基于FOC算法的PMSM控制策略研究
转子位置估算算法
永磁同步电机（PMSM）转子位置估算算法是控制系统中至关重要的一个环节，因为它直接影响到系统的稳定性和性能。
在实际应用中，常用的转子位置估算方法可以分为以下几类：
1. 基于基波模型和磁场定向控制（FOC）的方法：这种方法通过分析定子电流的基波分量，可以间接估算出转子位置。
首先需要通过反Park变换和反Clark变换将定子电流转换为dq轴电流，然后通过积分计算出dq轴电角度，最后根据电角度与转子位置角的关系求出转子位置。
2. 基于滑模观测器（Sliding Mode Observer, SMO）的方法：滑模观测器是一种非线性观测器，可以通过对定子电流和电压进行积分，估算出转子位置和速度。
这种方法具有较好的动态性能和鲁棒性，但对系统噪声敏感。
3. 基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter, EKF）的方法：扩展卡尔曼滤波是一种基于递推的估计方法，可以通过对系统模型和噪声协方差进行估计，实现对转子位置和速度的高精度估算。
这种方法具有较强的鲁棒性和抗噪声能力，但计算复杂度较高。
4. 基于高频信号注入的方法：这种方法通过在定子电流中注入一定频率的信号，然后检测转子位置敏感器输出的相位变化，从而估算出转子位置。
这种方法具有较好的实时性和准确性，但对硬件要求较高。
5. 基于单神经元自适应PID控制的方法：单神经元自适应PID控制器可以实现对转子位置和速度的自适应调节，从而实现对转子位置的估算。
这种方法具有较强的鲁棒性和自适应性，但计算复杂度较高。
PMSM无传感器FOC的单分流三相电流重构算法01299a_cn.
AN1299 结论本应用笔记阐述了单分流算法的优点、局限性和限制条件。
通过使用单分流电阻来检测流经直流母线的电流，单分流算法能够重构流经电机各相的电流。
为了获取蕴含在直流母线电流中的信息，使用了空间矢量调制方法。
SVM 产生一组采样时间窗口，在时间窗口中可以观察流经电机各相的电流。
在分流电阻真值表（表 1）中对这些时间窗口进行了划分和分组。
此真值表表明了分流电阻提供的信息与电子开关状态之间的关系。
但是，在某些 SVM 区域，要从直流母线电流获取期望信息是不可能的。
通过修改 SVM 开关模式可以克服这一局限性。
对这些模式进行修改，使得在每个 SVM 工作状态中从单分流电阻提取期望信息成为可能。
这些实际结果表明：单分流电阻方法提供了足够精确的信息，能够满足磁场定向控制的需求。
对提取的流经直流母线的电流进行重构，根据重构的信息，还可能获取诸如位置、转矩这样的电机信息。
参考文献本应用笔记参考了下列应用笔记，它们可从 Microchip 网站（）下载：•AN908 《使用 dsPIC30F 实现交流感应电机的矢量控制》（DS00908A_CN）• AN955 “VF Control of 3-Phase Induction Motor （DS00955） Using Space Vector Modulation” • AN1017 《使用 dsPIC30F DSC 实现 PMSM 电机的正弦驱动》（DS01017A_CN）• AN1078 《PMSM 电机的无传感器磁场定向控制》（DS01078A_CN） 2009 Microchip Technology Inc. DS01299A_CN 第 21 页AN1299 注： DS01299A_CN 第 22 页 2009 Microchip Technology Inc.请注意以下有关 Microchip 器件代码保护功能的要点：• • • Microchip 的产品均达到 Microchip 数据手册中所述的技术指标。
永磁同步电机控制策略研究及仿真
永磁同步电机控制策略研究及仿真一、本文概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度、良好的控制性能等特点，在工业、交通、家电等领域得到了广泛应用。
