无感FOC风机控制硬件设计指南
无感FOC控制原理
无感FOC控制原理无感FOC（Field Oriented Control，磁场定向控制）是一种电机控制技术，用于精确控制交流电机的转矩和速度。
它通过将电机的磁场分解为直轴和交轴磁场，并独立控制它们的大小和相位，实现对电机的精确控制。
在无感FOC中，通过估计电机的转子位置和速度，可以将三相交流电机的电流转换为直轴（Id）和交轴（Iq）电流。
直轴电流产生直轴磁场，交轴电流产生交轴磁场。
根据电机的位置和速度，控制器可以调整直轴和交轴电流的大小和相位，以实现所需的转矩和速度控制。
具体来说，无感FOC的控制流程如下：1.位置和速度估计：通过使用传感器（例如编码器）或传感器融合算法，估计电机的转子位置和速度。
2.转矩控制：根据所需的转矩输出，计算直轴电流（Id）的参考值。
3.磁场定向：根据电机的位置和速度，计算交轴电流（Iq）的参考值，以实现所需的磁场方向。
4.电流控制：通过电流控制环路，将直轴和交轴电流的实际值调整为参考值。
5.逆变器控制：将控制后的直轴和交轴电流转换为逆变器的控制信号，以驱动电机。
通过以上控制流程，无感FOC可以实现对电机的精确控制。
它具有高效率、高动态响应和低噪声等优点，适用于需要精确控制的应用，如工业驱动、电动汽车和机器人等。
然而，无感FOC也存在一些挑战和限制。
例如，电机参数的精确测量和模型的准确性对控制性能至关重要。
此外，高频噪声和电机参数变化可能会导致控制器的不稳定性。
因此，在实际应用中，需要结合合适的传感器和控制算法，以提高控制性能和稳定性。
总之，无感FOC是一种先进的电机控制技术，通过磁场定向和电流控制实现对电机的精确控制。
它在工业驱动和电动汽车等领域有广泛应用前景，但也需要克服一些挑战和限制，以实现更高的控制性能和稳定性。
基于硬件FOC的无刷直流电机驱动器设计
基于硬件 FOC 的无刷直流电机驱动器设计邮编：114051摘要：随着科技水平的快速发展，对电机的控制要求越来越高，在工业上：电子装备过程中对电机的控制要求越来越高；在医疗领域中：远程控制手术、医护人员使用设备进行细微手术中对设备电机的精度要求越来越高。
并且目前电子数码消费品、工业控制、无人机、机械臂、云台、仿生机器人等设备的电机均需要高精度的闭环或者开环控制，以实现其精准化。
与有刷直流电机相比，无刷直流电机( brushless DC， BLDC) 用电子换向器取代了机械换向器，因此 BLDC 既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点，广泛应用于电子数码消费品、工业控制、医疗设备、家用电器等领域。
本课题所设计的FOC矢量控制可以使电机的运行更加平稳和高效。
本课题还对传统的电机驱动进行升级改造，并能够实现双路电机同步控制。
并且使用了Simulink电机环境配置软件，进行电路模拟仿真，提高模块的实用性和可行性。
本项目能够实现实物与模型的同步，先基于模型的仿真控制，再进行实物的设计与升级。
关键词：FOC；Simulink;同步控制引言：目前对于电机的控制主要是BLDC，BLDC的驱动控制的方式有方波驱动与正弦波驱动。
方波驱动控制简单，但会产生刺耳的噪音，在电机的低速状态下非常难控制; 尽管正弦波驱动能够做到平滑的换向，在低速状态也具有良好的控制效果，但在高速状态下，由于电流环必须跟踪频率不断升高的弦波信号，还要克服由于振幅和频率不断提高的电机反电动势，当达到控制器的极限带宽时，这种控制就失去了作用。
矢量控制( field oriented control，FOC) 既具有正弦波驱动的平滑控制，又解决了高速状态下失控的问题，并且由于其控制特点，能够使电机运行更加高效。
一、驱动器设计原理FOC实现了电流矢量的控制和机电定子磁场的矢量控制，转矩波动小、效率高、噪声小、动态响应快，FOC技术有低转速下控制，电机换向，力矩控制，我们通过利用硬件设计软件立创EDA设计FOC 控制电路，设计基于STM32F407VET6的电机驱动控制模块，通过简单的焊接，实现FOC的模型化，实现对无刷直流电机的精准化控制， BLDC 的驱动控制的方式有方波驱动与正弦波驱动。
无感FOC控制原理
－ 定子坐标系（静止）
― A－B－C坐标系（三相定子绕组、相差120度） ― α－β坐标系（直角坐标系：α 轴与A轴重合、 β 轴超前α 轴90度）
－ 转子坐标系（旋转）
― d－q坐标系（d轴－转子磁极的轴线、q轴超前d轴90度 ） － 定向坐标系（旋转） ― M－T坐标系（ M轴固定在定向的磁链矢量上，T轴超前M轴90度 ）
ADC Channel 7
电流采样方式选择
比较内容 母线电阻 1 2 3 MCU运算开销 支持电机运行范围 硬件需求 大 大 1shunt+高带 宽运放 电流采样方式 双电阻 小 略低 2 shunt +普 通带宽轨到轨 双运放 一般 好 三电阻 中 大 3shunt +普通 带宽轨到轨四 运放 差 好
FOC的控制要素—母线电流还原相电流
母线电阻电流采样
通过直流母线侧一个电阻，实现一个周期内两相电流的测量，第三相电 流由 得到。 SVPWM开关 VS 直流母线电流
FOC的控制要素—相电流采样
单电阻ADC采样
SVPWM单直流母线电阻采样 CC83 ST信号用来硬件触发ADC
Power MOSFET
使用V0矢量
使用V7矢量
7段SVPWM、5段SVPWM端电压对比
7段SVPWM、5段SVPWM选择
比较内容
1 2 3 4 THD 开关损耗 功率开关 调制波形
