电机 电控（电机控制foc）

让我们关注一件事：

如何将三相绕组变成我们想要的电磁铁！

也就是说它可以给出一个360任意方向的磁场矢量，而且我们还可以随意控制这个磁场矢量的大小！

我们先看一个简单的定子，假设它有三个齿和一个磁极，因为任何具有多个齿的定子都可以看作是n个三个齿的组合。图中共有三个绕组ABC，我们在上一节中已经说过，两个正交的绕组分别通电后，可以在xy坐标下形成任意方向的矢量。既然这里有三个绕组，如何实现这一点呢？

当然也可以分别给三个绕组供电。这是最简单的，因为用两个绕组就可以完成，更不用说三个绕组了。但实际情况是三个绕组分别供电，我们需要连接6根线。 A+和A-、B+和B-、C+和C-，需要控制每个绕组的磁力和大小（正负），需要一个H桥。这样，我们就需要3个H桥，这显然是非常大的。多么浪费啊！

H桥控制线圈如下：

图2

图中，中间有一个4mos的线圈。当A和B'导通时，线圈电流沿红色箭头方向。当B和A'导通时，线圈电流为蓝色方向。线圈通电。磁力方向和方向明显；当红色方向的电流发电时，改变A、B'同时导通的时间。其他时间，mos完全关断，从而可以调节线圈上加载直流电压的有效时间。这相当于在线圈上施加了一个小电压。例如A、B'导通一半通电时间，所有通电MOS关闭一半通电时间。这相当于向线圈施加0.5VDC。如果A和B'一直处于截止状态，相当于线圈上施加了一个小电压。开路时，相当于向线圈施加VDC。电压之所以可以等效，是因为线圈是电感。线圈上感受到的实际电压在VDC和0之间变化，但电流是连续的。是的，电流是连续的，线圈产生的磁场也是连续的（实际电流也有上升和下降，但如果电压变化很快，电感足够大，理论上电流也可以连续，如图以下）

图3

如图所示，电压均为50占空比，绿线和红线，对应的电流如下图黄线和红线。占空比相同的情况下，频率越高，电流波动的峰峰值越小（具体电流的高度不正确，只是提示一下）！

回到上面的ABC三相电气图，如果我们分别控制三个线圈，就需要3个H桥，但前人聪明得多。如果我们将图1 中的所有A-、B- 和C- 连接在一起，那么只控制A+、B+ 和C+ 怎么样？我们来做个假设。 A 被赋予高电平，A' 被赋予低电平。让这个控制的上面的mos导通，这个控制的下面的mos关断。然后A+将连接到DC+。B给低电平，B'设置为高电平，这样这里控制的上臂mos关闭，下臂mos打开。然后B+连接到DC-。和B一样，让C+接DC-；- -----------------方法一

图4

保持上面的连接，这样我们可以发现电流从A进入，从B、C流出，如图5、1所示。

图5

这样，橙色箭头的方向就与电磁铁形成的磁场方向一致。

但这里我们把橙色箭头称为电压矢量的方向，因为这里我们加载的是电压方向，A指向B和C。由于是稳态，电流方向也是这个方向，所以磁场与橙色箭头一致。是的，

如果橙色电压方向旋转，一般来说，磁场方向滞后于箭头方向（不是90）。

由于定子是电感电阻模型，我们知道在纯电感中，电流滞后电压90。因为有电阻，实际上有转子永磁体反电动势，所以滞后角取决于你的电流大小和频率。关系，但如果我们知道它是滞后的，那就太好了；

知道了上面的关系，这里就严谨一点吧。本章我们说的这个控制不是控制电磁铁产生360任意方向的磁场，而是控制电磁铁上加载的电压矢量为360任意方向，同时控制该电压矢量的大小，

电压矢量的方向和大小可以任意控制。我相信电流矢量的方向和大小也是可以任意控制的。我们首先研究任意控制电压矢量的方向和大小；

这样，我们回到图5，重复图5中的操作1。我们可以复制操作2、3、4、5、6。这些操作就是重复图4中的方法1，只不过改变了方式mos管已连接。上下关系，这样我们就得到了6个状态，我在图5中标注了。如果你仔细观察，你会发现这6个状态的方向相差60。如果我们按照开机顺序，4、3、2、1、6、5、4这样移动，看看是否出现旋转电压矢量！