随着电力电子技术和控制理论的发展，对PMSM的控制策略的研究也日益深入，旨在实现电机的高性能、高效率和可靠性。
本文主要针对永磁同步电机的控制策略进行研究和仿真分析。
本文首先对永磁同步电机的基本原理和控制方法进行了综述，包括电机结构、运行原理、数学模型等，为后续控制策略的研究奠定了基础。
详细讨论了几种常见的PMSM控制策略，如矢量控制（Vector Control）、直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）、模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）等，分析了各种控制策略的优缺点及其适用场合。
接着，本文针对某特定应用背景，提出了一种改进的PMSM控制策略。
该策略在传统控制方法的基础上，引入了先进的控制算法和优化技术，旨在提高系统的动态性能、稳态性能和抗干扰能力。
本文还通过仿真实验，验证了所提控制策略的有效性和优越性。
二、永磁同步电机基本原理与特点永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）是一种利用永磁体作为磁场源，实现电能与机械能相互转换的装置。
其基本原理基于电磁感应和磁场相互作用，通过控制定子电流产生的磁场与转子永磁体磁场之间的相互作用，实现电机的旋转运动。
高效率：由于使用永磁体作为磁场源，无需额外的励磁电流，因此电机在运行时具有较低的损耗和较高的效率。
高功率密度：永磁体的使用使得电机能够在较小的体积内实现较高的功率输出，适用于需要紧凑设计的应用场景。
良好的调速性能：通过控制定子电流的频率和相位，可以实现对PMSM的精确速度控制，满足宽范围调速的需求。
低维护成本：永磁体通常具有较高的磁能积和稳定性，使得电机在运行过程中无需频繁更换磁极，降低了维护成本。
基于FOC算法的永磁同步电机控制器设计
基于FOC算法的永磁同步电机控制器设计基于FOC算法的永磁同步电机控制器设计摘要：随着科学技术的不断发展，对高效能、高精度的电机控制需求不断提高。
永磁同步电机作为一种高效能、高功率密度电机，在电动汽车、工业自动化等领域得到广泛应用。
该文基于FOC（Field Oriented Control）算法，针对永磁同步电机控制器的设计进行研究，旨在实现对永磁同步电机的精确控制及优化性能。
关键词：FOC算法；永磁同步电机；控制器设计；优化性能1 引言永磁同步电机具有高效能、高功率密度、高速运行等优点，已成为电动汽车、工业自动化等领域中的重要驱动装置。
为了实现对永磁同步电机的精确控制和提高其性能，控制器的设计至关重要。
本文将基于FOC算法进行永磁同步电机的控制器设计，通过准确的磁场定向和电流控制，实现对电机运行的精确控制，提高其效率和响应速度。
2 永磁同步电机及其控制原理永磁同步电机是一种将永磁体作为转子的电机，其转子磁场与定子磁场同步。
通过控制永磁同步电机的电流矢量，在恰当的磁场定向下，实现对电机的精确控制。
FOC算法是一种广泛应用于永磁同步电机控制的算法。
其核心思想是将电机空间矢量转换到独立的磁场定向轴（d轴）和瞬时反应轴（q轴）两个坐标系，通过控制d轴和q轴的电流，实现对电机转矩和磁场的独立控制。
通过测量电机的转子位置和转速，可以实时调整d轴和q轴的电流，使得控制器能够实现对永磁同步电机的精确控制。
3 永磁同步电机控制器设计为了实现FOC算法的永磁同步电机控制器，需要对其进行设计。
首先，需要进行电机的参数测量，包括电感、电阻等参数。
通过特定的实验方法，获得准确的电机参数。
然后，根据电机参数，设计合适的控制器参数。
在FOC算法中，d轴电流控制和q轴电流控制是核心。
通过合适的控制器参数的选择和调整，可以实现对d轴和q轴电流的精确控制。
常见的控制方式包括PI控制、模型预测控制等。
在设计控制器时，还需要考虑对电机的保护。
基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究
