FOC控制有哪些基本参数？分别有何含义

　　2 基本术语
　　
　　磁链：导电线圈或电流回路所链环的磁通量。
　　反电势：这是电磁感应现象，由楞次定理可知，当通过线圈的电流增加时，线圈中的感应电流的磁场会阻碍原本磁场磁通量的变化，这时线圈产生一个抵抗电流变化的电动势。
　　矢量控制原理
　　矢量控制实现的基本原理就是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制转矩的目的。具体是将电子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位。
　　2.1 物理基础
　　电机的控制基础就是物理中的磁力学的东西，通电线圈在磁场中相互影响的问题。电流流过电感，电感产生的电压降等于电感上的磁链变化速度，dψ/dt=L di/dt。给线圈通上电流，并且外部有变换的磁场通过线圈，那么此时的线圈就等效为线圈自身的电阻R、线圈自身的电感L和外部磁场产生的反向电动势E。
　　2.3 矢量
　　在FOC控制中，需要用到很多矢量的概念，而矢量的基本概念是指既有大小又有方向的量，即Z ⃗= a+bj，其中a为x轴坐标，b为y轴坐标。
　　矢量的加法是矢量的几何和，服从平行四边形原则。而减法需要换算成加法运算，Z ⃗与-（Z ） ⃗是模相等方向相反，互为逆矢量。而矢量的乘积就相对麻烦些，分为标量积（点乘）和矢量积（叉乘）。
　　I：标量积（点乘） A ⃗B ⃗=|A ⃗ ||B ⃗ |COSθ。
　　一矢量在另一矢量方向上的投影与另一矢量模的乘积，其结果是一标量。
　　II：矢量积（叉乘）
　　两矢量叉乘，结果为一新矢量，其大小为两个矢量组成的平行四边形面积，方向为该面积的法线方向，且三者符合右手螺旋定则。举个例子，磁生电，即T ⃗= 3/2 pψ ⃗ （i ） ⃗= 3/2* p*（ψdiq-ψqid），转矩方向与安培力方向相同，同时垂直于磁场与电流。
　　2.2 信号数字化处理
　　为保证数字化信号不丧失原信号的特性，采样过程必须满足香农采样定理，即采样频率应大于或等于模拟信号频谱中最高频率的2倍。
　　2.3 定标
　　数字控制软件中的数值主要分为定点数和浮点数，定点运算中的操作数均为整形数或纯小数，但实际运算中避免不了小数，为此需要采用整数定标来表示小数，通常采用Q值格式表示。可以看做为Qx.y格式，x为整数部分位数，y为小数部分位数。Q值运算也可以理解为是整数左移数个位而成。
　　对于格式为Qx的数，它的精度（即数值等于1时，表示的数的大小）为 。所以，Q8格式的精度为0.00390625，Q15格式的精度为0.000030517578125。
　　在进行加减运算时，要保证所有参加运算的数格式相同，运算结果的格式不变：
　　
　　乘法运算时，乘积的格式值等于乘数和被乘数的格式值的和，即：
　　
　　除法运算时，商的格式值等于被除数的格式值减去除数的格式值，即：
　　
　　那么怎么去定标呢，定标多少呢，这就要增加一个参数标幺的概念。标幺制是相对单位制而言的，表示各物理量及参数的相对值，具体关系为：标幺值 = 实际值 / 基准值。引入标幺化，那么定标值就与硬件紧密结合，那么物理量实际值和归一化的小数表示之间满足小数值 = 实际值 / 实际量化范围。
　　其中“小数值”是物理量的归一化小数表示，“实际值”是用物理量单位表示的物理量的实际值，“实际量化范围”是系统定义的用物理单位表示的物理量的最大值。举个例子，电机控制中的速度量，根据电机手册可以知道电机的最大转速Vmax（3500rpm），那这个Vmax就是实际量化范围，当我们计算出电机的瞬时实际转速的Vact（500rpm），那这个Vact就是实际值，那么小数值就是Vact/Vmax = 0.142857…。，加入我们定标为Q15格式，且定义程序中所有的速度变量都是Q15，并以Vmax为实际量化范围，那么程序中用于计算的qVact就是0.142857 * 32768。
　　2.3 电机分类
　　如今的电机种类主要有：直流电机、交流异步电机、无刷直流电机、永磁同步电机、开关磁阻电机和步进电机等。
　　直流电机：直流电机就是有刷电机，在定子上安装励磁绕组或者永磁体。转子上有多组绕组与机械换向器。电刷会通过机械换向器改变转子绕组内电流的方向，以保持转子磁场与定子磁场始终正交的关系。
　　交流电机：驱动电源是交流信号的电机统称为交流电机。种类繁多，按工作原理不同分为异步电机、同步电机、变磁阻电机。、
　　（1）同步电机，其中最熟悉的是无刷直流电机BLDC和永磁同步电机PMSM。实际应用中BLDC与PMSM的界限没有那么明确，有些BLDC的反电势介于梯形波和正弦波之间，也可以用PMSM的控制方法，所以很多电机既可以用电机控制也可以用FOC控制。
　　（2）异步电机，定转子之间通过电磁感应作用，在闭合的转子回路内产生感应电流以实现机电能量转换的装置。
　　（3）步进电机，得益于其较简易的多极对数机械结构，可以体现出小体积大力矩。通过交替施加适当方向的励磁电流到A相和B相绕组上，可使转子在任意方向上旋转指定的增量角度。
　　基础知识
　　2.4 PID
　　1，为什么电机控制中PID不用D相？
