FOC(Field Oriented Control)磁场定向控制
foc,磁场定向控制,通过控制无刷电机三相电流,来实现对无刷电机的角度扭矩的控制。
首先先要理解无刷电机的原理,我们以三槽两极内转子电机进行讲解,
相较于有刷电机,无刷电机在结构上少了换向器的结构,永磁体位于转子上,线圈在外面的定子上,这样,转子可以等效的理解为一个磁铁,我们可以通过改变线圈的电流,来对转子施加力,实现无刷电机的转动。
要进行磁场的矢量控制,就是研究转子受到定子产生的力,我们可以将定子产生的力分成垂直于磁铁方向的q和与磁铁方向相同的d,建立q-d坐标系
然后我们可以将定子的力,抽象为另一坐标系,称为ialpha,和ibeta,记作iα-iβ坐标系
因为无刷电机是三相控制,还需要一个把三相电流矢量转换为二维iα-iβ坐标系的过程
从q-d坐标系变为iα-iβ坐标系的过程,称为帕克逆变换,从iα-iβ变成三相矢量的过程,成为克拉克逆变换
我们从由三相矢量转换成二维iα-iβ的变化开始
我们把三相矢量做投影,可以很容易的得出
Iα = ia - sin30°ib - sin30°ic
Ib = cos30°ib - cos30°ic
对于同一个节点来说,根据基尔霍夫定理,我们可以得出,ia + ib + ic = 0,我们将ia设为1, ib ic都设为-1/2, 因为ia = iα = 1, 而带入原式iα = 3/2,所以我们要给系数乘上2/3,这样我们就得到了
由于实际解决问题的时候,我们需要从Iα,Iβ的值推算出ia ib ic的大小,所以我们需要进行逆变换,
得出
接下来进行的是iα-iβ 到q-d坐标系的转换
如果单看q和d在iα-iβ上的投影,可以得出
逆运算,得出
根据这两个等式,我们可以由电机qd坐标系相对于α,β坐标系的相对角度,分析电机转动到某一个角度,电机三相应该通过多少电流,实现对电机的控制
前面我们说过,qd坐标系中,q是垂直于磁铁的力,d是平行于磁铁的力,可以先理解为d对磁铁的旋转没有作用,通过改变q的大小来决定无刷电机的旋转状态,此外,加上max_votage / 2的原因是把三角函数的取值从(-1~1)变为(0~2),避免了负电流的出现