SVPWM模式 7段SVPWM 较低，性能好 较高 多 连续 5段SVPWM 较高，性能差 减少1/3 少 不连续
5
母线电压利用率
一致
4 5
电路一致性 电流还原效果
好 略差
FOC的控制要素—闭环控制
无传感器FOC控制提高电器电机控制设计
无传感器FOC控制提高电器电机控制设计邮件群发对于大多数家用电器制造商，提高电器效率和降低可闻噪声是最优先考虑的事项。
通常，政府通过严格的法规来推动对效率的要求。
然后，有一些消费者会愿意引领潮流，以相对较高的价格购买“更绿色”的电器。
这驱使电器制造商研究相应的解决方案，解决效率和可闻噪声方面的问题，同时让增加的整体系统成本保持最低。
例如，电器制造商希望设计出可以快速响应速度变化(包括洗涤和甩干两个过程)的洗衣机。
一些高级电机控制技术，如磁场定向控制(FOC)，也称为矢量控制，有助于设计出更加安静节能的洗衣机。
洗衣机控制拓扑本文主要关注如何部署FOC来设计高效、安静的洗衣机。
通过分析洗衣机的构造，可以了解为什么需要高效的电机控制技术。
如图1所示，最新型的洗衣机带有一个滚筒单元，该结构由BLDC电机或PMSM电机、电机控制器电路板、带按键用户界面电路板和显示单元组成。
控制器电路板和用户界面电路板可以使用串行链路(如UART、SPI或专有串行协议)进行通信，用以设置所需的洗涤负载、漂洗速度，以及处理其他命令。
根据所接收到的命令，电机控制器电路板会调整电机速度和扭矩。
电机是洗衣机中最主要的用电部件，用电量可达总用电量的85%。
因此，对于PMSM控制的任何改进，都可以显著节省用电和成本。
为此，高效的电机控制对于设计更好的电器非常关键。
图1新型洗衣机的构造新型信号控制器促进电器设计半导体技术的发展促进了数字信号控制器(DSC)和功率电子开关的产生，它们可以用于设计变速电机。
实际上，得益于DSC高效而高成本效益的电机功率管理，电器不再需要局限于使用一些定制的硬件和控制技术。
例如，借助Microchip最新一代的dsPIC DSC系列，电器制造商现在可以设计出显著节省用电和成本的电机系统。
这是因为dsPIC DSC上包含专用于电机控制应用的外设。
这些外设包括电机控制脉宽调制(MCPWM)、高速ADC和可扩展闪存程序存储器。
基于无感FOC的一体式无刷电机控制驱动器的电路系统
基于无感FOC的一体式无刷电机控制驱动器的电路系统目录1. 内容概览 (3)2. 基于无感FOC的一体式无刷电机控制驱动器的技术原理 (4)2.1 FOC技术的原理 (5)2.2 无感FOC概念与应用 (6)2.3 驱动器电路的基本构成 (8)3. 电路系统设计与分析 (8)3.1 驱动器电路结构设计 (10)3.1.1 功率模块的选择与配置 (12)3.1.2 传感器与反馈系统的设计 (14)3.2 无感FOC控制算法的实现 (15)3.2.1 转矩控制方法 (16)3.2.2 速度控制策略 (18)3.2.3 位置反馈与准确控制 (19)3.3 电路系统的仿真与验证 (21)3.3.1 仿真模型的建立 (22)3.3.2 仿真结果分析 (23)3.3.3 实际应用中的考量 (25)4. 电路系统实现 (26)4.1 PCB布局与设计 (28)4.1.1 布局原则 (29)4.1.2 PCB布线技术 (31)4.2 物理结构设计 (33)4.2.1 壳体设计与材料选择 (34)4.2.2 散热系统设计 (35)4.3 调试与优化 (37)4.3.1 调试环境搭建 (39)4.3.2 系统调试流程 (40)4.3.3 性能优化措施 (41)5. 性能评估 (42)5.1 性能参数测试 (44)5.1.1 启动与停止性能 (45)5.1.2 速度与转矩性能 (46)5.1.3 精度与稳定性能 (47)5.2 可靠性与寿命测试 (48)5.2.1 高温与低温测试 (50)5.2.2 振动与冲击测试 (50)5.2.3 长期运行测试 (51)6. 应用案例与展望 (52)6.1 实际应用场景分析 (54)6.1.1 工业自动化 (55)6.1.2 机器人控制 (56)6.1.3 电动交通工具 (57)6.2 未来发展趋势 (59)6.2.1 技术进步与挑战 (60)6.2.2 智能控制与优化 (61)6.2.3 系统集成与扩展 (63)7. 结论与建议 (63)7.1 研究成果总结 (64)7.2 建议与展望 (65)1. 内容概览引言：随着现代电机技术的不断进步，无刷电机因其高效、稳定和节能的特点广泛应用于各种设备中。
无感FOC控制原理
无感FOC控制原理
FOC（Field-Oriented Control）即磁场定向控制，是一种电机矢量
控制方法。
它通过将三相交流电机的控制转化为两个独立轴的控制，分别
是磁场轴和扭矩轴，从而实现电机的高性能控制。
FOC的基本原理是将三相交流电机的磁场定向到一个轴上，再根据需
要的扭矩进行控制，从而实现电机的高效、精准控制。
FOC的控制过程主要包括四个步骤：磁场转换、磁场定向、电流控制
和速度/位置控制。
首先，在磁场转换阶段，三相交流电流经过变换，被转换到一个以磁
场轴为方向的直流电流上。
这一步骤是为了将三相交流电机的控制转化为
直流电机的控制。
然后，在磁场定向阶段，经过磁场转换后的直流电流被分解为两个分量，一个是磁场轴上的电流（Id），另一个是扭矩轴上的电流（Iq）。
磁
场轴的电流控制电机的磁通，扭矩轴的电流控制电机的转矩。
接下来，在电流控制阶段，通过对磁场轴和扭矩轴上的电流进行控制，来达到对电机磁通和转矩的控制。