图6

没错，这是我们的六个旋转电压矢量。这也是感官方波中常用的技巧。

简单的描述就是在6个方向上连续给出这样的开启序列。如果它检测到电机转子的d轴（d轴在电气控制简介1中有解释）在0度，它会给出120的电压矢量，当转子的d轴达到60，就会给出180的电压矢量，从而逐步控制电机旋转，也就是我们常说的6步换向。

六步换向也可以控制该电压矢量的幅度。它控制幅度的方式就是图4中的方法一，B、C连接的下臂mos被控制为导通，但是A连接的上臂mos一直导通。开关管，当A连接的上臂mos关断时，A与DC+断开，DC+-电压无法加到ABC上，处于高阻状态。只有当A连接的上臂mos导通时，DC+-才能加载到ABC上，这样通过控制开关管的占空比，就可以控制电压矢量的动作时间。从微观上看，就是存在-不存在-存在-不存在-存在这样夹在一起的。控制有或无的时间比例就可以控制电压矢量的等效幅度。简单来说，就是当插入断路时，进入路径序列； （实际断路时序见图4，A相上臂MOS管和下臂MOS管均截止，但A相仍有电流，电流从哪里进入A相？电流流向从下到上从连接A相的半桥下臂MOS管的体二极管开始，即俗称续流）------------------ ----方法二

还有一件事，这里我们讲一下等效电压矢量幅度。为什么是等价的？因为在电感模型中，电压可以突变，但电流不能突变。如果你拿一个示波器，夹在A相和星形触点之间，观察A相的分压，你会发现这个分压就是有无的节奏。但如果你用A相电流钳看电流，你会发现电流一直都在，只是有一点波动。三角锯齿波形状的波动。开关频率越高，电流波形的频率越高，波动幅度越低，越接近直流。电流是连续的，所以我们这里说电压是等效的，这也是基于伏秒原理。原因；

这里我们要使用的是svpwm，这会更有趣。它有什么有趣的地方呢？

1.svpwm意味着我们要摆脱这有限的6个方向，我们要创建无限连续的方向来填充360。

2、svpwm通过插入有源短路的零矢量动作时间来调整电压矢量的等效幅值，而不是开路；

主动短路的零向量是方法二中A相上臂MOS闭合，下臂MOS也闭合，A相下臂MOS断开； B、C相下臂MOS也开路。想想会出现什么问题。一定没有问题。原来是第二种方法，想要关闭A相的上臂mos，本来关闭A相的下臂mos，但是这个下臂mos不达标，还有反骨体内（图4）。该二极管为您导电。既然如此，我何不主动打开你小臂上的mos呢？一旦打开，A、B、C的下臂mos全部打开，上臂mos完全闭合。这就是我们所说的零向量。

爱思考的同学想问，为什么A、B、C的上臂mos不能开启，下臂mos不能关闭呢？

当然，聪明的你已经捕捉到了另一个零向量，

有了这2个零向量，再加上6个不同方向的电压向量，你就找到了总共8个可控的上电时序。这8个上电时序，有机地组合在一起，就会形成美妙的svpwm；

我们提到了8 种开机时序。让我们为半桥的每个阶段制定一个规则。什么是半桥？图4中的两个mos A和A'称为A相半桥。当上臂上的mos导通，下臂上的mos截止时，我们记录为1。当上臂上的mos截止，下臂上的mos导通时，我们记录为0。

有没有上下臂的mos同时导通的情况？不可以，这样会造成短路；

有没有上下臂mos同时关断的情况？ svpwm中，除了上臂MOS管闭合而下臂MOS管不开路，或者下臂MOS管闭合而上臂MOS管不开路外，其他情况都没有死区，但是它存在于六步方波中！

我们简称为上臂MOS管为上管，下臂MOS管为下管。共有A、B、C 三个阶段。每个阶段有两种可能性。加起来有2^3 种可能的组合，所以上下管的8 种组合是：

为了阅读方便，我将图6移到这里。

图6

(0,0,0)A下管开，B下管开，C下管开，对应图6中点

(0,0,1)A下管开，B下管开，C上管开，对应图6中的60

(0,1,0)A下管打开，B上管打开，C下管打开，对应图6中的300

(0,1,1)A下管开，B上管开，C上管开，对应图6中0

(1,0,0)上管A开，下管B开，下管C开，对应图6中的180

(1,0,1)上管A开，下管B开，上管C开，对应图6中的120

(1,1,0)上管A开，上管B开，下管C开，对应图6中的240

(1,1,1)上管A开路，上管B开路，上管C开路，对应图6的中心点

当上面提到的上管打开时，默认下管是关闭的；当下管打开时，默认上管关闭；

上面的每一个组合都看成一个向量，那么有了这8个基本向量，这8个基本向量如何在平面内任意方向形成一个向量呢？例如，如果我们希望电压矢量指向24，该怎么办？ --------------------问题1

