探讨了永磁直线同步电机的数学模型,在同步电机、交交变频器和磁场定向控制系统方程的基础上,给出了永磁直线同步电机磁场定向控制数学模型,并用Matlab软件进行了仿真分析。

PLL 类估算器 本应用笔记中使用的估算器就是 AN1162 《交流感应电 机 （ACIM）的无传感器磁场定向控制 （FOC） 》（见 “ 参考文献 ”）中采用的估算器，只是在本文中用于 PMSM 电机而已。 估算器采用 PLL 结构。其工作原理基于反电动势 （BEMF）的 d 分量在稳态运行模式中必须等于零。图 6 给出了估算器的框图。 如图 6 中的闭环控制回路所示，对转子的估算转速 （ω Restim）进行积分，以获取估算角度，如公式 1 所示： 将 BEMF 的 q 分量除以电压常量 ΚΦ 得到估算转速 ω Restim，如公式 2 所示： 考虑公式 2 中给出的最初估算假设（BEMF 的 d 轴值在 稳态下为零），根据 BEMF q 轴值 Edf 的符号，使用 BEMF d 轴值 Edf 对 BEMF q 轴值 Edf 进行校正。经过公 式 3 显示的 Park 变换后，使用一阶滤波器对 BEMF d-q 分量值进行滤波。 采用固定的定子坐标系，公式 4 代表定子电路公式。 在公式 4 中，包含 α – β 的项通过经 Clarke 变换的三相 系统的对应测量值得到。以 Y 型（星型）连接的定子相 为例， LS 和 RS 分别代表每个相的定子电感和电阻。若 电机采用 Δ 连接， 则应计算等效的 Y 型连接相电阻和电 感，并在上述公式中使用。 图 7 表示估算器的参考电路模型。电机的 A、 B 和 C 端 连接到逆变器的输出端。电压 VA、 VB 和 VC 代表施加 给电机定子绕组的相电压。 VAB、 VBC 和 VCA 代表逆变 器桥臂间的线电压，相电流为 IA、 IB 和 IC。

本应用笔记着重于适用于电器的基于PMSM的无传感器FOC 控制， 这是因为该控制技术在电器的电机控制方面有着无可比拟的成本优势。 无传感器 FOC 技术也克服了在某些应用上的限制，即由于电机被淹或其线束放置位置的限制等问题，而无法部署位置或速度传感器。 由于PMSM使用了由转子上的永磁体所产生的恒定转子磁场，因此它尤其适用于电器产品。 此外，其定子磁场是由正弦分布的绕组产生的。 与感应电机相比， PMSM 在其尺寸上具有无可比拟的优势。 由于使用了无刷技术，这种电机的电噪音也比直流电机小。 矢量控制综述 间接矢量控制的过程总结如下： 1. 测量 3 相定子电流。 这些测量可得到 ia 和 ib 的 值 。 可通过以下公式计算出 Ic ： i a + ib + ic = 0。 2. 将 3 相电流变换至 2 轴系统。 该变换将得到变量 i α和iβ，它们是由测得的ia和ib以及计算出的ic值 变换而来。从定子角度来看， iα 和 iβ 是相互正交 的时变电流值。 3. 按照控制环上一次迭代计算出的变换角，来旋转 2 轴系统使之与转子磁通对齐。 iα 和 iβ 变量经过 该变换可得到 Id 和 Iq。 Id 和 Iq 为变换到旋转坐标 系下的正交电流。 在稳态条件下， Id和Iq是常量。 4. 误差信号由 Id、 Iq 的实际值和各自的参考值进行 比较而获得。 • Id 的参考值控制转子磁通 • I q 的参考值控制电机的转矩输出 • 误差信号是到 PI 控制器的输入 • 控制器的输出为 Vd 和 Vq，即要施加到电机 上的电压矢量 5. 估算出新的变换角，其中 vα、 vβ、 iα 和 iβ 是输 入参数。 新的角度可告知 FOC 算法下一个电压 矢量在何处。 6. 通过使用新的角度，可将 PI 控制器的 Vd 和 Vq 输出值逆变到静止参考坐标系。 该计算将产生下 一个正交电压值 vα 和 vβ。 7. v α 和 vβ 值经过逆变换得到 3 相值 va、 vb 和 vc。 该 3 相电压值可用来计算新的 PWM 占空比值， 以生成所期望的电压矢量。 图 6 显示了变换、 PI 迭代、逆变换以及产生 PWM 的整个过程。

针对某种大牵引力AGV轮毂电机，设计了一种永磁无刷直流电机驱动器。在三相全桥逆变上采用更高频率的GaN开关管，通过提高开关频率以减少电机的损失和扭矩波动。控制电路以TMS320F28069芯片为基础，采用了一种FOC控制算法，详细介绍了磁场定向控制理论原理，并在此基础上设计了无刷直流电机无位置传感器系统，通过滑模观测器法来估算转子位置和转速，并对电机的驱动电路和采样电路进行了分析。本次设计的驱动器具有体积小、散热好、适用于高频的特点，能够很好的适用于大牵引力AGV小车。