　　D项用来增强控制器对误差信号变化速率的相应速度。但是当系统误差变化越快时，控制器的D项将产生更大的控制输出，因为速度跟电流都无法突变，变化的响应时间相对较慢，如果使用D项，将的导致PWM占空比过度变化，将影响算法的运行，并产生过流等错误。
　　2，PI的P和I怎么调试？
　　PID 增益调节PID 控制器的 P 增益设定整个系统的响应。在初次对制器进行参数整定时，将 I 和 D 增益设置为 0。随后可增大 P 增益，直到系统能够很好地响应设定点的变化，不存在过大超调或振荡。 使用较小的 P 增益值可较“松”地控制系统，而较大的值则会较 “紧”地控制系统。此时，系统将有可能不收敛到设定点。选取了合适的 P 增益后，可缓慢地增加 I 增益以消除系统的误差。对多数系统而言，只需较小的 I 增益。如果I 增益取值过大，则可能会抵消 P 项的作用，减缓整个控制系统的响应，并使系统在设定点附近振荡。如果发生振荡，通过减小 I增益并增大 P增益通常可解决问题。本应用中包含了限制积分饱和的项，当积分误差使输出参数饱和时会产生积分饱和。此时，再增加积分误差将不会影响输出。当累积误差减小时，它必须减小 （下降）到导致输出饱和的值以下才能对输出产生影响。Kc系数用于限制这些不会影响输出的累积误差。对于大多数情况，该系数取值可与 Ki 相同
　　2.5 内嵌式和表贴式
　　主要有两种不同的永磁电机结构可供选择：
　　a） 如图 6（a）所示，磁铁粘在转子表面，这就是为什么它被称为表贴式永磁同步电机（SM-PMSM），这Ld = Lq其机械结构产生更广泛的气隙，又意味着弱磁能力更低。
　　b） 如图 6（b）和（C）所示，磁铁被嵌在转子结构。这种结构被称为嵌入式永磁同步电机（IPMSM）
　　
　　图 12 是电机在定向控制运行时（顺时针转动）局部截图;黄色的和红色的波形（C1，C2）分别代表观察到的反电动势α和β，蓝方波（C3）是安装在 a 轴上的霍尔传感器电池传来的信号，绿色正弦波是电流ai （C4）。
　　
　　2.6 BLDC与PMSM
　　
　　实际应用中BLDC与PMSM的界限没有那么明确，有些BLDC的反电势介于梯形波和正弦波之间，也可以用PMSM的控制方法，所以很多电机既可以用电机控制也可以用FOC控制。
　　BLDC的换流模式BLDC控制，大对数都是使用方波控制，方波控制有6钟调制方式。
　　
　　（1）pwm-on换相转矩脉动最小，非换向相电流脉动最小；
　　（2）on-pwm换相转矩脉动和非换相相电流均比pwm-on大；
　　（3）H_pwm-L_on下桥换相转矩脉动和电流脉动与on-pwm相等，上桥换相转矩脉动和电流脉动与pwm-on相等，且均较小；H_on-L_pwm与H_pwm-L_on正好相反；
　　（4）H_pwm-L_pwm换相转矩脉动最大，非换向相电流脉动也最大。
　　（5）功率管开通，转矩脉动相同；功率管关断，单侧调制转矩脉动大于双侧调制转矩脉动；
　　（6）单侧调制存在相见续流现象，换相时间长；双侧调制引入直流母线电压到续流回路，产生反电压，换相时间短；
　　（7）单侧调制较双侧调制损耗小。
　　2.7 直接转矩控制和矢量控制
　　直接转矩控制简称DTC，基本思想：选取定子磁链和电磁转矩为出发点进行双闭环控制，通过实时监测磁链的位置，经滞环比较器确定逆变器和开关状态，对电压输出信号控制，达到转矩直接控制的目的。
　　但是在FOC中， 为了控制定子电流矢量要进行定子电流的坐标变换， 这就增加了FOC实现的复杂性;同时要实现磁场定向， 这也给FOC的实现带来了困难;FOC中转矩调节器的时间常数使得FOC系统速度响较DTC系统慢。相对FOC系统而言， DTC系统对转矩的控制是通过从离线建立的电压空间矢量表里选择合适的逆变器开关电压矢量来直接控制的， 不需要坐标变换和磁场定向， 转矩调节器采用滞环比较器， 使转矩的控制更为直接， 提高了系统的快速响应能力，但是这些优点是以牺牲转矩控制精度为代价的。
　　DTC控制的流程：DTC首先对输出电压和输出电流进行检测，计算得到定子磁链，再将其与所得电流值结合计算出电机的瞬时转矩，根据alpha与beta轴定子磁链判断其所在扇区theta，再由速度检测器检测当前速度并进行反馈，经速度环控制器后得到转矩给定值，将转矩给定值与反馈转矩做差后通过滞环比较器得到转矩的控制信号T，定子磁链给定值与磁链的反馈值做差后经滞环比较器后得到相应的控制信号F，最后获得的三个控制信号T，F和theta经过开关表得到合适的开关状态，从而选出合适的空间电压矢量，进而实现控制逆变器驱动永磁同步电机。
　　ＤＴＣ跟ＦＯＣ小总结：
　　FOC是磁场定向控制，是将采集的电机三相电流量，通过坐标转化，得到励磁电流和转矩电流，即id和iq，然后通过传感器或者观测器算法得到转子电气角度θe，再通过坐标转换，得到Uα和Uβ，将两个电机传入SVPWM，计算输出的三相电压。而DTC直接转矩控制，就是直接控制转矩，但其实还是控制的定子磁链，通过计算出的瞬时转矩与给定转矩的处理，得到转矩控制信号T。定子磁链给定值与反馈值的处理得到控制信号F，Uα和Uβ得到扇区theta，T，F和theta经过开关表得到合适的开关状态，从而选出合适的空间电压矢量，进而实现控制逆变器驱动永磁同步电机。