一种FOC算法的多闭环控制系统及电机控制方法

一种foc算法的多闭环控制系统及电机控制方法
技术领域
1.本发明涉及电机控制技术领域，具体为一种foc算法的多闭环控制系统及电机控制方法。


背景技术：

2.现有的电机一般分为无刷电机和有刷电机，二者的转子和定子不同，有刷电机只有两个电极，控制简单。无刷电机有三个电极，控制复杂但性能更好，无刷电机的驱动一般分为两种，现有常见的是六步换向法，这种驱动方式效果不是很好，精确度不高。
3.本技术方案采用六步换向法升级版的foc控制方法，他能控制电机更加丝滑的工作，foc是驱动bldc或pmsm电机的算法，能够精确控制电机，并且能够让电机在极低转速下保持力矩和稳定性，foc类似于机器人关节(foc控制下的无刷电机不像舵机关节那么僵硬，更接近于生物的关节，有弹力)；无人机(foc调速的无人机电机比普通电调调速的无人机电机更加平滑稳定，并且能够快速对突发情况作出调整)；云台(foc调速下的无刷电机实时响应更迅速，过度更加平滑)。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种foc算法的多闭环控制系统及电机控制方法，解决了现有的无刷电机控制控制精度不好的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种foc算法的多闭环控制系统及电机控制方法，包括速度环、电流环和位置环，所述速度环是速度设定值，速度环是电机的转速反馈，将计算得到的电机速度与速度设定值进行误差值计算，代入pid速度环，计算的结果作为电流环输入的参考值，速度环之后是电流环，以及相应的位置环。
6.优选的，所述电流环还包括电流采样器、磁编码器和电机，所述电流采样器型号为ina2180，磁编码器的型号为mt6701。
7.优选的，所述电流环还包括三相半桥驱动和控制器，所述三相半桥驱动的型号为ir2104+csd18540，控制器使用的型号为stm32f401ccu6。
8.优选的，所述电机转速提高到一定值时，编码器无法准确获取电机的速度，此时需要运用观测器来获取电机的速度。
9.本发明还公开了一种foc算法的多闭环电机控制方法，所述电流环在得到三相电流和电角度后，其电机控制方法具体步骤如下：
10.s1、三相电流ia,ib,ic经过clark变换得到iα,iβ；
11.s2、然后经过park变换得到iq,id；
12.s3、然后将iq和id分别与他们的设定值iq_ref,id_ref计算误差值；
13.s4、然后分别将q轴电流误差值代入q轴电流pid环计算得到vq，将d轴电流误差值代入d轴电流pid环计算得到vd；
14.s5、然后对vq,vd进行反park变换得到vα,vβ；
15.s6、最后经过svpwm控制三相逆变器电路得到va,vb,vc，最后输入到电机三相上。
16.有益效果
17.本发明提供了一种foc算法的多闭环控制系统及电机控制方法。与现有技术相比具备以下有益效果：
18.该foc算法的多闭环控制系统及电机控制方法，通过包括速度环、电流环和位置环，所述速度环是速度设定值，速度环是电机的转速反馈，将计算得到的电机速度与速度设定值进行误差值计算，代入pid速度环，计算的结果作为电流环输入的参考值，速度环之后是电流环，以及相应的位置环，性价比高，整体价格实惠，可做到大功率。元器件可替代性强，能找到国产的替代物料。pcb为针对关节电机设计，有对应的固定孔位。
附图说明
19.图1为本发明foc算法的多闭环控制系统的程序框图；
20.图2为本发明速度环和电流环多闭环控制系统的程序框图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种foc算法的多闭环控制系统及电机控制方法，包括速度环、电流环和位置环，所述速度环是速度设定值，速度环是电机的转速反馈，将计算得到的电机速度与速度设定值进行误差值计算，代入pid速度环，计算的结果作为电流环输入的参考值，速度环之后是电流环，以及相应的位置环，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
23.请参阅图1-2，本发明中，所述电流环还包括电流采样器、磁编码器和电机，所述电流采样器型号为ina2180，磁编码器的型号为mt6701，所述电流环还包括三相半桥驱动和控制器，所述三相半桥驱动的型号为ir2104+csd18540，控制器使用的型号为stm32f401ccu6，所述电机转速提高到一定值时，编码器无法准确获取电机的速度，此时需要运用观测器来获取电机的速度。
24.本发明还公开了一种foc算法的多闭环电机控制方法，所述电流环在得到三相电流和电角度后，其电机控制方法具体步骤如下：
25.s1、三相电流ia,ib,ic经过clark变换得到iα,iβ；
26.s2、然后经过park变换得到iq,id；
27.s3、然后将iq和id分别与他们的设定值iq_ref,id_ref计算误差值；
28.s4、然后分别将q轴电流误差值代入q轴电流pid环计算得到vq，将d轴电流误差值代入d轴电流pid环计算得到vd；
29.s5、然后对vq,vd进行反park变换得到vα,vβ；
30.s6、最后经过svpwm控制三相逆变器电路得到va,vb,vc，最后输入到电机三相上。
31.整个方案性价比高，整体价格实惠，可做到大功率。元器件可替代性强，能找到国
产的替代物料。pcb为针对关节电机设计，有对应的固定孔位。
32.上述步骤简化来看，具体如下：1.运用磁编码器获取转子的当前速度，经过速度pi控制后，输出iq的期望值。
33.2.通过电流采样，计算得出目前电机三个相的电路。
34.3.运用clark变换和park变换，将ia、ib、ic转换成iq、id。
35.4.iq、id送入电流pi控制，得出uq、ud。
36.5.运用反park变换得出需要输出的三相电压，从而得出对应的占空比
37.6.循环。
38.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
39.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。