直流无刷电机控制电流的FOC矢量控制算法

　　最近做完了一个直流无刷电机的电机调速项目，查阅了各种大神所写的博客和论文，在这里我只做一下小小的总结；
　　FOC（Filed Oriented Control）是采用数学方法实现三相马达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IdId 。之后我将详细介绍一下这个算法的数学原理和一些自己的理解。
　　FOC矢量控制总体算法简述
　　输入：位置信息，两相采样电流值，（3相电流、电机位置或者电机速度）
　　输出：三相PWM波
　　所需硬件：两个ADC，一个光电或磁编码器，主控，依据电压等级的不同有mosfet或者IGBT或者SiC功率模块组成的三个半桥
　　FOC算法在本质上就是一些线性代数中的矩阵变换，我在这里讲述的是有传感器的FOC算法，转子的位置信息是通过绝对式磁编码器反馈的，直接是数字量。
　　首先是通过ADC采样得到电机的ia，ibia，ib ，调节的目标是根据在足够宽的速度范围内平稳启动和运行。可以采用专家PID算法；
　　5、位置环调节，输出为速度，调节目标，从一个位置快速的到达另一个位置来回跑，停止静差足够小，速度增减足够快，即瞬时速度大且需要合理的根据位置路径的长度规划一个速度曲线。
　　注意：如果要达到较高的速度精度，可能需要针对不同的速度值设置不同的速度PID参数，且需要进一步实时的调节观测器、PLL及速度PID参数。
　　其他的一些知识总结：
　　FOC与DTC控制区别
　　FOC（电机矢量控制）要求严格的转子磁场定向，对于BLDC电机而言转子磁场方向始终与转子位置一致，因此其控制输入需要准确的转子绝对位置信号
　　DTC（直接转矩控制）实际上与基于定子磁场定向，而定子磁场则是依据电压积分估算获得，在这个过程中跟转子位置没有关系，其控制过程中用到的量也都是静止坐标系下的量，因此DTC控制相比于FOC控制要简单很多，完全不需要求解三角函数、坐标变换，如果需要用DTC进行速度闭环则需要测量电机的速度，但是依然不需要准确的绝对位置。
　　总结下来，从硬件的角度DTC相比于FOC可以省略一个位置传感器！当然，现在有很多改进的DTC算法需要用到电机的绝对位置。
　　但是在电机控制中，无论是DTC控制还是FOC控制，最后倒要基于PID调节实现稳定控制。
　　市场上电调分类
　　1、FOC电调：矢量控制，效率高，转矩脉动小，电机噪音小，减速制动快
　　2、普通电调：六步换向控制，方波驱动
　　STM32有BLDC开发套件
　　BLDC电机控制算法：
　　PID控制，专家PID控制，模糊PID控制，神经PID控制，基于遗传算法整定的PID控制，鲁棒控制，滑膜控制等；
　　电机方面的知识：
　　1、根据《无刷电机控制系统》中所讲述：目前国内外对无刷直流电机的定义一般有两种：一种定义认为只有梯形波/方波无刷直流电机才可以称为无刷直流电机，而正弦波无刷电机则被称为永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）；另一种定义认为梯形波/方波无刷电机和正弦波无刷电机都是直流无刷电机。
　　2、直流电机的调速是用直流电压来控制，电压越高，转的越快，不过单片机并不能输出可调的直流电压，于是只好变通采用PWM的方式来控制电机的输入电压。PWM占空比越高，等效电压就越高，当然单片机给出的PWM波形只是控制信号，而且最高电压只有5V，其能量并不足以驱动无刷直流电机，所以必须要再接一个功率管来驱动电机，功率管可以是MOSFET（场效应管），也可以是IGBT（绝缘栅双极晶体管）。
　　3、一般而言，电机的绕组数量都和永磁极的数量是不一致的（比如用9绕组6极，而不是6绕组6极），这是为了防止定子的磁极与转子的磁钢相互吸引对其，产生类似于步进电机的效果，此种情况下转矩会产生很大的波动。
　　4、外转子无刷直流电机比内转子电机要慢，但是力矩更大，例如四旋翼等可以不通过减速器直接驱动螺旋桨旋转。
　　5、无刷直流电机KV值定义为：转速/V，意思是输入电压每增加1V，BLDC电机空转转速增加的转速值。同系列同外形尺寸的无刷电机，根据绕线匝数的多少，会表现出不同的KV特性。绕线匝数多的，KV低，最高输出电流小，扭力大；绕线匝数少的，KV高，最高输出电流大，扭力小；
　　自己的一些经验：
　　1、计算角度信息一定要用电角度，而不能直接计算
　　2、电机的最高转速与电流和编码器采样频率也有一定关系。