基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略研究摘要：随着现代工业的快速发展，对电机的精确控制需求越来越高，传统的感应电机通常需要使用位置传感器来获取电机的转子位置信息，但由于位置传感器成本较高且易受环境影响，因此研究无位置传感器的电机控制策略显得尤为重要。
本文针对永磁同步电机（PMSM）无位置传感器控制策略进行研究，提出了基于高频注入法的控制策略，并通过实验验证了该策略的有效性。
1.引言永磁同步电机作为一种具有高效率和高功率密度的电机，被广泛应用于伺服驱动和工业自动化领域。
然而，传统的PMSM控制通常需要使用位置传感器来获得转子位置信息，这不仅增加了系统成本，而且容易受到环境干扰。
因此，研究无位置传感器的PMSM控制策略对提高系统可靠性和降低成本具有重要意义。
2.基于高频注入法的PMSM无位置传感器控制策略高频注入法是一种通过在电机定子上注入高频信号来获得转子位置信息的方法。
传统的高频注入法基于转子磁阻调制的转移函数，然而，在PMSM控制中，这种方法难以实现。
因此，本文提出了一种改进的高频注入法，该方法基于电流误差最小化原理来估计转子位置。
3.控制策略设计首先，建立PMSM的数学模型，并基于电流误差最小化原理推导出位置估计公式。
然后，设计了控制器来实现位置估计和电流控制。
控制器分为两个部分：位置估计模块和电流控制模块。
位置估计模块通过高频注入法估计转子位置，而电流控制模块通过比例积分控制算法调节电流以实现期望转矩。
4.实验验证和结果分析通过搭建实验平台，采集电机的电流和位置信息，并与基于位置传感器的控制方法进行对比。
实验结果表明，基于高频注入法的无位置传感器控制策略能够实现较高的位置估计精度和稳定性，与传统的位置传感器控制方法相比，具有更好的性能。
5.性能评估和讨论本文通过对控制策略的性能进行评估和讨论，分析了高频注入法在PMSM无位置传感器控制中的优势和不足。
电励磁同步电机foc控制机电暂态建模
电励磁同步电机FOC控制机电暂态建模一、概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，电动汽车、风力发电和工业制造等领域对电励磁同步电机(以下简称PMSM)的需求日益增加。
PMSM在高效、高性能和高可靠性方面具有显著的优势，因此其控制技术也备受关注。
在PMSM的控制技术中，矢量控制技术(即FOC控制技术)是目前应用最广泛的一种控制技术。
FOC控制可以将PMSM的控制问题转化为直流电机的控制问题，从而简化了控制系统的设计和实现。
然而，在实际应用中，PMSM系统往往会遇到各种机电暂态问题，如起动、负载扰动和电网故障等。
这些机电暂态问题对PMSM的控制性能和系统稳定性都会产生影响。
对PMSM的机电暂态行为进行建模和分析，对于设计优化控制系统和提高PMSM系统的鲁棒性至关重要。
本文旨在探讨PMSM系统的FOC控制技术下的机电暂态建模问题，以期为PMSM系统的设计和控制提供理论参考和技术支持。
二、PMSM系统的FOC控制原理2.1 PMSM系统的数学模型PMSM系统的数学模型可以用如下的非线性状态方程表示：其中，x是PMSM系统的状态变量，u是PMSM的控制输入，y是PMSM的输出。
f和g是PMSM系统的非线性函数，描述了电机的物理特性和电磁特性。
2.2 FOC控制原理FOC控制技术主要分为两个部分：速度环和电流环。
速度环控制是通过调节转速指令和实际转速之间的误差来控制转速；电流环控制是通过调节给定电流和实际电流之间的误差来控制电流。
FOC控制技术的目标是使得PMSM系统的电流和转速能够快速、精确地跟踪给定值，并且能够对外部扰动做出鲁棒的响应。
三、PMSM系统的机电暂态建模3.1 机电暂态问题PMSM系统在实际应用中往往会遇到各种机电暂态问题，其中包括但不限于起动时的转矩脉动、负载扰动时的抗扰性能和电网故障时的系统稳定性。
