永磁同步电机(PMSM)的FOC闭环控制详解_foc控制算法及原理详解 - CSDN文库

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永磁同步电机(PMSM)的 FOC 闭环控制详解

在学习 FOC 控制前，我对于 FOC 控制完全不懂，只知道中文叫做磁场定向控制，因公司产品开发需要用到

对永磁同步电机(PMSM)进行精确的位置控制，才开始从网上了解什么是 FOC，有哪些数学公式，控制的过程是怎

么样的，但由于公司没有人知道这一块的知识，所以只能一个人慢慢找资料学习，网上有不少关于 FOC 的资料，

不过讲的都不全面，而且有的还会存在错误，但是不懂的时候也无法分辨对错，所以走了不少弯路。所以将个人

的学习心得记录于此，与大家分享，由于需要对电机进行位置控制，所以使用了 14 位分辨率的磁编码器。

FOC 主要是通过对电机电流的控制实现对电机转矩(电流)、速度、位置的控制。通常是电流作为最内环，

速度是中间环，位置作为最外环。

下图是电流环(最内环)的控制框图：

图一：电流环图图二：速度电流双环

在图一中，Iq_Ref 是 q 轴(交轴)电流设定值，Id_Ref 是 d 轴(直轴)电流设定值，关于交轴直轴不再介绍，大

家自行百度。

Ia,Ib,Ic 分别是 A 相、B 相、C 相的采样电流，是可以直接通过 AD 采样得到的，通常直接采样其中两相，利

用公式 Ia+Ib+Ic=0 计算得到第三相，电角度 θ 可以通过实时读取磁编码器的值计算得到。

在得到三相电流和电角度后，即可以进行电流环的执行了：三相电流 Ia,Ib,Ic 经过 Clark 变换得到 Iα,Iβ；然

后经过 Park 变换得到 Iq,Id；然后分别与他们的设定值 Iq_Ref,Id_Ref 计算误差值；然后分别将 q 轴电流误差值代入

q 轴电流 PI 环计算得到 Vq，将 d 轴电流误差值代入 d 轴电流 PI 环计算得到 Vd；然后对 Vq,Vd 进行反 Park 变换得

到 Vα,Vβ；然后经过 SVPWM 算法得到 Va,Vb,Vc，最后输入到电机三相上。这样就完成了一次电流环的控制。

当对 PMSM 进行速度控制时，需要在电流环外面加一个速度环，控制框图如上：

在图二中，Speed_Ref 是速度设定值，ω 是电机的转速反馈，可以通过电机编码器计算得到。

将计算得到的电机速度 ω 与速度设定值 Speed_Ref 进行误差值计算，代入速度 PI 环，计算的结果作为电流

环的输入；比较图二和图一的电流环部分可以发现，图二中 d 轴电流被设定为零(Id_Ref=0)，因为 d 轴电流对于驱

动电机的转动不会产生输出力，所以通常情况下都会将 d 轴电流设定为零(但不是总是设定为 0 的)；当 Id_Ref=0 时，

Iq_Ref 就等于了速度环的输出；再结合上面的电流环，就实现了速度电流的双闭环控制。

当对 PMSM 进行位置控制时，需要在速度电流环外面加一个位置环，控制框图如下：

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