FOC简介

八卦谈佚名 ▪ 2023-07-19 21:18:41

FOC是Field Oriented Control（磁场定向控制）的缩写，又叫矢量驱动，是一种控制无刷电机的方式。下面来简单介绍下它的工作原理和特点。

FOC通过正弦波模式控制三相无刷电机，正弦换向比梯形换向更复杂。在正弦换向中，所有三根导线均通过正弦电流持续供电，每相之间间隔120度。这会在电机内部产生一个旋转的南北磁场。

如果将磁铁放在该磁场内的转子上，其北极和南极将被拉向旋转磁场的南极和北极。假设旋转磁场暂停了片刻，我们可以看到相对于旋转磁场在不同角度位置上的拉力对磁体的影响。

当转子的磁体与定子磁场相距90度时，可以达到最大转矩。如果转子磁体与定子磁场对齐，则磁体会受到非常大的向外拉力，此时会消耗能量，但完全不会产生扭矩或旋转。所有其他方向都会产生一定量的非最佳扭矩。为了使转子最佳旋转，因此我们需要实时了解转子的角位置。然后在U V和W线上施加电压，始终让旋转磁场与定子磁场相隔90度。如下所示，如果我们测得转子为90度，则需要在定子中产生180度的磁场。正弦波图显示必须在U上施加完全负电压，在V和W上施加50％的正电压。

连续读取转子角度，相加90度，将结果转换成相应的U，V和W电压将使转子持续转动。但是这里会遇到一个小问题：磁场是由流过线圈的电流而不是电压产生的。在交流电路中，电流并不总是与电压同相。受线圈的电感，电机旋转产生的反电动势和其他因素的影响，电流将相对于电压的相位或多或少地发生变化，如下图所示。

如果电流变化如上图所示，则旋转磁场将不再与转子分开90度，而是大约70度。转子受到的拉力不是最大的。磁力的一部分将垂直拉动转子，从而产生扭矩，而另一部分将向外拉动转子。

由于磁场是线圈中流过的电流产生的，因此电流同样可以分解为引起垂直拉动的电流（称为正交电流Iq或转矩电流）和引起向外拉动的电流（称为直流电流Id或磁通电流）。磁场定向控制旨在测量这两个分量并调整电压相位，以使直流电流为零，而仅留下转矩电流。下图是典型的FOC控制原理图。在电机引线上检测到电流，此时电流为交流电。定子内部的磁场是三相旋转磁场，转子受到恒定的力，与旋转磁场以相同的速度旋转。 Clarke＆Park是数学处理，结合角度信息计算得到正交电流Iq和直流电流Id。Id和Iq是变化缓慢的直流分量，处理起来就非常方便简单。