电机控制要点解疑：SPWM，SVPWM和矢量控制

虽然现在做自动驾驶去了，还是有必要把之前一年做电机控制的心得分享一下，也能方便自己日后的参考。

(以下针对反向电动势为正弦的永磁同步电机而言)

 

目录：

1. SPWM和SVPWM

2. 矢量控制（Space Vector）

 

 

1. SPWM和SVPWM

 

抛开各种控制算法等细节，从最朴素的角度出发。我们只需要在A，B，C三相提供120相位差的正弦电压，电机就会稳定的转动起来，调节正弦电压的幅值和频率，就能调节电机的转速和扭矩。这是我们所需要的输出。而我们所提供的输入是稳压直流电源，电机控制中的控制二字指的就是通过6路PWM，控制6个MOS管的开断，来达到直流电源变正弦交流的目的。

 

于是，这就引出了电机控制的核心手段：PWM。接下来介绍SPWM和SVPWM两种技术，这代表了电机控制建模的两种思路。

A. SPWM

先看图：

SPWM的思路简单粗暴，既然输出你想要正弦波，那还不简单，把正弦电压采个样，当前你要多大的电压，我调调PWM的占空比给你就是了。比如这一秒你要1.2V，我给个10%占空比的PWM，12V的电源输出不就成了你要的1.2V了吗？电机参数，当前状态什么的，我才懒得管。

 

B. SVPWM

相比之下，SVPWM考虑问题的视角就完全不一样了。表面上看我们要的输出是三相正弦波，本质上讲是正弦波产生的旋转磁场在带着转子在转动啊。既然要旋转，那还是先看图吧：

 

图中的（001），（101）什么的代表的是6个MOS管的开关状态，你只需要把6个MOS管调到对应的状态，就能得到该方向的电压，作用到电机的转子上带动其旋转，这里就不深究了，到时候自己查表对着做就行了。这里需要强调的是，SVPWM在控制时已经在考虑电机的状态了，比如电机的转子运动到了某个位置，这时需要一个落在扇区1方向的电压来拖动转子的运动，那我就在（100）和（110）之间切换，来合成我们想要的电压呗。相较于SPWM的简单粗暴，SVPWM就考虑的细致入微了。

当然SVPWM的好处也是不言而喻的，在所需电压转动，扇区切换的途中（比如电压从扇区1旋转达到了扇区2），我们只需要把之前的（100）换成（010），而（110）完全不用动，这样就避免的SPWM为达目的，不择手段段，在那疯狂瞎变换MOS开断的疯狂行径，能大大减少MOS开断的损耗。

 

这里提一句，为什么电机控制用的是中心对称PWM而不是边缘触发，因为按着SVPWM的思路走，每次状态变换只需要改变一个MOS管的开关状态，见下图：

 

 

2. 矢量控制（Space Vector）

不多bb：

 

什么Park，Clark变换我就不多说了，之所以我们费尽心思在这搞什么矢量控制，坐标变换，把好好的三相变成旋转的两相X,Y坐标系里面去，是因为变过去了以后，你会发现 Ia, Ib 的幅值固定了，变量被分离到了旋转角θ里面去了。电流的期望值固定了，就可以用PID来控制啦！！！ 对，折腾了这么久，我们就是想用PID，这就是电机控制的核心，现代控制虽然好，工业界只爱PID ：）

 

 

啰嗦一句，clark还是Park变换里面有个2/3还是2/3 的系数变换，是在做相电压与线电压的变化，首先你要知道PMSM在控制时三相是一直在导通的，而不像BLDC只有两相同时导通。2/3具体推导见下图：

 

 

 

Reference：

1. https://www.zhihu.com/question/26858454

2. https://read01.com/KA66o6.html#.WuyBO6Qvypo

3. https://www.ti.com/lit/an/spra588/spra588.pdf

4. https://www.nxp.com/docs/en/supporting-information/DWF13_AMF_AUT_T0526.pdf