通常采用PID控制算法来实现电流控制，根据反馈信号和期望值之间的差异来调节输出信号。
最后，在速度/位置控制阶段，根据需要对电机的速度或位置进行控制。
通常通过对电机角度或速度进行反馈，结合PID控制算法来实现。
FOC控制的优点在于能够实现高效、高精度的电机控制，具有较低的
谐波失真和较高的输出效率。
同时，FOC控制还可以实现电机的快速动态
响应和较低的转矩波动。
总的来说，FOC控制是一种能够实现电机高性能控制的方法，通过将电机的磁场定向到一个轴上，并根据需要控制扭矩和速度/位置，实现电机精准、高效的控制。
英飞凌推出基于XMC1300的无感FOC风机参考方案
集 成功 能 ， 在易 用性 方 面取得 了重 大进 步 ， 并 提供超
过２ ３ ０ 个 Ｌ ｏ ｇ ｉ Ｃ Ｏ Ｒ Ｅ Ｍ和 Ｓ Ｔ ｍａ ｒ ｔ Ｃ Ｏ Ｒ Ｅ Ｔ Ｍ Ｉ ｐ核 。 经 过此
次版本升级 ， 实现了产品设计和赛灵思 Ｉ Ｐ的系统级
协 同优 化 。 （ 来 自赛灵 思 ）
（ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ — ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ） ＤＳ Ｐ内核— — Ｃ Ｅ Ｖ Ａ— ＸＣ ４ ５ ０ ０
ห้องสมุดไป่ตู้
四核 ６ ４位 Ａ Ｒ Ｍ Ｃ ｏ ｒ ｔ ｅ ｘ － Ａ ５ ３
Ａ ｌ ｔ ｅ ｒ ａ 公 司 日前宣布其采用 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ １ ４ ｎ ｍ三栅极 工艺制造 的 Ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｘ １ ０ Ｓ ｏ Ｃ器件将具有高性能 四核
Ｄ Ｓ Ｐ 。Ｃ Ｅ Ｖ Ａ — Ｘ Ｃ ４ ５ ０ ０ 集成 了一系列特性 ， 即使在最
严 苛 的基 础 设施 应 用 中也 能 够 实 现 无 与伦 比 的性 能， 包 括 基 带专 用 指 令 集架 构 （ Ｉ Ｓ Ａ） ； 符合 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ要
求 的全部矢量元 素浮点支持 ，提供高达 ４ ０ Ｇ Ｆ Ｌ Ｏ Ｐ 性能 、 全 面的多内核支持 ； 一个完全缓冲的架构和硬 件管理 的一致性 。Ｃ Ｅ Ｖ Ａ — Ｘ Ｃ ４ ５ ０ ０ 还提供出色的电
3相永磁同步电机的无传感器磁场定向控制FOC
应用报告
ZHCA555 – July 2013
Bilal Akin and Manish Bhardwaj
摘要
这份应用报告提出了一个用 TMS320F2803x 微控制器来控制永磁同步电机 (PMSM) 的解决方案。 TMS320F2803x 器件是 C2000 微控制器的系列部件，此微控制器能够通过减少系统组件实现用于三相电机 的智能控制器的成本有效设计，并且提高了效率。 借助于这些器件，有可能实现诸如磁场定向控制 (FOC) 等更加精准的数字矢量控制算法。 本文档中讨论了这个算法的实现。 FOC 算法在很大速度范围内保持高 效，并且通过处理一个电机的动态模型来将具有瞬态相位的转矩变化考虑在内 解决方案提出的方法免除了对 相位电流传感器的需要，并且使用一个观察器来实现速度无传感器控制。
试验结果内容磁场定向控制focfoc的基本系统配置c2000控制器在数字电机控制dmc方面的优势ti文献和数字电机控制dmc硬件配置hvdcmcr11套件1810参考书目41图片列表针对交流电机的foc基本系统配置pmsm无传感器磁场定向控制的总体方框图1010一个1311系统软件流程图1412使用交流电源生成直流总线电源16c2000codecomposerstudiotexasinstrumentsallothertrademarksrespectiveownerszhca555july2013http
8
d，q 旋转基准框架内的电流、电压和转子磁通空间矢量以及它们与 a，b，c 和 (α，β) 静止基准框架的关
系.............................................................................................................................. 9
XMC1300无感FOC风机控制
Page 11
电流采样
单母线电阻
Power MOSFET
3 Phase PMSM
XMC1302
ADC Channel
低成本
3x, 6x, 12x
2013-07
Copyright © Infineon Technologies AG 2013. All rights reserved.
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电流采样
双桥臂电阻
采样时刻
Power MOSFET
S1 S3
tdt
t t
3 Phase PMSM
XMC1302
t
S5 t T0/4 T2/2 T1/2 T0/4 T0/4 T1/2 T2/2 T0/4
ADC Channel 6
ADC Channel 7
2013-07
Copyright © Infineon Technologies AG 2013. All rights reserved.