这些机电暂态问题对PMSM系统的控制性能和稳定性都会产生影响。
3.2 机电暂态建模方法为了研究PMSM系统在机电暂态影响下的控制行为，需要对PMSM 系统的机电暂态行为进行建模。
PMSM电机控制
PWM2H
PWM3H PMSM
PWM2L
PWM3L
故障
<
Ia 电流 限制
Ib
2010 Microchip Technology Inc.
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AN1078
磁场定向控制
从不同的角度理解磁场定向控制
理解 FOC （有时称为矢量控制）如何工作的一种方法 是在头脑中设想参考坐标变换过程。如果从定子的角度 来设想交流电机的运行过程，则会看到在定子上施加了 一个正弦输入电流。该时变信号产生了旋转的磁通。转 子的速度是旋转磁通矢量的函数。 从静止的角度来看， 定子电流和旋转磁通矢量看似交流量。 现在，设想在电机内部，转子随着定子电流所产生的旋 转磁通矢量以相同的速度同步旋转。如果从这个角度观 察稳态条件下的电机，那么定子电流看似常量，且旋转 磁通矢量是静止的。 最终，希望控制定子电流来获得期望的转子电流（不可 直接测量得到）。 通过参考坐标变换，可使用标准控制 环，如同控制直流量一样实现对定子电流的控制。
已发表了一些基于 dsPIC DSC 电机控制系列的应用笔 记 （见 “参考文献”）。 这些应用笔记可从 Microchip 网站 （）获取。 本应用笔记说明了 dsPIC DSC 如何利用特别适合电机 控制的外设 （电机控制 PWM 和高速 ADC）来执行 PMSM 的无传感器磁场定向控制。 dsPIC DSC 的 DSP 引擎支持必要且快速的数学运算。
ห้องสมุดไป่ตู้
图 4：
系统概述
PWM1H PWM1L PWM2H PWM2L 3相 PMSM 3 相逆变器
dSPIC33FJ32MC204
PWM3H PWM3L
AN0 AN1 RB8
永磁同步电动机Foc闭环控制详解
永磁同步电动机FOC闭环控制详解一、概述在学习FOC控制前，我对于FOC控制完全不懂，只知道中文叫做磁场定向控制，因公司产品开发需要用到对永磁同步电机(PMSM)进行精确的位置控制，才开始从网上了解什么是FOC，有哪些数学公式，控制的过程是怎么样的，但由于公司没有人知道这一块的知识，所以只能一个人慢慢找资料学习，网上有不少关于FOC的资料，不过讲的都不全面，而且有的还会存在错误，但是不懂的时候也无法分辨对错，所以走了不少弯路。
所以将个人的学习心得记录于此，与大家分享，由于需要对电机进行位置控制，所以使用了14位分辨率的磁编码器。
二、电流环FOC主要是通过对电机电流的控制实现对电机转矩(电流)、速度、位置的控制。
通常是电流作为最内环，速度是中间环，位置作为最外环。
下图是电流环(最内环)的控制框图：在图1中，Iq_Ref是q轴(交轴)电流设定值，Id_Ref是d轴(直轴)电流设定值，关于交轴直轴不再介绍。
I a, I b, I c分别是A相、B相、C相的采样电流，是可以直接通过A/D采样得到的，通常直接采样其中两相，利用公式I a+I b+I c=0计算得到第三相，电角度θ可以通过实时读取磁编码器的值计算得到。
图1：电流环在得到三相电流和电角度后，即可以进行电流环的执行了：三相电流I a, I b, I c 经过Clark变换得到Iα, Iβ；然后经过Park变换得到I q, I d；然后分别与他们的设定值Iq_Ref, Id_Ref计算误差值；然后分别将q轴电流误差值代入q轴电流PI环计算得到V q，将d轴电流误差值代入d轴电流PI环计算得到V d；然后对V q, V d 进行反Park变换得到Vα, Vβ；然后经过SVPWM算法得到V a, V b, V c，最后输入到电机三相上。
这样就完成了一次电流环的控制。
三、转速环当对PMSM进行速度控制时，需要在电流环外面加一个速度环，控制框图如下：图2转速环在图2中，Speed_Ref是速度设定值，ω是电机的转速反馈，可以通过电机转子位置传感器（光电编码器）计算得到。
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基于FOC算法的PMSM控制策略研究
