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彻底讲清电机FOC算法-克拉克变换和帕克变换

电机FOC控制算法的目的就是使得控制输出波形,能够按照固定的频率正确的开关下面6个mos管,实现电机的加速、减速等控制。

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FOC控制算法的实现过程就是将电机需要的力矩输进程序,经过帕克逆变换、克拉克逆变换然后得到三相电ia\\ib\\ic的电流值,然后驱动电机MOS管实现电流的正确开关频率,可到需要的力矩的过程。

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1、首先讲解克拉克逆变换:

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核心变化是将ia\\ib\\ic的值按照需要的频率开关,保证电机旋转的速度,产生相应的力矩。这里将三相变化的电流抽象成三相相位差为120°的矢量,不同时刻的不同波形就对应三相电流ia\\ib\\ic再a\\b\\c轴上的大小值。进一步将三相电抽象成二位坐标。

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最终得到:

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这样就得到了ia\\ib\\ic和iαiβ的对应关系。这就是克拉克变换的基本形式。

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克拉克等幅值变换:核心目的就是为了保证变换前和变换后的ia电流值和iα
电流值保持一样。

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如果A输入电流为-1A,那么流向B和C的电流就各是0.5A。为了保证变换前和变换后的ia电流值和iα电流值保持一样,所以需要在矩阵变换前增加一个2/3。

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至此就得到了克拉克变换等幅值形式的正变换和逆变换公式。都是浮点数乘加运算。

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2、帕克变换

前面克拉克变换将三相电ia\\ib\\ic已经转换成固定的iαiβ了,由于磁场带动转子转动,磁场的方向在随时转动,因此要使得电流产生的磁场力能持续的吸引转子转动,所以输入的电流就必须实时变化。根据输入的转矩要求,来实时控制磁场的旋转方向。这里将再次抽象一个磁场坐标QD,D为定子旋转磁场的N极的指向,Q为N极方向的垂直方向。

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如下图所示为电角度定义,iqid和iαiβ可以通过电角度进行转换。

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帕克变换和帕克逆变换。

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3、电控控制FOC算法总结

如下图所示是整个FOC控制算法,Iq是需求电机的力矩,Id设置为0。根据需求经过帕克逆变换得到iαiβ,然后再经过克拉克逆变换得到ia\\ib\\ic。精确控制mos管的开关实现电机稳定提供需要的力矩。

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这里为什么要设置Id为0,简单理解,这是因为Iq是使转子旋转的力,而Id不产生这个力。所以要将Id设置为0。

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