VSP
set date
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XMC1300无感FOC风机方案
软件模块 FOC计算 估算器 Total
16位数据格式，未使用Math协处理器
执行时间 约25us 约10.5us 35.5us
XMC1300无感FOC风机控制
直流无刷风机市场 英飞凌FOC控制方案介绍
相关评估套件
set date
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一个低成本的FOC控制方案
通常小体积封装的MCU有着成本较低的优势，被广泛用于BLDC电机的六步方波控制中，此类应用对MCU的各类资源要求较低，小体积封装的MCU往往能够胜任。
而基于FOC的PMSM电机开发中，对MCU的运算能力和ADC速度等各类资源有着较高的要求，大部分现有的小体积封装MCU无法满足此类需求。
沁恒微电子的青稞RISC-V处理器全栈MCU系列产品中，CH32V203F8和CH32V203G8两款小封装V203芯片的推出，能够满足上述需求。
以TSSOP20封装的CH32V203F8为例，系统主频最高可达144MHz，支持单周期乘法和硬件整数除法，硬件整数除法在9个指令周期内完成，有着远强于普通MCU的处理能力，完全能够快速处理FOC 控制的复杂运算；•内置64KB Flash和20KB RAM，完全能够满足绝大部分FOC控制所需的存储资源；•内置2个独立12位ADC，有着9路可配置采样通道，采样速度最高可达1M/S，能够完成FOC控制的高速采样要求；集成1路高级定时器接口，可用着电机控制输出；•内置1组8路通用DMA，可用着定时器和ADC协同工作，特别是用于单电阻方案中电流采样控制；•内置2个OPA，可用着电流放大和短路保护；•可选配置1路USB或SWD或IIC或UART接口，用于配合虚拟示波器进行波形观测、代码仿真或下载、外部数据交换等。
以CH32V203F8为控制MCU的单电阻无感方案硬件原理图如下：图1. 主控MCU图2. 预驱电路图3. 逆变器及母线电流采样电阻图4. 母线电流放大采样及过流保护如图4所示，母线电流经过差分放大电路放大后，可以直接通过所在运放输出脚的ADC采样，如PA4选择为OPA2的输出脚，也可以启用ADC4进行采样。
OPA1的输出脚，可配置内部直连高级定时器1的BKIN脚。
图5. 端电压检测如图5所示，利用ADC0、ADC1和ADC2三个通道对端电压进行采样，可以用于顺逆风启动时的位置判断，这三个引脚同时也是通用定时器2的捕获输入通道。
无感FOC风机控制硬件的设计指南
4 硬件设计——引脚分配
为确保能与“风机控制调试界面”配合使用，请设计时一定采用此引脚分配！
功能
PWM
硬件关断输入 驱动使能 电流采样
可调电位器输入 直流母线电压
反电势采样
PWMUH PWMUL PWMVH PWMVL PWMWH PWMWL
TRAP Enable
Idc Iu Iv Iw POT Vdc BEMFU BEMFV BEMFW
― 防反接 ― 高压小电流的防反接，可以用二极管。 ― 大电流的防反接，可以用P沟道MOSFET，典型电路如右图。这一环节会明显增加成本，所 以也经常省略。
― 滤波 ― 对于DC供电的场合，滤波电容的选择，主要考虑纹波电流、纹波电压、以及电源到功率板 的线缆情况（电感）。简化的选择依据是：在满足纹波电压的情况下，电容发热在允许范围 之内（纹波电流不至于让电容有过高的温升）。
― 为了防止误操作，一般加电源指示灯
4 硬件设计——功率板
辅助电源设计
― 对于低压直流供电的控制器，辅助电源可以采用线性电源（比如LM7815、LM317）等，以 简化电路、节省成本。
― 也可以采用DC/DC电源，以降低辅助电源的功耗。 常用方案有：LM2596，LM2576，LMZ12xxx，LM5007，TLE6365等。
国家对风机水泵产品的能耗要求逐步提高，促使风机水泵类制造企业，生产高效率 低能耗的电机和控制器。
2 风机分类——Ⅰ
按照工作原理划分 离心风机。气流轴向进入风机的叶轮后主要沿径向流动。这类风机根据离心 作用的原理制成，产品包括离心通风机、离心鼓风机和离心压缩机。
轴流风机。气流轴向进入风机的叶轮，近似地在圆柱形表面上沿轴线方向流 动。这类风机包括轴流通风机、轴流鼓风机和轴流压缩机。
无感FOC控制原理
d dt
s s
s s
Ls
0
0 Ls
is is
f f
f , f为转子磁链（旋转磁链），Ls is , Ls is 为电感电势
无感FOC的控制核心——转子位置估算
转子位置估算方式 角度位置、速度估算
―反正切法
―将计算得到的两相正交磁链直接反正切计算，得到转子角度 ―根据得到的角度，计算速度
扇区
空间矢量构成6个扇区
[100] [110] [010] [011] [001] [101] [100]
确定Vref位于哪个扇区，才能知道用哪对相邻的基本电压 空间矢量去合成Vref 。
S N S
N
[110]
[010]
[011]
[001]
N
S N
[010]
[101]
S N S
N
B CA
DF E
转子磁场定向控制－－ M-T坐标系与d-q坐标系重合
坐标变换过程
Park 逆变换
FOC的控制核心——SVPWM
FOC的控制核心——SVPWM
空间矢量
根据功率管的开关状态（上管导通是“1”，关闭是“0”）定义了8个 空间矢量。其中000和111是零矢量。
A
B
C
D
E
F
FOCI的U 控制核心IV——SVPWIW M
母V线W 电阻电流采样 SVPa WM开b 关 VS 直c 流母线电流 d
IDClink
T0/2
TU
T-W
VU
VV
VW
a
b
c
IDClink
T0 TPWM
d
t
t
e
f
gt
foc电压控制软硬件设计及动手实践
foc电压控制软硬件设计及动手实践以foc电压控制软硬件设计及动手实践为标题的文章引言：随着电力电子技术的不断发展，FOC（Field Oriented Control）电压控制技术在电机控制领域得到了广泛应用。
