无刷电机FOC控制（自己的理解，不一定正确，仅供参考）_直流减速电机力矩环

无刷电机

概念辨析

无刷直流电机

无刷减速电机

直流无刷减速电机

1.减速：减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机。

2.无刷：无刷是直流电机的一个种类（直流电机分无刷和有刷）。常用的是有刷，无刷和有刷区别自行百度。

3.直流：电机在直流电下工作，与异步电机、同步电机在交流电下工作形成对比

4.电机：电机这个词本身指的是电动机、发动机和原动机等“动力设备”，不是单指电动机。生活中，我们所谓的电机绝大部分指的就是电动机。

5.马达：电机和马达是一个东西，马达是俗称

入门

​ 直接从应用开始，我们在某宝上买来的无刷电机，怎么用呢，从这里开始介绍，设计的原理会在后面介绍

​ 图源于某宝

​ 首先介绍五线控制方法

​ 红黑：用于供电，不必多说

​ 白色：CW/CCW是双脉冲工作方式，是用于电机驱动的；CW为正转脉冲信号,CCW为反转脉冲信号,通常都是差分方式输出,两信号相位差90度,根据相位超前或滞后来决定旋转方向，脉冲数决定电机转动角度。

​ 黄色：记录脉冲数，等会用于算电机的转动角度

​ 蓝色：脉宽调制也叫PWM；

大致有印象后，我们来介绍BLDC，BLDC可以被叫做无刷直流电机，方波和正弦波都是可以去驱动电机的，分别对应BLDC和PMSM（永磁同步电机）（控制PMSM电机就会用到把方波等效为带正弦波的操作）

接下来介绍如何征服这个电机，怎么让它让我们想要的方式旋转，就要引入控制算法，FOC

核心

当知道我们采用BLDC驱动电机后，介绍FOC算法，也可以叫磁场控制方法

FOC算法

这是一种驱动BLDC或PMSM电机的算法，能够精确控制电机，并且能够让电机在极低转速下保持力矩和稳定性

下面这个链接讲的很好

FOC算法入门详解 - 掘金 (juejin.cn)

FOC算法是基于位置传感器的测量去设定合适的电压

FOC控制中主要会用到三个PID环，电流环、速度环、位置环

电流反馈控制电流环（也可以叫力矩环），电流的大小与扭矩成正比 （电流可以直接控制力矩，如果用电压控制力矩，对于不同的电机，给相同的电压，产生的力矩不同）

扭矩控制电机的转速（速度环），用电流变换的频率来可换力的大小，从而控制电机的转速

电机转速控制电机位（可以叫角度环），控制速度的持续时间反应电机的位置

写代码进行的是对这三个环的控制

代码

理论结束了就是代码部分了

主要讲三个模块

​ 相电压计算算法（调制）: setPhaseVoltage() 这里用的是SPWM（想办法用方波去模拟正弦波）控制

​ 电机和传感器校准: initFOC()

​ 实时执行: loopFOC() 应该尽可能地快地去执行 频率最好＞1KHZ

准备工作

​ 1.准备好位置传感器、编码器、驱动器、电流检测（是驱动器的一个功能）

​ 2.开始配置无刷直流电机

无刷直流电机的配置

​ 基础配置

​ 1.首先确定电机的极对数（极对数就是电动机的磁极数，NS为一组，那个组数）

​ 2.连接传感器、驱动器、电流传感器（这个到时候英飞凌方案应该会给你配置好，这些就有点像".h"里面的东西）

​ 3.FOC力矩的控制需要正弦电流，所以我们用SPWM控制

​ 校准

​ 1.校准位置传感器、编码器、电机的相电阻（参考三相电的相）

​ 选择力矩模式

​ 选择FOC模式（具体方式见上面那张图）

电机控制

​ 参数设置

​ 1.三个环，力矩环、速度环、角度环（通常只需P控制），后面两个环有对应的PID参数

​ 其中后面两个环是传统的PID控制，第一个力矩环，因为涉及到电流的变化，所以用的是FOC算法

​ 其实后面两个环开环控制也可以

​ 那其实力矩环内也是有PID的，但我觉得FOC算法应该英飞凌方案会直接给你，里面的不用再写了，但其实也是可以去调的，主要是电流进行操作。

​

至此无刷电机的初始化结束

---

函数 loopFOC() 的行为直接取决于力矩控制模式。

如果是使用电压模式，它从传感器中获取当前的电机角度，转变为电角度并将q轴的Uq电压指令 motor.voltage_q 转换为适当的相位电压 ua, ub 和 uc ，把它们输出到电机上。

而如果它用于DC或FOC current模式，它还会读取电流传感器并运行闭环电流控制。

---

原本我们可能对编码器设置的是目标转速，而现在我们对于无刷电机设置的是目标电压，这个电压会反应电机转速

---

更新于2021年12月6日
1.无感无刷电机中的无感，这个“感”指霍尔元件（霍尔传感器），使用霍尔元件的目的是去获取位置（角度）信息，如果能有其他的方式，就可以不用霍尔元件。其他的方式例如：编码器、磁力传感器。
无感还可以指不需要编码器等额外的传感器
2.这篇文章很赞
稚晖君对FOC的文章

更新于2022年4月22日
智能车竞赛官方的无刷讲解
1.龙邱科技
龙邱十七届智能车无刷电机入门学习
2.逐飞科技
英飞凌BLDC驱动方案开源啦–逐飞科技
基于英飞凌MCU GTM模块的无刷电机驱动方案开源啦–逐飞科技