永磁同步電機控制太難？深入理解FOC是第一步

發(fā)布人：西莫電機論壇時間：2023-06-11 來源：工程師

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永磁同步電動機是由電勵磁三相同步電動機發(fā)展而來。它用永磁體代替了電勵磁系統(tǒng)，從而省去了勵磁線圈、集電環(huán)和電刷，而定子與電勵磁三相同步電動機基本相同，故稱為永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)。用于矢量控制的PMSM，要求其永磁勵磁磁場波形是正弦的，這也是PMSM的一個基本特征。

FOC——磁場定向控制（Field Oriented Control）通常稱為“矢量控制”，是通過控制變頻器輸出電壓的幅值和頻率控制三相交流電機的一種變頻驅動控制方法。通過測量和控制電機的定子電流矢量，根據(jù)磁場定向控制原理分別對電機的勵磁電流（Id）和轉矩電流（Iq）進行控制，從而將三相交流電機等效為直流電機控制。通過坐標變換，將三相靜止坐標系轉化為兩相旋轉的坐標系，從而使三相交流耦合的定子電流轉換為相互正交、獨立解耦的轉矩和勵磁分量，達到類似于他勵電機直接控制轉矩的目的。實現(xiàn)FOC的原理框圖如下：

FOC最主要就是通過控制電流和角度來實現(xiàn)，電流來自相電流采集之后的解耦，通常情況下，使用FOC控制方式的電流采樣大致有以下幾種：

1 三電阻采樣；2 雙電阻采樣；3 單電阻采樣；4 電流傳感器采樣；5 采集mos內阻Rdson電流采樣。實現(xiàn)帶霍爾FOC方案的另一個要素就是角度估算器（無霍爾時為角度觀測器），矢量控制需要連續(xù)的位置信號，需要對角度進行細分，如下圖所示：

每個60°電角度hall扇區(qū)角速度可以通過公式求出，在下一個hall的扇區(qū)，可以通過角速度對時間積分求得角度的變化，進而實現(xiàn)對位置和速度的估算。空間矢量調制（SVPWM）是現(xiàn)在比較常用的一種比較新穎的控制方法，是由三相功率逆變器的六個功率開關元件組成的特定開關模式產生的脈寬調制波，通過伏秒平衡的原理，控制定子磁鏈按照正弦變化，同時也能使輸出電流波形接近于理想的正弦波形。通過對采樣電流的處理和角度一起構成發(fā)波，可以基于SVPWM通過控制功率器件的開關，使輸出的波形接近正弦最終實現(xiàn)FOC方案。整體控制系統(tǒng)方案如下圖所示

基于大家對永磁同步電機控制在實際工作生活中應用實現(xiàn)的迫切需求，西莫特邀晟矽微電機控制團隊全新打造了“永磁電機控制原理及方案開發(fā)實踐”研修班：培訓從FOC到矢量控制原理講起，一步一步教大家深入理解FOC和SVPWM，通過詳細講解電流采樣和角度估算器等大家關心的內容，手把手教大家寫一套可以控制電動自行車的有霍爾FOC控制方案，真正的一套從0開始到完整實現(xiàn)正弦波控制的FOC方案。

歡迎對永磁電機控制有迫切學習需求的朋友掃碼報名，關于本次培訓的詳細情況介紹如下：

授課背景

本課程是專門針對電機控制軟件、硬件、測試、技術支持等相關人員量身打造的一款技術培訓課程。對于從事電機控制專用MCU芯片服務相關的人員有很大的幫助。本課程尤其適用于從事電動工具、電動自行車、風機控制、水泵控制、智能家居等行業(yè)的電機控制技術人員。

電機是工業(yè)和生活設施的主要動力，隨著電氣化和現(xiàn)代社會自動化程度的發(fā)展，電機的作用越來越大，電機行業(yè)永遠是一個朝陽的產業(yè)，社會自動化程度越高，人類會變得越懶惰，越是需要電機來解放人類的體力勞動，電機拖動系統(tǒng)應運而生。電機拖動在我們的生活中無處不在，小到我們常用的剃須刀、筋膜槍、智能門鎖；大到冰箱壓縮機、洗衣機電機、電動汽車等。電機拖動絕不僅僅是轉起來而已，我們需要的是更高效率高能量轉換率的電機控制方案。

