FOC（Field Oriented Control）是采用数学方法实现三相电機的力矩与励磁的解耦控制

主要是对电机的控制电流进行矢量分解，变成励磁电流Id和交轴电流Iq 励磁电流主要是产生励磁，控制的是磁場的强度（励磁就是控制定子的电压使其产生的变化改变直流电机的转速，改变励磁同样起到改变转速的作用），而交轴电流是用来控制力矩

二，FOC的框图和模块划分

从框图上可以分成下面的几个部分：

2. 外部的对象：三相逆变驱动器（3-phase inverter）（通常指三相全桥驱动电路）和電机（直流无刷电机BLDC）

4. PI调节器：基于小信号控制理论把电流差值转换成电压的调节器。

1. FOC算法是电机控制算法的一部分具有可替代性，仳如DTC而整体的电机控制算法是基于小信号控制理论的。

2. FOC算法可用于异步电机直流无刷电机，永磁同步电机

3. 给定的Iq_ref和Id-ref要根据电机相关模型和参数计算得出。

4. 该算法受物理定律软件框架，软件相应速度等限制

1. 电机数学模型-坐标变换：clark和park变换。

坐标轴变换-clark变换：

坐标轴變换-park变换：

下面的公式x可以是电压也可以是电流

参见，这里不在叙述了

C:保持要求扭矩时的减弱磁场

 

 
 

 
 

 
 
 

 （一），测试相电流采样电路的功能
 
 

 1、不接电机，连续采样相电流此时采样值为相电流为0时的值，此时值应该比较稳定变化不大，如果变化比较大说明有问题。
 
 

 2、接上电机给U相设置占空比为5%，V、W占空比为0此时可以用万用表测量取样电阻上的电压值，应该已经有值再用adc采样相电流，计算相电流采样极性和大小是否正常根据正电压产生正电流的电动机原则，U相电流应该是正的V、W两相电流应该是负的，且V、W两相电流应基本相同若正负号不对，需要进行调整
 
 

 （二）、测试变换程序的正确性。矢量控制的核心其实就在Clark与Park变换上通过这两个变换实现了直轴与交軸的解耦。如果使用的是官方的库可以不管本步骤。如果是自己写的需要通过仿真测试等手段，确保程序的正确性
 
 

 （三）、调试SVPWM模塊。通过SVPWM模块可以把FOC的控制结果转换为定时器6个通道的占空比从而驱动三相逆变模块控制定子绕组产生旋转磁场，拖动转子旋转为了驗证SVPWM模块的功能，需要使用上图中的6、7即反park变换和SVPWM模块产生开环的旋转磁场。
 
 

 1、把FOC其他部分注释掉只保留反park变换和svpwm函数。
 
 

 2、反park变换的輸入参数有3个：Vq、Vd、Angle将Vq=0，Vd设置为一个较小的值Angle=0，然后接电机上电此时svpwm会有输出，电机有力转子被锁定在当前电角度位置。如果没囿力说明Vd值太小了。同时可以查看CH1、CH2、CH3的波形和svpwm的标准波形做对比比如，处于svpwm的扇区1那么CH1、CH2、CH3上的波形关系如下：
 
 

 
 
 

 你可以在仿真模式下，把CH1、CH2、CH3通道的比较值加入watch窗口然后手动改变Vd的值。改变Vd的值3个通道的比较值也会跟着改变。
 
 

 3、将Angle由0开始每次增加30°左右，此时电机会跟着旋转，且每次旋转的角度应该是相同的，记录下这个旋转方向，这就是此系统固有的正方向。此时还可以验证电机的极对数，若Angle重复增加N个周期后电机回到起始点（可用记号笔进行标注），电机的极对数即为N
 
 

 （四）、整定d轴、q轴PID参数。
 
 

 1、把电流采样模块、clark变換、park变换、PID控制器加入
 
 

 2、此时系统的输入参数有3个：PID控制器的参考量IQREF、IDREF和Angle。设置Angle=0IQREF=0，IDREF设置为一个较小值（可以与上面的Vd一样）
 
 

 3、d轴和q軸都有PID控制器，将两个PID的参数都设置为0之后保持q轴的PID为0，然后整定d轴的参数（整定的过程中可以给电机上电观察效果，目的是使电流采样值经过clark、park变换后的Iq、Id值接近于IQREF、IDREF）d轴整定完后，把q轴的PID参数设置为相同即可
 
 

 （五）、使用编码器输出角度替代Angle值
 
 

 
 

 我们先来验证d轴，将IqRef设置为0IdRef设置为一个合适的正值，此时电机是不会旋转的用手转动电机也是可以转动的，只是不同于自由转动状态此时旋转电机時会感到阻力较大，有一个力始终在维持电机处于当前位置
 
 

 验证q轴时同理将IdRef设置为0，IqRef设置为一个合适的值即可需要注意的是，因为启動电流明显大于稳态电流如果IqRef的值设置得过小，电机无法旋转起来而增大IqRef，使电机可以旋转起来后电机会一直加速到最高转速。为保证安全需要对输出电压占空比进行限幅。
 
 

 将IqRef设置为正值时电机应该正转设置为负值时电机应该反转，且正反转速应该是相同的此時还可以进一步观察转速采样结果，如果和实际情况符合的话就可以进行下一步了
 
 

 

 总结：本文简述了FOC的各个模块和调试方法。
 

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