FOC电压控制通过对电机的转子位置和速度进行精确测量，并根据测量结果实时调整电压的大小和相位，以实现电机的高效、精确控制。
本文将介绍FOC 电压控制的软硬件设计内容，并通过动手实践来验证其性能。
一、FOC电压控制的原理和优势FOC电压控制是一种基于矢量控制理论的电机控制方法，它通过将三相交流电压分解为两个正交的磁场分量，分别控制电机的磁场定向和磁场强度，从而实现对电机的精确控制。
与传统的电压控制方法相比，FOC电压控制具有以下优势：1. 提高电机的效率和响应速度：FOC电压控制可以根据实时测量的电机转子位置和速度信息，动态调整电压的大小和相位，使电机在不同负载下始终工作在最佳点，从而提高电机的效率和响应速度。
2. 减小电机的转矩波动：FOC电压控制可以实时调整电压的大小和相位，使电机的磁场与转子磁场保持同步，减小电机的转矩波动，提高电机的转矩平滑性。
3. 提高电机的转矩输出：FOC电压控制可以根据实时测量的电机转子位置和速度信息，动态调整电压的大小和相位，使电机输出更大的转矩，提高电机的转矩输出能力。
二、FOC电压控制的软件设计FOC电压控制的软件设计主要包括以下几个方面：1. 电机模型建立：首先需要建立电机的数学模型，包括电机的电压方程、电流方程和转矩方程。
可以根据电机的参数和结构特点，通过数学推导和仿真实验来建立电机模型。
2. 转子位置和速度测量：为了实现FOC电压控制，需要实时测量电机的转子位置和速度。
常用的方法包括霍尔传感器、编码器和传感器融合等技术，可以根据具体应用需求选择适合的转子位置和速度测量方法。
3. 电流环控制：FOC电压控制需要实时测量电机的电流，并根据测量结果来调整电压的大小和相位。
FOC及无感控制的算法移植指南
FOC及无感控制的算法移植指南FOC及无感控制的算法移植指南1、下载正确的FOC源代码目前市面上主流的能驱动电机的MCU。
基本上都带有FOC库。
很多公司还提供可以用于修改的FOC源代码。
还有些甚至于提供了无位置算法的源代码。
可以下载到代码的有ST，TI，MICROCHIP，NXP，RENESAS等芯片公司。
直接到官网下载即可。
为保证代码的可行性，最好从官网下载代码。
不要从第三方下载。
避免产生不必要的调试过程。
2、找到与芯片的硬件初始化相关的代码。
ADC部分的初始化。
不同的芯片，ADC工作模式不同。
ADC的初始化方法以及数据采样方法不同。
ADC的采样，根据电路结构不同。
完全不同。
单电阻采样模式。
需要在一个三角波内，进行两次ADC采样。
而且软件还要特殊处理。
才能做到采集的数据。
这种方式下。
ADC需要有一个专用的定时器配合来实现ADC采样。
两电阻或电流传感器方式下，ADC有两种模式可以实现。
一种是在波峰或波谷的前后一点位置处，触发ADC采样。
另一种方式，就是在定时器的波峰或波谷中断进入后，第一时间进行ADC采样。
ST的ARM芯片CORTEX-M0系列，由于只有一组ADC单元，且ADC转换出来的结果只有一个缓冲区保证。
所以，数据采集通常采用DMA的方式。
将多个ADC采样到的数据缓存到一个ADC数组中。
如M3或M4等系列。
MCU有两组ADC单元。
可以一次性采样两个通道。
在波峰波谷中断的模式下，可以设成分时采样不同的通道。
也可以用DMA方式采样（ST的2个ADC 单元，输出结果地址是相连的。
且刚好组成了一个32位数，用DMA方式，可以一次将两个ADC单元的结果全部采样出来。
）RENESAS等芯片，ADC的输出结果是根据通道来设定的缓冲。
因此，只需要触发ADC 即可。
ADC转换后的数据，分开存放在不同的寄存器当中。
所以，这类芯片，可以省掉DMA 的操作方法。
定时器部分定时器根据电机的载频来设定。
生成三角波（递增计数到设定值以后，开始递减计数）。
基于磁链观测器的无感foc控制原理
基于磁链观测器的无感foc控制原理
无感foc控制是指通过基于磁链观测器的技术，实现对电机的准确控制，从而使电机运行更加平稳和高效。
这一技术的出现，极大地提升了电机控制的精度和稳定性，广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、家庭电器等。
基于磁链观测器的无感foc控制原理是通过电机内部的磁链观测器来获取电机的转子位置和磁链信息，然后将这些信息反馈给控制器，控制器根据这些信息来调节电机的电流，从而实现对电机的精确控制。
在无感foc控制中，磁链观测器是起到关键作用的部件。
它通过感应电机绕组中的磁场变化来测量电机的转子位置和磁链信息。
具体来说，磁链观测器由两个互相垂直的磁链观测线圈组成，分别测量电机的磁链在d轴和q轴方向上的分量。
通过对这两个分量的测量，可以确定电机的磁链方向和大小，从而实现对电机的无感控制。
在实际应用中，无感foc控制可以通过先进的数字信号处理技术来实现。
控制器通过对磁链观测器采集到的数据进行处理和分析，可以准确地计算出电机的转子位置和磁链信息。
然后，控制器根据电机的工作状态和控制要求，通过调节电机的电流来实现对电机的精确控制。
无感foc控制具有很高的精度和稳定性，可以实现对电机的平滑启
动、准确定位、高效运行等。
它不仅可以提高电机的性能和效率，还可以降低能源消耗和噪音产生，提升整个系统的可靠性和稳定性。
基于磁链观测器的无感foc控制原理是一种高精度和高效率的电机控制技术。
它通过磁链观测器获取电机的转子位置和磁链信息，并通过控制器对电机的电流进行调节，实现对电机的精确控制。
这一技术的应用广泛，对提升电机性能和系统稳定性有着重要作用。
无传感器PSMS马达FOC控制算法详解
is e s = T ω T ∝ is
v
电机
瞬时功率
− 转矩 x 转速 = 反电势 x 相电流
© 2008 Microchip Technology Incorporated. All Rights Reserved. 1258 FOC