隨著社會智能化的加速，隨著智能家居萬物互聯(lián)的逐漸興起，電機拖動已經越來越多地覆蓋在我們生活的周圍。社會對電機控制的專業(yè)人才需求也越來越旺盛。目前社會上電機控制專業(yè)人才整體還是體現(xiàn)出理論知識薄弱、實操能力弱、不會分析具體問題等特點。究其原因，主要是以下幾點：一是電機學課程比較枯燥乏味，需要比較深的數(shù)學理論功底，課程缺乏趣味性，導致高校學生不喜歡選擇這門課程；二是在學校里雖然有理論課程支撐，但是實際的電機控制方案需要更多的是理論聯(lián)系實際，需要很強的實操能力，僅憑學校里面學的仿真不足以真實地反映出實際的電機使用工況；三是電機控制需要比較強的綜合知識能力，對于電力電子器件需要有一定的知識積累，電機控制，并不是軟件會編程就可以，一個好的電機控制工程師是需要軟硬件結合，整體考慮去解決實際問題，對于很多由于電力電子器件及電機本身的感性負載特性帶來的一些問題，可以精準的定位到問題所在并且解決它。

因此，許多電氣電子專業(yè)的畢業(yè)生和一些剛加入到電機控制行業(yè)的專業(yè)技術人員急需找到一個可以讓他們入門并且看到未來的課程，一個既有理論知識，又有實際軟件編程教學，又有實際硬件設計教學，還有軟件修改項會帶來哪些變化并且可以用示波器觀察講解這樣的一門課程。這門課程既可以讓他們快速提升專業(yè)理論知識又能短期掌握實操技能，本課程正是基于這些需求精心策劃開發(fā)出的一款培訓課程。

課程簡介

課程內容由兩大板塊組成，每個板塊都有理論知識、硬件設計要點、軟件實現(xiàn)詳解、參數(shù)修改要點及實際操作波形觀察講解幾個小部分：

永磁直流無刷電機方波控制部分，從永磁直流無刷電機原理出發(fā)，詳細講解永磁直流無刷電機運行原理和換相分析，針對有霍爾和無霍爾兩種控制方案，從硬件設計及霍爾原件開始講起，重點講解如何深入實現(xiàn)有霍爾方波和無霍爾方波兩種方案，從寄存器配置到算法實現(xiàn)的過程，以實際的槍鉆方案為例，讓大家更能從實際量產的方案中感受永磁直流無刷電機控制的魅力。
永磁同步電機正弦波控制部分，從FOC到矢量控制原理講起，一步一步教大家理解FOC和SVPWM，電流采樣和角度估算部分會是大家十分感興趣的點，手把手教大家寫一套可以控制電動自行車的帶霍爾傳感器的FOC控制方案，真正的一套從0開始到完整實現(xiàn)正弦波控制的FOC方案。

課程集電機學原理及電力電子技術相關課程于一身，力求由淺入深，降低基礎門檻；****，講解通俗易懂；既注重基礎理論又兼顧實戰(zhàn)操作，既有理論推演又有實戰(zhàn)案例，既顧及新手上路又關注能力提高。

授課老師

叢鳳龍，碩士研究生，目前就職于上海晟矽微電子股份有限公司，電機產品線總監(jiān)職位。從事電機控制十余年，在行業(yè)內有較高的專業(yè)威望和學術造詣，理論基礎扎實，參與主導完成過電動自行車控制器、電動工具控制器、風機類控制器等方案的開發(fā)，量產經驗豐富。擁有多項電機控制算法的發(fā)明專利及多項控制器的實用新型專利。

金福彪，上海晟矽微電子股份有限公司高級電機控制工程師。有十多年的電機控制算法及電機應用工作經驗，長期從事直流無刷電機無感算法研究開發(fā)工作，尤其對于重載啟動、低速大負載運行、超高速電機運行有深入研究，控制器方案在電動、園林、風機等市場廣泛應用。

付元民，上海晟矽微電子股份有限公司高級電機控制工程師。有十多年的電機控制算法及電機應用工作經驗，一直深耕于電動自行車控制方案開發(fā)領域，對于有霍爾傳感器的FOC控制方式有深入研究，對于角度估算、電流精準采樣、死區(qū)補償?shù)扔猩羁痰睦斫?，控制器方案在電動自行車、園林工具領域得到廣泛應用。

本課程凝聚了各位老師多年豐富的工作經驗和科研成果，相信通過本課程短期的培訓，必將使您收獲滿滿，飛躍長進。

授課對象

◆ 電機控制行業(yè)軟件工程師、硬件工程師、測試工程師、技術支持工程師、服務工程師、銷售工程師、項目經理等；◆ 新入職或即將入職的大學生、研究生；◆ 非電機專業(yè)有專業(yè)拓展意向或轉行電機控制的專業(yè)技術人員。

課程收獲

通過本課程的學習，可迅速使自己電機控制專業(yè)理論和實際操作技能得到跨越式提高；對行業(yè)新手，可快速入門進入工程技術人員角色，勝任簡單的電機控制技術工作，熟悉相關軟硬件的設計流程。

課程大綱

可能視報名學員所在領域和工作崗位不同授課內容有少許增減，以現(xiàn)場授課內容為準；也歡迎大家在預報名填表的時候提出您的需求和建議。每天課程結束之前安排互動交流環(huán)節(jié)，現(xiàn)場答疑和交流。