FOC电机控制关键步骤与代码详解

本文档主要探讨了Field-Oriented Control (FOC)电机控制原理的代码实现细节。FOC是一种高效的电机控制策略，它通过对电机磁场定向来提高控制精度和效率。以下是关键步骤的详细解析： 1. **机械角度到电角度转换**： 控制流程首先从获取机械角度（由编码器提供）开始，这个角度可能因编码器类型的不同而有所差异。函数`encoder_get_elec_angle`负责计算电动机的实际电角度，通常基于机械角度加上偏移量，并在中断处理程序中确保数据获取的准确性。 2. **三角函数计算优化**： 计算正弦(sin)和余弦(cos)值是FOC的重要步骤，用于后续的坐标变换。由于这些计算通常涉及到复杂的数学运算且耗时，为了提高效率，代码会预先计算一系列sin和cos值，并存储在一个数组中，通过查找表的方式来快速获取所需值，而不是实时计算。 3. **克拉克和Park变换**： 克拉克变换用于将三相电压信号转换为两相（α-β或d-q）表示，而Park变换则将α-β坐标系下的电流和电压转换到同步d-q坐标系，这是实现磁场定向的关键步骤。 4. **PID控制环路**： 有两个PID控制器分别负责速度环和电流环，它们接收参考速度、实际速度（编码器测量）以及PID调节器的输出，分别计算出理想电流（Iq_ref）和实际电流控制信号（Vq）。Id电流通常保持恒定，不做有用功。 5. **磁链限制**： 为了保护电机并确保控制系统的稳定性，需要实施磁链圆限制，防止磁链饱和。函数`rev_park_circle_limitation`实现了这一功能。 6. **Park变换逆过程**： 在完成某些操作后，需要反向进行Park变换，将d-q坐标系的电流和电压重新转换回α-β坐标系。 7. **扇区SPWM（正弦调制脉宽调制）计算**： 最后，根据处理后的控制信号，函数`calc_svpwm_duty_cycles`计算出对应于每个电磁铁的PWM duty cycle，这一步完成了实际的电机驱动信号生成。 这份代码解析展示了如何结合硬件接口、数学变换和PID控制算法来实现FOC电机控制的高效和精确。理解并熟练掌握这些步骤对于电机控制系统的开发者来说至关重要。