矢量控制的核心思想是為了簡(jiǎn)化無(wú)刷電機(jī)的控制模型，將一個(gè)需要換相的無(wú)刷電機(jī)通過(guò)各種算法變換，抽象為一個(gè)直流電機(jī)的控制模型，只需要控制簡(jiǎn)單的兩個(gè)直流分量來(lái)控制無(wú)刷電機(jī)，其中Vq抽象為直流電機(jī)的兩端電壓，Vd可調(diào)節(jié)電機(jī)力矩，但這個(gè)模型需要一個(gè)實(shí)時(shí)的電機(jī)軸角度θ參與計(jì)算。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)直流電機(jī)的控制模型，需要用到兩個(gè)數(shù)學(xué)變換，即clarke變換和park變換。需要用到最原始的PID控制器等內(nèi)容。

一、clarke變換：

初衷是將三相的磁路模型變換成正交的兩相磁路模型，即將三相abc，變換為兩相α,β

波形如下圖

clarke逆變換則是反過(guò)來(lái)變換，已知α,β，求abc

二、park變換：

通過(guò)clarke變換，變量已經(jīng)由三個(gè)變少到兩個(gè)，但是依然是一個(gè)交流分量，對(duì)于控制來(lái)說(shuō)依然不夠友好，所以引入了park變換，將兩相的坐標(biāo)軸看做轉(zhuǎn)子沿著圓形旋轉(zhuǎn)起來(lái)，便可以得出兩個(gè)直流量q、和d。

這樣變換后周期變化的波形變化成了兩個(gè)直流的信號(hào)，對(duì)于控制來(lái)說(shuō)非常友好，即將α,β,θ轉(zhuǎn)換為q,d

park逆變換則是反過(guò)來(lái)變換，已知q,d和電角度θ，轉(zhuǎn)換成α,β

三、了解了上面的兩個(gè)變換，我們將它變現(xiàn)，對(duì)，先讓電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)吧

使用park逆變換，和clarke逆變換，很容易就能將無(wú)刷當(dāng)做一個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)

輸入?yún)?shù)有三個(gè)：Vq，Vd，和實(shí)時(shí)電角度θ（theta），其中Vq，Vd是兩個(gè)直流分量，可控制無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩。θ則是通過(guò)間接或者直接測(cè)量得到的輸出軸的實(shí)際角度，關(guān)于電角度和機(jī)械角度的文章很多，可以百度查清楚。

通過(guò)這兩個(gè)逆變換后得到了abc的電壓，Va，Vb，Vc，將這三個(gè)值輸出到pwm的三個(gè)通道的比較輸出寄存器中，即可將無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)起來(lái)，筆者使用Vq = 3000，Vd = 0做的測(cè)試，一個(gè)單磁極的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)無(wú)聲的轉(zhuǎn)到4000多rpm。

通過(guò)變換后，Vα,Vβ的波形和pwm的duty的波形，到此電機(jī)可以通過(guò)Vq直接控制無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，反轉(zhuǎn)則給Vq一個(gè)負(fù)數(shù)即可。

四、無(wú)刷電機(jī)能通過(guò)一個(gè)直流分量轉(zhuǎn)起來(lái)了，但是是開(kāi)環(huán)控制，矢量控制其中有個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是功率因數(shù)可以做的很好，原因就是電流和電壓的波形很一致，那如果是開(kāi)環(huán)控制，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就不一定有保證，而且增加電流環(huán)后力矩也可以得到控制。

廢話不多說(shuō)，對(duì)于算法而言，需要采集到電機(jī)三相的線上電流，可以通過(guò)三電阻采樣法，單電阻采樣法，相電流直接采樣法等等方法獲得，具體可以百度一下。

通過(guò)電流采集業(yè)務(wù)觀測(cè)到的三相電流Ia,Ib,Ic波形如下，與控制輸出給電機(jī)的Va，Vb，Vc波形相位相同。由于在任意時(shí)刻滿足Ia+Ib+Ic = 0，所以只用采集a相和b相的電流

通過(guò)clarke變換和park變換后可以得到Iq，Id，如下圖

為何要大費(fèi)周章變換那么多次呢？就是為了得到Iq，Id呀，這可是一個(gè)直流量啊，符號(hào)代表了轉(zhuǎn)動(dòng)方向，發(fā)現(xiàn)沒(méi)，Vq，Vd也是直流量，所以目的很簡(jiǎn)單，就是為了用最經(jīng)典的PID做閉環(huán)控制呀！

使用最經(jīng)典的PI控制，將電壓跟隨電流的變化，從而實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制

五、一般來(lái)講，電流壞是高速環(huán)，也一般作為無(wú)刷電機(jī)的內(nèi)環(huán)，如果要實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，那電流環(huán)就是內(nèi)環(huán)，速度環(huán)就是外環(huán)，下面上一個(gè)總圖

foc速度環(huán)+電流環(huán)總框圖

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