对于永磁无刷电机,最出名的莫过于 FOC(Field-OrientedControl,矢量控制)控制策略。
FOC 算法可以分为两个部分来理解,一是软件上,对𝑎𝑏𝑐自然坐标系下的三相电流进行采集,通过 Park 变换和 Clark 变换,建立𝑑𝑞轴旋转坐标系,使得控制环路(即速度环、电流环)可以在𝑑𝑞轴旋转坐标系上实施。
在𝑑𝑞轴旋转坐标系上可以实现磁链(𝑑轴)和转矩(𝑞轴)的独立控制,这个过程可以极大地简化了控制器的设计。
另一方面,在硬件上,为了实现𝑑𝑞轴旋转坐标系上的空间矢量的输出,需要使用三相六桥逆变器和 SVPWM 调制技术。本质上,三相六桥逆变 器只有八个开关状态,即只实现了六个的非零空间矢量(𝑈1~𝑈6)和两个零矢量(𝑈0和𝑈7)、零矢量各自相隔 60°。
通过这六个空间矢量和两个零矢量的组合,可以合成 360 度、六边形范围内的任意空间矢量。FOC 合成的基本原理是等效原理,即:在高频的情况下,一段时间内,相邻两个矢量和零矢量各自导通一定的时间,可以等价于相邻电压矢量合成后的矢量在这段时间内的作用。这个合成计算的过程就称为是空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)。
FOC与SVPWM区别是什么?
要注意区分 FOC 和 SVPWM 的区别,一个是软件上的操作,另一个是硬件是具体实现。
FOC 可以理解为一种数学方法、思想,它把电压通过坐标变换形成空间矢量,分离出两个方向的控制量,即磁链(𝑑轴)和转矩(𝑞轴)。在控制算法中的体现就是,我们会建立 𝑑𝑞坐标系、𝛼𝛽坐标系。我们会把从物理世界得到的电流、电压信号进行 Clark 变换和 Park变换,以及相应的逆变换,这些操作都是为了把𝑎𝑏𝑐三相自然坐标系下的标量转换为空间矢量,然后对空间矢量进行处理和控制。
而 SVPWM 是 FOC 的一种具体实现方法。