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stm32 FOC从零学习开发（一）FOC概念

复仇者枯叶蝶

2023-11-30 17:47:14

1358 单片机 FOC STM32

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前言

FOC简介

FOC是Field Oriented Control的缩写，FOC（field-oriented control）为磁场导向控制，又称为矢量控制（vector control），是一种利用变频器（VFD）控制三相电机的技术，利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度，来控制电机的输出。由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示，因此称为矢量控制。
FOC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。FOC旨在通过精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。

一、FOC基础知识

关于foc的基础知识网上教程也比较多，包含电机原理，BLDC和PMSM原理，左手定则，右手定则，安培定则等等，拥有基本的高中知识就可以看懂，我也就不在这重复造轮子了，推荐稚晖君在知乎的回答：https://zhuanlan.zhihu.com/p/147659820

二、FOC控制框架

1.整体框图

在这里插入图片描述
从图中来一点一点分析，首先是当给定一个转速进来的时候，先经过转速环PI调节器，再经过电流环PI调节器，给出要运行的d、q值，至于d、q值就是经过park变换后的旋转坐标系矢量，可能刚开始看FOC的同学先接触到的就是Clark变换和park变换，但根据流程来看首先用到的其实是反park变换，得出来alpha和beta，也就是晶旋转坐标系的矢量转换为直角坐标系的矢量，再经过SVPWM算法计算出三相的PWM波形，才能够被逆变器所识别，这里逆变器其实就是相当于一个电流放大器，将生成的PWM波形放大成能够驱动电机的电流，就可以带动电机运转了。
但到这里还没完，这是第一个波形，电机只是接受到电流了，要怎么运转还是要看电流环与速度环的PID 控制，实际这里只用到PI控制就够了。电机将生成的hall信号或者编码器信号反馈给电流环，经过PID控制调节输出的d、q，同时电机将生成的速度反馈给速度环，也经过PID控制输出响应的速度给电流环，就又回到了第一个流程。如此循环往复，点机就转起来了。