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16
PMSM运行
转矩产生
考虑到F的方向，T=Fr sin θ
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13
PMSM特性
理想的反电势不含有谐波 使得音频噪声减少 更高的效率——减少了寄生能量， 这种能量可激发机械部件、导致其 处于不可控的状态
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1258 FOC
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1258 FOC
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PMSM特性
v ea eb ec
ωt
PMSM的反电势波形
具有正弦反电势波形的无刷电机 同步AC电机 BLAC PMSM
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课程安排
PMSM概述 PMSM的FOC控制 无传感器技术 DMCI介绍——一种有用的工具 演示1：整定PI参数 演示2：整定无传感器控制参数 回顾，答疑（Q&A）
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杭州领芯微电子永磁同步电机双电阻无感FOC调试手册说明书
电话：+86-571-86972723 传真：+86-571-86972723/ 邮编：310051永磁同步电机双电阻无感FOC调试手册电话：+86-571-86972723 传真：+86-571-86972723/ 邮编：3100511.概述1.1 芯片概述本调试手册介绍了应用LCM32F037 系列MCU的永磁同步电机（PMSM）双电阻矢量控制（FOC）基本原理和调试方法。
LCM32F037是一款32位基于ARM-Cortex-M0内核的高性能控制芯片，最高工作频率可达96 MHz，工作电压为1.8~5.5V；内置32K字节Flash Memory，4K字节SRAM；多达18通道的一个12位精度ADC；最多30个快速I/O端口；可配置6 通道增强型PWM 以及输出死区可控的互补型PWM；内置3个比较器；包含为永磁同步电机FOC控制设计的3个可调增益的运放以及1个反电动势采样电路。
目前已经应用于高速吸尘器、高速出风筒，各类风扇，水泵、油烟机等产品。
◆芯片特性：➢32位ARM Cortex-M0内核MCU；➢内置32K字节FLASH，4K字节SRAM；➢工作电压为1.8~5.5V；最高工作频率96MHz；➢内置高精度上电、掉电复位（POR_PDR）；➢内置低压检测电路（LVR），8个低压复位点：1.6V、1.8V、2.0V、2.5V、2.8V、3.0V、3.5V、4.0V；➢可编程电压监测器（LVD），8个电压监测点：2.0V、2.2V、2.4V、2.7V、2.9V、3.1V、3.6V、4.5V；➢内置2个LDO；➢内置4MHz~20MHz的高速晶振（OSCH），以及内置出厂校准过的16MHz RC振荡器（RCH，1%精度）；➢内置32KHz的低速晶振（OSCL），以及内置出厂校准过的24KHz RC振荡器（RCL，10%精度）；➢内置PLL，最高输出144MHz，抖动小于100ps；➢7个16位定时器；➢1个8位WT定时器；➢内置1个独立看门狗定时器（IWDG）、1个窗口看门狗定时器（WWDG）；➢内置1个24位自减型系统时基定时器；➢最多支持30个快速I/O端口；➢5个通信接口（2路UART接口，1路I2C接口，2路SPI通讯口）；电话：+86-571-86972723 传真：+86-571-86972723/ 邮编：310051➢内置3个轨到轨的模拟比较器（ACMP）；➢内置3个轨到轨的运算放大器（OPA）；➢内置2个10位D/A转换器；➢内置18通道的12位精度ADC，最高转换速率为1MSPS；➢内置一个反电动势采样电路（HALL_MID）；➢低功耗：休眠、停机、超低功耗停机；在配套的电机控制硬件开发板中，采用LCM2102、LCP2103或LCP7B32A 功率驱动芯片，用于驱动MOSFET。
无位置传感器BLDCM的FOC控制系统设计与实现
2、电流法：通过检测流过电机的电流大小和方向，结合电机的磁场情况， 来推断转子的位置。该方法在低速和静态情况下也能取得较好的效果，但需要对 电流进行精确检测和控制算法的实现要求较高。
3、磁阻法：利用磁阻变化与电机转子位置的关系，通过检测磁阻变化来推 断转子位置。该方法在低速和静态情况下具有较好的效果，但需要对磁阻进行精 确检测和控制算法的实现要求较高。
无位置传感器无刷直流电机的应 用前景
无位置传感器无刷直流电机在许多领域都具有广泛的应用前景。在工业领域， 无刷直流电机可用于各种自动化生产线、机器人、泵和风机等；在纺织领域，无 刷直流电机可用于织布机、抽纱机等；在交通领域，无刷直流电机可用于电动汽 车、电动自行车等。随着技术的不断发展，无位置传感器无刷直流电机将在更多 领域得到应用。
3、电路板的制作：根据控制策略，设计并制作相应的电路板。电路板应包 括电源模块、信号调理模块、DSP（Digital Signal Processor）模块和驱动模 块等。
4、人机交互设计：为了方便用户操作，还需设计相应的人机交互界面。界 面应包括电机转速、电流、电压等参数的显示，以及相应的控制按钮和调节旋钮。
无位置传感器BLDCM的FOC控制 系统设计与实现
01 引言
03 系统设计 05 参考内容
目录
02 研究现状 04 系统实现
引言
随着技术的不断发展，无位置传感器 BLDCM（Brushless Direct Current Motor）成为电机控制领域的研究热点。BLDCM是一种通过电子换向装置替代传统 机械换向装置的直流电机，具有高效率、高响应速度和长寿命等优点。然而，由 于缺乏机械位置传感器，如何准确控制 BLDCM的旋转位置成为一个技术难题。
