FOC 参考手册 磁场定向控制:从方程到中断服务例程

符号约定

本站所有页面均遵循同一套符号与约定。本页汇总了全部符号定义,并列出所有交互图表共同使用的参考电机参数。

全局统一约定

以下约定在全站所有页面中均成立。若某页因对比需要采用其他约定,会在正文中明确说明。

  • 等幅值变换(幅值不变缩放)。 Clarke 变换包含 2/3 系数,使 α 与 β 分量的幅值直接等于相物理量的峰值。在此约定下,三相瞬时功率为 3/2 (v_d i_d + v_q i_q)。功率不变(等功率)约定则乘以 √(2/3),功率表达式中不再带 3/2 系数——两种约定本身都没有错,但混用就会出错。
  • α 轴与 a 相轴线重合。 β 轴超前 α 轴 90°。
  • d 轴沿转子永磁体磁链方向,q 轴超前 d 轴 90°。
  • 电角度 θ 从 α 轴算起,以逆时针方向为正。
  • 在转子正向旋转的电机中,正向 i_q 产生正向电磁转矩。负向 i_d 用于削弱气隙磁场(弱磁)。
  • 占空比取值范围为 0 到 1,采用中心对齐调制,高电平脉冲居中于开关周期中点——因此零矢量横跨在相邻周期边界上。
  • 电流均为单相电流,定子电阻 R_s、电感 L_d 与 L_q 也均为单相(相-中性点)参数。端子间的线间测量值则是两相绕组串联的结果。

状态变量与物理量

符号含义单位
电机端子处测得的三相相电流A
两相静止坐标系(αβ)下的同一电流矢量A
转子同步旋转坐标系(dq)下的同一电流矢量——d 轴沿永磁体磁链方向A
控制器在转子坐标系(dq)下请求的参考电压V
逆变桥母线电容两端的实际直流母线电压(而非稳压电源输出端电压)V
转子永磁体磁链相对于 α 轴的电角度rad
转子机械角度,与电角度满足 θ_e = p·θ_m + offsetrad
电角速度与机械角速度rad/s
闭环穿越频率(交越频率),即电流环带宽,单位为 rad/srad/s
气隙处产生的电磁转矩N·m
写入定时器比较寄存器的归一化占空比,取值范围 0 到 1—

电机参数

符号含义单位
每相定子电阻——单相值,而非线间电阻Ω
每相 d 轴与 q 轴电感。对于表贴式永磁同步电机(SPMSM),两者相等H
单相绕组交链的永磁体磁链幅值Wb
极对数——等于电机磁极总数的一半—
转子与折算负载的总转动惯量kg·m²
粘滞摩擦系数N·m·s

时序与控制

符号含义单位
PWM 载波频率。电流控制中断(ISR)每个载波周期执行一次Hz
控制采样周期,单次更新 PWM 模式下等于 1/f_pwms
链路传输延迟,从电流采样时刻到所发出电压脉冲中心时刻的总耗时s
死区时间,即同一桥臂上一管关断与下一管导通之间的安全互锁间隔s
PI 控制器的比例增益与积分增益V/A, V/A·s

参考电机

全站所有章节共用同一台参考电机,以便直接横向对比不同页面的计算结果。这是一台 48 V 内置式永磁同步电机(IPMSM)。下表中的每一个数值都是在构建网站时直接从 src/core/machine.ts 中读取的——与驱动交互图表的底层仿真常数完全同源,绝非手动复制的副本。

参数名称数值
0.35 Ω
210 µH
330 µH
8.5 mWb
4
120 g·cm²
1.57×
0.051 N·m/A
4.36 V/krpm(线间有效值 RMS)
70.8 A

另请参阅公式速查与故障排查。