摘要：FOC--Field Oriental Control，即磁场定向控制（FOC），又称“矢量控制”，
本质上就是通过控制变频器的输出电压和频率，从而控制三相交流电机。
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，测控电机的定子电流
矢量，将三相交流电机作为直流电机进行控制。
同步旋转坐标轴选择电机一个旋
转磁场轴，磁场定向轴有三种选择：定子磁场定向、转子磁场定向、气隙磁场定向。
在磁链关系中，定子磁场定向和气隙磁场定向均存在耦合，矢量控制结构十
分复杂。
而参考直流电动机控制方式的转子磁场定向利用坐标变换，把交流电动
机的定子电流分解成磁场分量电流（等效于励磁电流）和转矩分量电流（等效于
负载电流），即磁通电流分量和转矩电流分量，两者完全解耦（无任何耦合关系），然后对它们分别进行控制，从而得到了等效于直流调速系统的动态性能。
关键词：FOC，坐标变换，解耦。
1 FOC算法概述
FOC控制技术在工控应用领域中效果非常好，尤其是电机控制。
国内FOC应
用只是初级阶段，落后国外一大截。
现在FOC发展前景很好，但是国内一些公司还没有研究透彻FOC算法的核心，而国外已经应用广泛且较为成熟，因此，FOC
算法控制技术在国内大有发展前景。
若使用正弦方法激励，使得所施加电流空间矢量与转子位置成正比，定子电
流与转子磁通耦合产生的电磁转矩使转子转动。
这里需要注意的是：需要定子电
流超前转子电流位置90度，这时候力矩最大，从而实现最优转矩，而力矩与电
流空间矢量成正比，最后得到的PMSM电气模型如下图所示：
硬件电路实现过程如下：
1、电流采样电阻（精密电阻）；
硬件上，正弦波FOC矢量控制器。
在PCB上必须采用精密电阻，大功率的PMSM控制器
一般采用专用电流HALL霍尔传感器。
2、MOSFET专用驱动IC
成本上讲，驱动MOSFET器件用的是分立器件，像二极管、三极管的开关速度及损耗等
硬件条件无法满足正弦波控制系统的设计理念，所以通常采用成熟的驱动集成芯片IC（像IR
的IR21xx系列），以此来驱动MOSFET。
3、MCU
若正弦波控制，则通常采用浮点运算速度相当快的DSP，比如28335之类；或者采用支
持FOC运算要求的专用ST芯片来满足大负荷、超速度运算。
采用正弦波FOC控制器的硬件
成本有点高，还有软件开发成本、生产成本、销售成本、售后维护成本等等。
软件程序实现过程如下，FOC算法软件流程图如下：
4 PMSM运行
PMSM的定子磁势可分解为两个分量，分别与转子磁场平行和与转子正交，只有正交
（交轴）磁场分量才能产生转矩，平行（直轴）磁场分量产生作用于轴的压力，而相电流产
生的定子磁场可以被测量。
方波电机相比正弦波出力大，因为方波电机的气隙磁场经过傅里
叶运算可分为基波和一系列谐波，方波电机的电磁转矩不仅由基波产生，同时也由谐波产生。
方波驱动的平均电磁转矩是正弦波驱动下的1.1倍，但实际应用下，纹波较大，方波驱动下
的电磁转矩纹波约为17%~20%，这个转矩波纹引起电动机的振动、杂音，机械磨耗也较大，
这就严重影响了控制器的性能。
然而，正弦波的转矩波纹一般能做到3%以下，对整个系统性能的影响较小。
SVPWM矢量驱动与SPWM正弦波驱动相比，SPWM的电源电压利用率最大只有85%，而SVPWM则可以达到100%，同时它们输出的波形差别也较大，总体来说，SVPWM控制精度较好。
5 结论
矢量控制技术在电机驱动的电动车之类的实际应用中需要解决两个关键问题：1、低速（0速启动）时的平稳启动；2、高速弱磁时的速度扩张，例如吊车能够做到在吊载大负荷货物时做到无抖动，随时停随时走，同时无滑轮，这就是典型的矢量控制在低速（0速启动）上的应用。
性能优良的FOC控制器和电机是集成了一个整体，需要知道电机的详细参数，才能做好高效率的控制软件算法。
而SPWM的正弦波控制器基本不需要知道电机参数，其适用性很强，适合各种复杂工况下的运行，但效率相比SVPWM就低了很多。
总体上来说，FOC 控制算法是目前发展的一个方向，有广阔的应用前景。
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作者简介：
沈佳，女，1991-01，汉，上海，硕士研究生，助理工程师，研究方向：电机控制与应用。