3、磁阻法：利用磁阻变化与电机转子位置的关系，通过检测磁阻变化来推 断转子位置。
基于硬件FOC的无刷直流电机驱动器设计分析
基于硬件 FOC的无刷直流电机驱动器设计分析摘要：由于现阶段所应用到的无刷直流电机驱动器存在着一定的问题，难以形成较好的控制效果，在实际应用过程当中会造成不稳定的现象，基于种种问题严重影响到了其应用效果，基于此硬件矢量（FOC）无刷直流电机驱动器应运而生，其主要是以TMC4671芯片为控制核心，通过电流对电路当中的相电流进行实施跟踪采集，能够保障相对较好的应用效果。
关键词：矢量控制；无刷直流电机；电机驱动引言：相较于有刷直流电机而言，全新的无刷直流电机改变了以往的机械换向器应用效果，应用到更加智能化的电子换向器，不仅能够形成直流电机其所具有的有效调速功能，同时也能够相应的形成交流电机结构下的简单运维方式，在现阶段的社会当中应用于家用电器、电子等数码设备当中，并且应用到矢量控制效果能够形成更加良好的智能化控制效果，促使电机形成高效运行效果。
1 FOC工作原理基于传统的无刷直流电机BLDC运行过程当中会受到不同的两个力，促使电施加拉力，同时也会相应的产生在空间作机的转子在空间作用下形成平行电流ID形成的扭矩效果。
其中，电机的转动需要借助于扭矩效果，但用下的垂直电流IQ是相对的，拉力则阻碍了电机的正常运行。
因此对于矢量控制效果下的闭环电流进行控制，促使拉力为0，控制力矩始终为实际所需数值状态。
在FOC的核心理念下，对于电流的坐标进行调节，进而对扭矩与拉力进行控制，具体过程首先需要FOC确定电流矢量为三项定子电流，并计算出对应的矢量电压，结合差异性的坐标，在磁动势参数处于相一致的状态时，同时保障变换过程当中的功率始终保持不变状态，对Clark进行变换，进而将三坐标系转换成为两坐标系。
在此基础上对矢量电流进行控制，并将其确定为两项定子电流，同样计算对应矢量电压。
结合电机转子的实际运动方向，在变换Park的基础上，改变两坐标系的静置状态，形成旋转效果下的两坐标系。
FOC的变换就是借助于Clark以及Park的共同变换作用，将三相电流转换为电流ID 与IQ，基于这样的控制方式，能够对BLDC电机实施平滑控制效果，对电机其中的正弦波驱动进行控制，同时也能够避免电机驱动下由于速度过快造成的失控问题，形成更加高效的运行效果。
无感 永磁同步电机控制器 设计流程
无感永磁同步电机控制器设计流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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4 硬件设计——功率板
辅助电源设计
― 对于低压直流供电的控制器，辅助电源可以采用线性电源（比如LM7815、LM317）等，以 简化电路、节省成本。 ― 也可以采用DC/DC电源，以降低辅助电源的功耗。 常用方案有：LM2596，LM2576，LMZ12xxx，LM5007，TLE6365等。 ― 如果供电电压超过60V，则可以用隔离型的DC/DC提供辅助电源， 常用器件有：UCC2842/2843/2844/2845，TOPswitch系列，ICE系列（ICE2Axx65， ICE3Bxx65，ICE3AS03LJG等），NCP系列（NCP1050，NCP1200等）
无位置传感器 FOC 空间矢量脉宽调制（SVPWM） 单母线电阻，双/三桥臂电阻取样 运放 16KHz以上 9000转(4对极)
系统调试
功率等级 启动方式 保护措施
上位机软件
24V/100W 静止启动、顺转启动 过流、欠压、过压
4 硬件设计——硬件组成
无感FOC风机控制硬件由控制部分和功率部分组成。 本设计中控制部分和功率部分自成板卡，相互间通过排线连接。
POSIF电机位置接口：三相霍尔位置传感器 SPI通讯接口支持片外DAC扩展
通讯接口：RS-232
仿真调试接口：Cortex-Debug接口，JLINK-Debug接口 功率信号接口：提供PWM信号，并采集功率板状态
4 硬件设计——控制板
XMC1302的主要特性：
―
― AC220V供电的小功率电机控制，可以选择分 立的IGBT、MOSFET或者集成度较高的IPM
4 硬件设计——功率板
MOSFET选型
― 本控制器电压为24V（允许有一定电压波动），选择40V或55V/60V的MOSFET ― 为了避免采用散热器，选用内阻较小的MOSFET ― 综合考虑，参考设计中选用英飞凌BSC016N06NS ― 耐压60V ― 内阻 1.6 mohm
ARM Cortex M0，8-200K BYTES Flash,16K BYTES SRAM 支持THUMB指令，内嵌64M时钟MDU+CORDIC协处理器单元 灵活的ERU事件请求单元 PWM发生单元-CCU8
强大的运算能力 •32位Cortex-M0内核 •硬件除法、三角运算单元 16K SARM •用户程序运行，提升性能 灵活的PWM生成单元CCU8 •支持移相PWM（SVPWM) 12位、1.28M ADC，双采保 •两路电流同步采样 硬件比较器 •节省外围电路，位置检测 5V供电
4 硬件设计——控制板
仿真调试电路：XMC1302内置仿真调试电路，外围只需要一个简单的接口即可实 现仿真调试。
Cortex-Debug接口
JLINK-Debug接口
4 硬件设计——控制板
POSIF电机位置接口电路
Hall接口
4 硬件设计——控制板
控制板/功率板信号接口
预留HALL和SPI引脚分配，可选。
功能 HALLU HALL HALLV HALLW SPICS SPI SPICLK SPITX SPIRX 引脚分配 P1.2 P1.1 P1.0 P1.4 P2.0 P2.1 P0.15
4 硬件设计——控制板
控制板主要功能：
MCU：XMC1302-T038X0200
POSIF电机位置接口
UART/SPI通讯接口 ADC
