PMSM中没有换向器(即电刷)，因此电机控制技术必须基于对转子位置的了解。该位置必须是可测量或可估计的。测量转子位置要求在电机轴上安装光编码器(传感器)等设备，而这样做会大幅增加系统成本。如果可以用一个有效的方法估算转子位置，那么就可以不使用传感器。根据电机运转状态(零速度、低速、高速等)的不同，用来估算转子位置的方法有很多种。电机高速运转时，可以利用观测仪就低角误差、动态性能、错误过滤等

  1 引言 随着近年来传动系统的发展，多电机传动系统已经被广泛地应用于各种领域。为了提高多电机传动系统的动态性能和稳态性能，满足一些特定系统对多电机控制的同步要求，多电机协调同步控制方法的研究变得逐渐重要。针对交流电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，以及矢量控制的不完全解耦性等缺点，本文引入了智能控制中的模糊控制技术，选用参数自调整模糊控制器，设计了一种基于模糊矢量控制的多电机同步控制方案来提升系统的动态性能。方案中使用西门子变频器的矢量控制功能对交流电机进行变频调速，在西门子PLC中实现了参数自调整的模糊控制。并通过Matlab进行系统模块设计的仿线 多电机同步控制系统概述 在现代应用

  摘要：利用TI公司的数字信号处理芯片TMS320F2808强大的运算能力和快速实时处理能力，解决了矢量控制的复杂控制算法难以实现的问题，完成了矢量控制变频调速系统的硬件及软件设计。实验结果表明，本系统具有良好的稳定性、动态特性，以及快速的故障处理功能。 关键词：矢量控制；异步电机；TMS320F2808 引言 矢量控制(vector control)是在20世纪70年代出现的一种高性能的控制技术，其提高了交流调速系统的静态和动态性能。矢量控制具有调速范围宽、转矩响应快等特点，但是其涉及众多的异步电机参数，需要复杂的旋转变换计算。随着电力电子器件及计算机技术的迅猛发展，各种高性能芯片的问世解决了高性能矢量操控方法繁琐的运算问题，

  变频调速系统设计 /

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