峰岹FOC电机控制算法的框架以及原理

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记录峰岹FOC电机控制算法框架及原理。

FOC控制流程介绍

FOC，即矢量控制，是一种用于变频驱动控制三相直流无刷电机的先进方法。其核心在于将三相静止坐标系下的电机相电流转换至与转子磁极轴线静止的旋转坐标系，通过控制旋转坐标系下的矢量大小和方向实现对电机的精确控制。由于电机定子上的电压、电流、电动势等均为交流量且旋转速度同步，FOC通过坐标变换简化了控制算法，使之能够更加高效地控制电机。

FOC控制流程包括以下步骤：

1. 测量电机运行时的三相定子电流，转换为两相电流Iα和Iβ，这些电流信号相互正交且随时间变化。

2. 将Iα和Iβ通过Park变换转换至旋转坐标系，得到电流Id和Iq，其值在电机稳定运行时为常量。

3. 设定电流Id参考值以控制电机转子磁通，Iq参考值则决定电机转矩输出大小，通过比较实际值与参考值，PID控制器计算出Vd和Vq，即施加于电机绕组上的电压矢量。

4. 根据传感器提供的转子位置和电机转速，FOC算法确定下一电压矢量的位置，用于调整电机状态、执行环路切换、提供堵转保护等。

5. 将Vd和Vq通过Park逆变换转换回两相静止坐标系，产生正交电压值Vα、Vβ，利用SVPWM算法确定电压矢量所在扇区，计算各桥臂开关管的导通时间，并通过三相逆变器输出三相电压。

坐标变换原理

FOC通过Clark变换将三相坐标系变换到两相坐标系，简化了计算，便于控制。而Park变换进一步将两相坐标系变换到旋转坐标系，实现对电机的精确控制。

电机在稳态条件下的运行，定子电流看似常量，磁通矢量静止，允许使用标准控制环路实现对定子电流的控制。

FOC算法结构与流程

电机驱动程序运行于中断中，确保实时性要求得到满足。程序结构包括大循环、定时器中断、比较器中断、串口中断等。

大循环运行电机状态控制和串口数据处理程序。电机状态控制通过状态机管理电机的不同工作状态，包括初始化、预充电、顺逆风检测、启动、运行、停止、错误等。

串口数据处理程序在接收到一帧数据后进行处理，校验数据并重置通信超时计数器，准备接收下一帧数据。

定时器1中断管理速度捕获溢出和Hall位置检测，提供转速信息和电机位置更新。

故障检测与保护机制

系统通过NTC端电压值监控电机温度，连续检测5000ms低于设定值视为过温故障。

故障显示功能用于早期调试，通过闪烁次数区分不同故障码。

速度闭环控制策略

在FOC驱动中，采用Id=0，Iq非零的控制策略，Iq控制电机转矩。本项目采用转速闭环控制，内环为电流闭环控制，外环为速度环，系统根据实时速度信息进行闭环控制。