FOC控制的案例
永磁同步電機(PMSM)的FOC閉環控制詳解
永磁同步電機(PMSM)的FOC閉環控制詳解
永磁同步電機降階模型抽取和矢量控制算法仿真
6 矢量控制算法仿真
矢量控制亦稱磁場定向控制(FOC)，其基本思路是：通過坐標變換實現模擬直流電機的控制方法來對永磁同步電機進行控制,其實現步驟如下：
1)根據磁勢和功率不變的原則通過正交變換,將三相靜止坐標變換成二相靜止坐標，也就是 Clark變換，將三相的電流先轉變到靜止坐標系，再通過旋轉變換將二相靜止坐標變成二相旋轉坐標，也就是 Park變換，Park變換中定子電流矢量被分解成按轉子磁場定向的 2 個直流分量 id、iq(其中id為勵磁電流分量，iq為轉矩電流分量)。
2)通過控制器對其速度電流環進行控制,控制id就相當于控制磁通，而控制 iq 就相當于控制轉矩。Iq 調節參考量是由速度控制器給出，經過電流環調節后得出其 d，q 軸上的電壓分量即 ud 和 uq。.
3)控制量 ud 和 uq 通過 Park 逆變換。
4)根據SVPWM 空間矢量合成方法實現矢量控制量輸出，達到矢量控制的目的。
① Clark變換。Clark變換是3相交流電機矢量控制（FOC)控制的一個重要變換，在保證旋轉磁場不變的約束條件下，把電參數從A、B、C三相靜止坐標系變換到Alpha、Betal兩相靜止坐標系。也可以進行Clark反變換。
Clark變換原理
通過調用Simplorer標準庫模塊可實現Clark正變換。
Clark正變換模塊
通過調用Simplorer標準庫模塊也可實現Clark逆變換。
Clark逆變換模塊
② Park變換。
展開 汽車專題第七期 |新能源汽車—電機篇（三）
風罩，散熱片，鐵芯，系統阻力，壓力損失（壓降），風速，風量，非定常瞬態simulation
3.Fluent-YKK電機通風散熱CFD分析
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c18131
主要內容：講解了 Fluent CFD在YKK電機通風散熱流場仿真中的應用，包括前傾/直葉片內風扇方案對比，后傾外風扇設計；外風路導風筒隔板優化, 冷卻管的橢圓管與圓管對比；冷卻器隔板優化，試驗結果對比；內風路擋風板設計方案對比，溫升實驗測試結果
4.利用Simulink進行電機的磁場導向控制（FOC）算法的設計
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c18133
主要內容：利用Simulink進行電機的磁場導向控制（FOC）算法的設計，FOC控制算法廣泛應用于新能源汽車的永磁同步電機的控制
5.電機測試——電功率、機械功率測量、安全可靠的光纖測溫方案
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c18136
主要內容：電功率、機械功率、溫度測量、其他物理測量、ECU、自動化和應用系統
6.特斯拉Tesla Model S/X電控系統介紹，電池/三相逆變、電機、IGBT與碳化硅MOS驅動系統
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c18147
主要內容：電動汽車驅動系統、直流→三相逆變→三相異步電動機或永磁同步電動機、一臺或者兩臺電機，自由組合。
展開 永磁同步電機降階模型抽取和矢量控制算法仿真
6 矢量控制算法仿真
矢量控制亦稱磁場定向控制(FOC)，其基本思路是：通過坐標變換實現模擬直流電機的控制方法來對永磁同步電機進行控制,其實現步驟如下：
1)根據磁勢和功率不變的原則通過正交變換,將三相靜止坐標變換成二相靜止坐標，也就是 Clark變換，將三相的電流先轉變到靜止坐標系，再通過旋轉變換將二相靜止坐標變成二相旋轉坐標，也就是 Park變換，Park變換中定子電流矢量被分解成按轉子磁場定向的 2 個直流分量 id、iq(其中id為勵磁電流分量，iq為轉矩電流分量)。
2)通過控制器對其速度電流環進行控制,控制id就相當于控制磁通，而控制 iq 就相當于控制轉矩。Iq 調節參考量是由速度控制器給出，經過電流環調節后得出其 d，q 軸上的電壓分量即 ud 和 uq。.
