前言

在电机控制领域，想必大家都听过foc矢量控制，比我们耳熟能详的pid控制效果更好，那具体foc干了哪几件事呢？接下来本栏中会详细的讲解foc的原理。

该栏目部分参考于《慧驱动》

背景知识介绍

1. 本栏中会以永磁同步电机为例进行讲解，我们在使用该电机时发现电机端和驱动端之间往往是通过三条线，也就是俗称的三相线，一般叫做“U,V,W”。

2. 不管是pid还是foc又或者是其他的控制算法，最终的目的都是让电机转起来，那怎么能让电机转起来呢？无非就是让电机周边产生磁场，有磁场作用自然而然就会产生力，有力的作用自然而然就能让电机动起来。那问题又来了，怎么产生磁场？想必我们初中的时候就已经学过“电生磁”，所以我们需要在三项线圈中产生三相正弦的交流，同理为了产生三相正弦的交流，需要在三相线圈中产生互差120°的正弦的电压。那怎么在三相线圈中产生互差120°的正弦电压，需要使用空间矢量调制（SVPWM）来控制逆变器将直流电压转换为相差120°的交流电压，具体SVPWM相关后续再讲，这里先有个印象。

3. 一般电机控制中会分很多种控制模式，比如说速度控制，位置控制，转矩控制，简单介绍如下：

   1. 转矩控制：转矩控制是最基础的控制模式，直接控制电机的输出转矩。通过调节电机的电流（特别是 Iq​ 分量）来产生所需的转矩。
   2. 速度控制：速度控制通过调节电机的转速来实现精确的速度跟踪。它的控制目标是让电机的实际转速跟踪给定的参考转速。为了实现这一目标，速度控制器（通常是 PI 控制器）会输出一个转矩命令来驱动电机。速度控制依赖于转矩控制来实现，因为电机的速度变化是由转矩来决定的。速度控制器计算出的转矩命令被传递给转矩控制器，然后转矩控制器调节电机的电流来实现相应的转矩输出
   3. 位置控制：位置控制是在速度控制的基础上增加一个位置反馈环，位置控制的实现依赖于速度控制，而速度控制则依赖于转矩控制。因此，最终位置控制也依赖于对转矩的控制。
   4. 电机控制核心就是控制转矩，需要控制转矩，也就是控制三相线圈的电流幅值大小，即控制三相线圈的电压幅值大小，需要动态的去控制三相线圈的电压，正常应该要用pid，但是pid对动态的控制效果不是那么理想，所以需要将交流的电压转换为直流。

4. 需要让电机的转子转到每一个角度，其对应的线圈都能通电，并且产生最强的吸力，则需要控制三相线圈的电流的周期，即控制三相线圈的电压的周期，即动态的控制角度信息，并且需要将交流的电压转换成直流，所以使用pid控制其周期即角度信息。

5. 为什么要进行坐标变换？原因是要将交流变成直流。将交流信息分解成角度信息（theta）和幅值信息（Q：转矩 D：磁场）。

Clarke变换

1. 在foc中，clarke变换担任的是讲三相坐标系转换为两相坐标系，目的是简化电机的控制算法，还有变换后的α-β 坐标系可以直接表示在二维平面上，通过这种二维表示，可以更直观地分析电机的状态和行为，特别是在空间矢量脉宽调制（SVPWM）中，还有为 Park 变换做准备。
2. 具体算法流程见下图：

结束语

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