APM32F407低压电机控制平台----FOC介绍

只看该作者 · 2024-12-10 16:22

1、前言

FOC（Field-Oriented Control，磁场定向控制），也被称为矢量控制，是一种先进的交流电机控制技术。它通过模拟直流电机的控制方式来简化对复杂交流电机的控制，使得我们可以像控制直流电机一样轻松地控制交流电机的速度、位置和转矩，广泛应用于工业自动化、机器人、电动汽车等领域。

2、FOC介绍

FOC主要用于对BLDC和PMSM电机进行控制。

实际应用中，大部分BLDC采用无感控制。无感BLDC不需要传感器，线缆数量也少，所以，成本更低，而且体积可以做到更小。无感BLDC的FOC控制框图如下所示，主控制路线包括设定速度->速度PID控制器-->电流PID控制器-->反PARK变换器-->SVPWM逆变器-->驱动电路。无感FOC主要是两个闭环，一个是电流环，一个是速度环。其中电流环包括CLARKE变换器和PARK变换器。CLARKE变换器输入是BLDC的三相电流Ia、Ib、Ic，输出两相的Iα和Iβ再输入到Park变换器。Park变换器还需要输入角度信息，计算得到Iq和Id，输入到电流PID控制器。速度环主要是无感观测器，不同观测器输入变量不同，电机的三相电流Ia、Ib、Ic是必须输入的。无感观测器主要包括滑膜观测器、龙伯格观测器、扩展卡尔曼观测器、非线性磁链观测器等。观测器输出角度和速度信息。

无感FOC由于角度是根据电流和电机参数估算出来的，所以精度不够准确，特别是在低速和静止启动的情况，电机电流很小，无法准确估算角度。对于速度要求稳定、定位精度高、需要低速运行的情况，需要用到有感FOC。BLDC和PMSM都可以安装传感器。如下图所示，有感FOC与无感FOC主要区别是：有感FOC的速度计算是通过传感器反馈的位置进行计算，速度精度高；有感FOC多了一个位置环，位置由传感器提供，不需要观测器进行估算，反馈位置精准。但是，有感电机比无感电机多了传感器，成本高。需要根据实际情况，选择有感或无感电机。