SVPWM的基本思想是一样的，

1、利用6个非零向量的两个相邻向量来控制合成向量的方向。

2、利用零向量调整合成向量的幅值

回到问题1，要生成24方向的向量，我们需要使用图6中的0和60两个非零基本向量进行合成，然后使用零向量的混合得到24 方向矢量的幅度。调整；

非零基向量的模长度是多少？

我这里用到了向量变换的原理。例如，基本非零向量(0,1,1)的模长度是多少？

对于矢量合成，请查看图5 中的第4 个，以便于阅读。我将再次将其插入此处。

图5

图8（互联网抓取、入侵和删除）

上面我们提到的ARR和CCR是stm32中的概念。这张图中的PTPER就是我们所说的ARR，PDC1和2就是我们所说的CCR1和2。几个通道有几个CCR。看图，计数值从0开始爬升到PTPER，然后在爬升过程中，遇到PDC1后，PMW1H发生翻转。然后当定时器从PTPER 下降时，遇到PDC1，PMW1H 也翻转，使得PMW1H 通道在一个周期T 内改变状态两次，从1 到0 再到1。这里的T 是计数器从0 到PTPER 然后下降到0；那你看，你改变了知道了CCR值，也就是图8中的PDC1和2值，我们是不是可以控制PWM1H和PWM2H的波形呢？这个波形最终会在24或我们上面提到的其他方向上产生一定的模式长度电压。向量；

如何理解FOC周期和这个PWM周期T呢？一般来说：

FOC的操作需要改变这个PWM内的CCR值，也就是图8中的PDC1,2值。

有些人会在一个PWM 周期内进行两次FOC，即在每半个PWM 周期中，都会计算一个新的CCR 值，然后在下半个PWM 周期开始时应用这个新的CCR。值，即FOC 频率是PWM 频率的两倍，

有些人在一个PWM 周期内进行一次FOC，这样FOC 频率就与PWM 频率相同。

有些人在多个PWM 周期内只执行一次FOC。这意味着FOC 频率低于PWM 频率。

不过，FOC 频率是最快的，不会是PWM 频率的两倍。这是极限，否则FOC计算出的CCR值不能有效地应用在PWM中。

图8 中的这种中心对称是可能的。对称中心PWM1H和2H都处于00状态。我们还有其他中心对称方案。这里我将使用对称中心的状态为1, 1；

我们继续回到将Udc的两个非零向量组合成24方向向量的问题：

T的含义已经解释完了，接下来我们看看t1和t2有多大。基于这个向量的综合，我们列出一个公式，见图7。为了阅读方便，我在这里插入图7：

图7

最终的结论是：给定一个角度和一个幅值的电压矢量，就可以得到对应单片机的三个定时器通道的CCR值。

这里还要补充一点的是，草案中的P1和P2是指两个非零向量在7段周期中分别工作对应的总时间。为什么说总，因为中心对称，前后各一半； PHA、PHB、PHC 表示对应定时器的ABC通道开始翻转的计数值；

其实此时，有兴趣的朋友可以自己推导一下svpwm在极坐标下生成的一个函数。

和的坐标实际上是极坐标计算中的一个中间过程，可以从简化的极坐标程序中推导出来。

这里使用极坐标是为了方便后续直观的查看旋转电压矢量的效果！

要真正实现FOC，您仍然需要具有alpha 和beta 输入的svpwm 函数；

附言。 （上面手稿中推导的7段svpwm，为什么说是7段式呢？因为看手稿第四页，我在每个扇区都做了8段划分，最后的中间是1,1,1（从上到下看），我把它们分成了两次，这是为了方便计算和理解，实际上因为它们处于相同的状态，所以实际上有7段，所以这就是所谓的7段式，同理，如果把中间的1,1,1全部去掉，那么原来的1,1,1,和两端的向量就可以直接压在一起了，取第一个扇区手稿第四页的例子，U1是不是中间变成了一起？这样就丢失了两段，所以就变成了5段公式，你觉得用P1和P2?这里我们一般把5段式中的1、1、1去掉，留下0、0、0，以方便下臂电流采样，减轻上臂栅极驱动器的自举负担。这显然会给下桥臂造成更大的负担。当然你可以去掉0,0,0，只留下1,1,1。你也可以定期一次添加0,0,0和1,1,1。 ）