应用笔记AN1106介绍了功率因数校正（PFC）方法。应用笔记AN2520介绍了无传感器磁场定向控制 （FOC）方法。这些应用笔记中提供了详细的数字设计和实现技术。本应用笔记是上述应用笔记的补充。单片机（MCU）成本低且性能高，并结合了许多功能强大的电子外设，如模数转换器（Analog-toDigital Converter， ADC）、脉宽调制器（Pulse-Width Modulator， PWM）、片上运放和比较器，有助于简化数字设计和轻松实现上述复杂应用。 大多数电机控制系统通常将PFC作为系统的第一级。 如果没有PFC输入级，注入电流会由于逆变器的开关元件而产生较大的谐波分量。此外， 由于电机负载具有高感性，输入电流会使输入系统产生很大的无功功率，从而降低整个系统的效率。 PFC级是电机控制应用的前端转换器， 可提供性能更优的输出电压稳定度，减少输入电流的谐波分量。在应用中实现数字PFC的首选方法是采用带有平均电流模式控制的标准升压转换器拓扑。使用双电流无传感器FOC方法在速度控制模式下驱动PMSM。一些应用无法部署位置或速度传感器，使用无传感器FOC技术能够克服这种限制。通过测量相电流估算PMSM的速度和位置。凭借转子上永磁体提供的恒定转子磁场， PMSM在家电应用中十分高效。与感应电机相比，相同给定规格的PMSM功能更强大。此外，由于PMSM为无刷电机，因此噪声比直流电机更小。因此，通常为此应用选择PMSM。

设计者根据对环境的需求，希望能不断开拓高级电机控制技术，用以制造节能空调、洗衣机和其他家用电器产品。到目前为止，较为完善的电机控制解决方案通常仅用作专门用途。然而，新一代数字信号控制器（DigitalSignal Controller，DSC）的出现使得性价比高的高级电机控制算法最终成为现实。   例如，空调需要能够对温度作出快速响应以迅速改变电机的转速。因此，我们需要高级电机控制算法，以制造出更加节能的静音设备。在这种情况下，磁场定向控制（Field Oriented Control，FOC）脱颖而出，成为满足这些环境需求的主要方法。   本应用笔记讨论了使用Microchip dsPIC@ DSC系列对永磁同步电机（Permanent Magnet SynchronousMotor，PMSM）进行无传感器FOC的算法。   BLDC电机的传统控制方法是以一个六步的控制过程来驱动定子，而这种控制过程会使生成的转矩产生振荡。在六步控制过程中，给一对绕组通电直到转子达到下一位置，然后电机换相到下一步。霍尔传感器用于确定转子的位置，以采用电子方式给电机换相。高级的无传感器算法使用在定子绕组中产生的反电动势来确定转子位置。     六步控制（也称为梯形控制）的动态响应并不适用于洗衣机，这是因为在洗涤过程中负载始终处于动态变化中，并随实际洗涤量和选定的洗涤模式不同而变化。而且，对于前开式洗衣机，当负载位于滚筒的顶部时，必须克服重力对电机负载作功。只有使用高级的算法如FOC才可处理这些动态负载变化。   本应用笔记着重于适用于电器的基于PMSM的无传感器FOC控制，这是因为该控制技术在电器的电机控制方面有着无可比拟的成本优势。无传感器FOC技术也克服了在某些应用上的限制，即由于电机被淹或其线束放置位置的限制等问题，而无法部署位置或速度传感器。由于PMSM使用了由转子上的永磁体所产生的恒定转子磁场，因此它尤其适用于电器产品。此外，其定子磁场是由正弦分布的绕组产生的。与感应电机相比，PMSM在其尺寸上具有无可比拟的优势。由于使用了无刷技术，这种电机的电噪音也比直流电机小。

matlab故障诊断代码BLDC电机控制FOC 该存储库在Matlab / Simulink中为BLDC电机实现了磁场定向控制（FOC）。 该控制器已在实时气垫板嵌入式平台上进行了部署和测试： 目录 FOC架构 FOC体系结构包括： 估算：根据霍尔传感器信号估算转子位置，角度和电动机速度 诊断：实现错误检测，例如未连接的霍尔传感器，电机堵转，MOSFET损坏 控制管理器：管理控制模式（电压，速度，转矩）之间的转换 FOC算法：实现FOC策略 控制类型管理器：管理换向，正弦和FOC控制类型之间的过渡 下图说明了FOC算法架构： 在此实现中，可以使用3种控件类型： 换向 SIN（正弦波） 具有以下3种控制模式的FOC（磁场定向控制）： 电压模式：在此模式下，控制器向电机施加恒定电压。 速度模式：在该模式下，闭环控制器通过抑制施加到电动机的任何干扰（电阻负载）来实现输入速度目标。 转矩模式：在此模式下，实现输入转矩目标。 当转矩目标为0时，此模式将使电动机“空转”。 控制器的C代码可以使用生成自动代码。 如图所示，该控制器设计用于电机绕组结构。 但是，只要稍加修改，控制器就可以适用于其他可用

这是在dq参考框架中实现三相感应电动机的Simulink模型。

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TI无传感器的磁场定向控制永磁同步电机控制程