•抗干扰性
-40℃ ～105℃ •应用领域
4 硬件设计——控制板
控制板电路设计：
电源电路
― ― ― ― XMC1302的外部供电电源范围为1.8~5.5V MCU的内核电压VDDC，由片上嵌入式稳压器产生 XMC1302的全速运行功耗~10mA(@VDDP=5V, fmclk=32MHz) 电源电路设计建议： ― 对于3.3V或5V供电的场合，可以直接供电 ― 对于高于5.5 V的场合，可以采用线性稳压器或LDO供电 ― UA78L05、LM1117、TLE42644G、LM317等 ― 因为电流较小，没有必要用DCDC，以控制成本 ― 在外设较少，且对模拟采样精度要求不高的场合，可以采用电阻串联稳压管的方式供电 （在特殊请下，可以使用） ― 稳压器后端的滤波电容选择：4.7uF或以上电容，并联0.1uF电容
4 硬件设计——功率板
参考设计中功率板电源电路
― 采用LM317，提供15V驱动电源; ― 采用78M05，提供5V电源，为MCU和运放电路供电
4 硬件设计——功率板
驱动部分
MOSFET选型
― 重点考虑以下因素
― ― ― 电压裕量：留有40%或以上裕量。比如24V的系统，用 55V/60V的MOSFET。60V的系统，用100V的MOSFET。 导通内阻： 内阻低发热小，便于控制器的热设计，但成本通 常较高。 电流裕量：正弦波峰值相比MOSFET的Inom，留出30%以 上裕量（同等温度下）。如果电机经常在低频运行，则电流 裕量需要更大。电流裕量主要作为参考，最终的选择依据， 是MOSFET及关联部分（比如PCB）不能过热。 封装形式： ― 封装形式影响安装方式和散热设计 ― 趋势是采用引线电感更低贴片封装（比如D2PAK，DPAK、 CanPAK、SuperSO8等封装） ― TO220等传统封装，因为安装固定较为繁琐，在小型风 机水泵控制器设计中较少采用 ― ― 供货情况 价格、性价比
― 推荐采用瓷片电容 ― 电容最小值应该满足LDO的容值和ESR要求
复位电路
― XMC1302的复位，包括主复位和系统复位
― 主复位包括：上电、欠压、软件主复位 ― 系统复位包括：软件复位、WDT、ECC校验等 ― 1302无需专门的复位电路（但可以根据电源供电的情况，设置上电复位的门限电压）
时钟电路
本文介绍如何设计一个基于英飞凌XMC1302的无感FOC风机电机控制器
风机：直流无刷电机（BLDC或者PMSM） 控制部分：英飞凌Cortex-M0内核的XMC1302，Sensorless FOC控制 功率部分：低压24V供电，功率100W
控制对象
小型（AC220V或低压直流供电）风机电机 小型风机电机在使用中，常有以下特点：
离心风机
轴流风机
回转风机
2 风机分类——Ⅱ
按照功率等级划分
大型风机：锅炉鼓风机、风力发电机
中型风机：矿井通风、工厂通风、大型空调压缩机
小型风机：家电（电风扇、空调、灶具）、电源设备散热风机
注：大型和中型风机主要由通用或专用变频器驱动，在此不做讨论。
锅炉鼓风机
矿井通风机
3 设计对象
― 如果考虑低成本，也可以选择内阻较大的BSC或DPAK封装的MOSFET
― IPD50N06S2L-13 ― BSC054N04NS G
4 硬件设计——功率板
驱动芯片选型 ― 考虑因素：
― 隔离驱动（光耦等）、还是用单电源的自举供电驱动。自举供电的驱动，成本会有明显节省。 ― 驱动电流大小：对于大电流MOSFET或者并联驱动的MOSFET，通常需要较大驱动电流的驱动 器。 ― 驱动芯片电压范围：有些驱动芯片（比如汽车级的驱动IC，如TLE6280等），可宽电压工作 （8~30V）。而有些驱动器，则电压范围有限。 ― 集成度：6ED003L06-F2和IR2136等，可全桥驱动，集成度较高。 ― 价格、供货。
20pin接口，它是控制板和功率板之间的桥梁，通过排线连接。 采集功率板电压、电流、指令等输入信号，经过控制板处理以后，将输出的PWM驱 动信号传送给功率板。
4 硬件设计——功率板
功率板主要功能：
电源输入，辅助电源产生 电机驱动电路：6ED003L06及外围电路 信号采集电路：三相电流、母线电压等 功率电源保护滤波 控制板/功率板信号接口 电源接口、电机三相线接口 其它：如电位器
P0.12
P0.11 P2.9 P2.11 P2.10 P2.3 P2.5 P2.4 P2.2 P2.6 P2.8
电流采样
可调电位器输入 直流母线电压 反电势采样
4 硬件设计——引脚分配
Debug和RS-232引脚分配
功能 Debug RS-232 SWDCLK SWDDATA TXD RXD 引脚分配 P0.15 P0.14 P0.7/P1.3 P0.6/P1.2
― 空间狭小，不方便安装位置/速度传感器（如空调压缩机） ― 成本要求苛刻，尽量不安装传感器（如抽油烟机） ― 对可靠性有一定要求，避免采用位置霍尔等易损传感器
无感FOC风机控制硬件的系统框图如下图所示：
4 硬件设计——主要功能
控制方式 调制方式 电流采样方式 电流放大电路 调制频率 最大转速
基于XMC1302的 无器FOC风机控制硬件设计指南
目录
背景意义
风机分类
设计对象
硬件设计
1 背景意义
风机水泵节能的意义
风机和水泵在国民经济各部门中应用的数量众多，分布面极广，耗电量巨大——全 国风机、水泵电机装机总容量约35,000MW，耗电量约占全国电力消耗总量的40 ％左右。 现有运行中的风机和水泵，采用变频器和节能控制的，只占一定比例，还有很大的 节能潜力（约300～500亿kW· h/年），等效为5个1000MW的大型火力发电厂的 年发电量。 根据《中华人民共和国实行能源效率标识的产品目录》，从空调等家电开始，对电 器设备逐步进行能耗识别，淘汰低能耗产品。比如：
― XMC1302采用内部振荡器，无需外部晶体或时钟电路
4 硬件设计——控制板
RS232通信电路
主要功能
― 修改BMI（Boot Mode Index—引导模式索引） ― 与“风机控制调试界面”通讯