电机基本原理与结构定义将电能转换为机械能的设备广泛用于各种工业和家用设备中原理线圈通电产生磁场磁场与永磁体或电磁体磁场相互作用产生力力使线圈或转子转动通过机械装置驱动各种设备和机械。组成定子固定部分内含绕组产生磁场转子旋转部分受磁场作用而转动输出机械能有刷电机和无刷电机结构有刷电机使用碳刷和换向器来改变电流方向实现转矩输出无刷电机依赖电子控制器逆变器调节定子线圈电流驱动永磁转子旋转。寿命无刷电机因无碳刷磨损寿命更长。效率无刷电机效率更高无碳刷摩擦损失。维护有刷电机碳刷易损需要定期更换无刷电机维护需求低更加可靠。成本有刷电机结构简单成本低无刷电机需配套控制器初始成本高长期经济佳。永磁同步电机特点定义永磁同步电机PMSM利用永磁体作为其转子的一部分提供稳定的磁场。主要特点高效率由于永磁体的使用减少励磁损失提高电机整体效能。高功率密度在较小的体积和重量下能实现更高功率输出。低噪音永磁同步电机转子无励磁绕组svpwm调制运行平稳噪声低。长寿命:电子换向无碳刷磨损适合长期运行。快速转矩响应:良好的动态响应特性能够快速响应负载变化实现精确控制。FOC磁场定向控制又称磁场矢量控制VC。控制磁场就是控制转子。本质就是通过坐标变换把交流电机伪装成直流电机然后用经典的PID去控制它。FOC特点通过精确的控制磁场的大小和方向使得电机的运动转矩平稳、噪声小、效率高并且具有高速的动态响应。优点缺点硬件成本较高、对MCU性能要求较高算法难度大。六步换相算法较简单精度差运转不流畅转矩波动大存在一定的电流噪声适用于对电机转动性能能要求不高的场合。BLDC无刷直流电机、PMSM永磁同步电机使用FOC。FOC框图CLARKE变换将三相等效成二相。原则是电流产生的磁场相等。比例系数K2/3。PARK变换将电机从两相静止坐标系变换到随着转子转动的坐标系dq轴。d轴方向与转自内磁场方向重合直轴q轴与转自内磁场方向垂直交轴。将两个控制变量都线性化。反PARK变换PARK的逆变换SVPWM需要用到静止的坐标系α、βFOC闭环回路通过电流反馈来控制电机电流扭矩à 控制电机的转速 à 控制电机的位置电流环最内层à 速度环中间层à 位置环最外层将速度环的输出作为电流环的输入就可以实现速度电流双闭环控制。内环响应的最快FOC的控制目的Iq是我们需要的代表了期望的力矩输出。Id是我们不需要的尽可能控制为0。SVPWM空间电压矢量由三相逆变器的六个开关元件组成的特定的开关模式使输出电压波形尽可能接近于理想的正弦波形。本质计算三相逆变器的六个开关何时导通何时切断。逆变器把固定的直流电转换成频率和大小都可调节的交流电。优势直流电压利用率很高有效降低电机的转矩脉振和噪音。SPWM通过调整占空比使等效电流近似为正弦波这种PWM就是SPWM。SPWM不依赖开关顺序3相独立调制类似于开环控制没有反馈只管生成正弦波。SPWM调试方式在FOC中不常用因为SPWM比SVPWM的母线电压利用率低15%。并且我们不想控制三个正弦波。定义一个开关函数Sx(xa,b,c)当Sa1代表a相上桥臂导通Sa0则下桥臂导通。同一个半桥不可同时导通上下桥臂则共有8种组合6种非零矢量2种零矢量(000,111)。非零矢量的幅值相同均为2/3Udc矢量正方向自己规定指向中心点O的方向为负在一个扇区内相邻两个电压矢量以及零矢量按伏秒平衡的原则来合成该扇区内的任意电压矢量。通过不同的时间占比可产生该扇区内任意位置空间电压矢量。只要合理地分配相邻的两个基向量和零矢量在一个周期中的占比就可以合成出等效的任意空间电压矢量。7段式SVPWM每个状态切换的时候都只有一个相发生了转变。从而降低了MOS管的开关损耗。对零矢量在时间上进行了平均分配以使产生的PWM对称从而有效的降低PWM的谐波分量。扇区落在扇区的充要条件ⅠUα0Uβ​0且Uβ​/Uα​√3​ⅡUβ​0且Uβ​/|−Uα​|√3​ⅢUα​0Uβ​0且−Uβ​/Uα​√3​ⅣUα​0Uβ​0且Uβ​/Uα​√3​ⅤUβ​0且−Uβ​/|Uα​|√3​ⅥUα​0Uβ​0且−Uβ​/Uα​√3​