FOC学习笔记

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前言

Foc即磁场定向控制，也叫矢量控制，是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最优方法之一，能够在全扭矩和速度范围内提供良好的控制能力。

Foc控制的主要目的是控制三相电流，使其与电机的磁场方向保持一致，从而实现电机的精准控制，而三相电流是正弦波，对于非线性的信号进行准确控制就要使用复杂的高阶控制器，这对于建模成本、处理器算力、控制实时性等都是不利的，为此，我们要将三相电流转变成更易跟踪控制的常量，所以学习Foc，我们要先理解参考坐标的变换过程。

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一、foc框图

先来看一下foc的控制框图
我们以电流环为例，概括一下foc的控制过程：

1. 对电机的三相电流进行采样，得到Ia，Ib，Ic
2. 将Ia，Ib，Ic经过克拉克变换得到Ialpha，Ibate
3. 将Ialpha，Ibate进行帕克变换得到Id，Iq
4. 计算Id，Iq和设定值Id，Iq的误差
5. 将误差输入PI控制器，得到输出的控制电压Ud，Uq
6. 将Ud，Uq进行反帕克变换，得到Ualpha，Ubate
7. 利用Ualpha，Ubate合成电压空间矢量，在SVPWM中进行调制，输出三个半桥该时刻的状态编码
8. 按照输出的编码值控制三相逆变器的MOS管，从而驱动电机
   以上过程不断循环就实现了对电机的精确控制

二、坐标变换

1.克拉克变换

由于三相电流是三个相位相差120度的正弦波，很明显这三个基向量是非正交的，做一个很简单的基变换将其正交化为一个直角坐标系，我们把新的直角坐标系命名alpha-beta坐标系。

我们基于等幅值变换，变换前后幅值不变，给等式乘以等幅值变换系数，可得

2.帕克变换

通过克拉克变换，我们已经将三相电流在一个2轴正交系中表达出来，下一步要将其变换到另一个随着转子磁通旋转的2轴系统中，这种变换就是帕克变换，这个2轴旋转坐标系的坐标轴称为d-q轴，θ表示转子角度。

3.帕克逆变换

由foc框图可知，经过帕克变换得到的id,iq的真实值