3)控制量 ud 和 uq 通過 Park 逆變換。
4)根據SVPWM 空間矢量合成方法實現矢量控制量輸出，達到矢量控制的目的。
① Clark變換。Clark變換是3相交流電機矢量控制（FOC)控制的一個重要變換，在保證旋轉磁場不變的約束條件下，把電參數從A、B、C三相靜止坐標系變換到Alpha、Betal兩相靜止坐標系。也可以進行Clark反變換。
Clark變換原理
通過調用Simplorer標準庫模塊可實現Clark正變換。
Clark正變換模塊
通過調用Simplorer標準庫模塊也可實現Clark逆變換。
Clark逆變換模塊
② Park變換。
展開 
Kiva機器人大拆解，領取Kiva機器人數模
三個電機驅動都配有電流傳感器（注：所以很可能是FOC控制），編碼器以及6個全橋MOSFET（通過機箱冷卻）。
安裝FPGA的子板承擔了協調無線模塊、成像單元、緊急制動、連接紅外/壓力傳感器、電源管理和電機驅動器的功能，大大減輕了主板的壓力。MCU是32位，400MHz 的Freescale MPC5123，很可能運行的是PowerPC Linux。兩個以太網端口連接到無線模塊和固件存儲，它們由一個Mircel KSZ8993切換。
整個機器人唯一一個現成的電子元件是通信模塊：Soekris Engineering Net4526雙天線路由器，運行著單個Winstron NeWeb CM9無線模塊，通過以太網和主板連接。
堪稱神器的升降模塊
這代Kiva有許多處設計都非常精巧，而其中最出彩的莫過于升降模塊。它必須能在一千磅（約半噸）的壓力下完成升降，并全程與地面保持完美的平行——這是滾珠絲杠結構的理想任務。通常市面上見到的滾珠絲杠都是實心的，最粗也不過五個厘米，而Kiva定制的這款外徑達到了28厘米，而且是空心，內螺紋結構。
絲杠的兩個殼體軸承都是鋁質，同底盤一樣都是需要二次加工的鑄件。這兩個部件都進行了表面氧化處理，這為軸承提供了很好的潤滑和防銹能力。內殼是固定的，相當于一個球形螺母，其外側有注塑成型的環狀結構，用來約束滾珠；外殼在旋轉時內側與滾珠接觸，外側與升降電機通過齒輪連接。
根據工藝復雜度，整個升降結構的成本估計在1000美金左右。
結語：
Kiva Systems是少數幾家能夠將復雜的硬件和軟件巧妙地集成到一個無縫解決方案中的公司之一，并且已經建立了一個能夠極大地改變我們的購買，銷售和生活方式的系統。
展開 新能源汽車電機控制器
FOC精確地控制磁場大小與方向，使得電機轉矩平穩、噪聲小、效率高，并且具有高速的動態響應。由于FOC的優勢明顯，目前已在很多應用上逐步替代傳統的控制方式，在運動控制行業中備受矚目。FOC主要是通過對電機電流的控制實現對電機轉矩（電流）、速度、 位置的控制。通常是電流作為最內環，速度是中間環，位置作為最外環。
圖9是電流環（最內環）的控制框圖：
圖9
在圖9中，Iq_Ref是q軸（交軸）電流設定值，Id_Ref是d軸（直軸）電流設定值，Ia、Ib、Ie分別是A相、B相、C相的采樣電流，是可以直接通過AD采樣得到的，通常直接采樣其中兩相，利用公式Ia+Ib+Ic=O計算得到第三相，電角度θ可以通過實時讀取磁編碼器或是旋轉變壓器的值計算得到。
在得到三相電流和電角度后，即可以進行電流環的執行了：三相電流Ia、Ib、Ie經過Clark變換得到Ia、Iβ；然后經過Park變換得到Iq,Id;然后分別與他們的設定值Iq_Ref,Id_Ref 計算誤差值；然后分別將q軸電流誤差值代入q軸電流PI環計算得到Vq,將d軸電流誤差值代入d軸電流PI環計算得到Vd;然后對Vq,Vd進行反Park變換得到Va,Vβ；然后經過SVPWM算法得到Va、 Vb、 Vc, 最后輸入到電機三相上。當對PMSM進行速度控制時，需要在電流環外面加一個速度環，控制框圖如圖10所示：
圖10
在圖10中，Speed_Ref是速度設定值，ω是電機的轉速反饋，可以通過電機編碼器或是旋轉變壓器值計算得到。
展開 新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與熱仿真管理分析
針對上面所提到的有關電機電機水冷部分，我們開發了本程課，新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與ANSYS ICEPAK熱仿真課程，本教程以一款新能源汽車的15.5KW無刷FOC控制水冷電機的理論設計過程與散熱仿真過程為例，通過從設計參數的整理為基礎，講解根據電機的損耗參數去如何選取水冷管道的開口面積，依據水冷管道的開口，再結合電機的相關參數，通過理論方法設計整機的水冷管道的換熱系數與冷卻面積的匹配。再根據相關的計算結果參數進行整機的散熱設計，依據整機的傳導路徑熱阻等，通過迭代計算出整機的散熱面積，從而進行相關的結構設計與整機水冷系統的設計。
待電機設計完成，進行相關的校核，再利用ANSYSICEPAK進行整燈的熱仿真視頻教程，熱仿真視頻教程通將整機從CAD軟件的3D模型簡化開始，到通過WORKBENCK 導入到ICEPAK軟件內，在ICEPAK軟件內完成相關模型的物性設置，軟件仿真邊界的設計置等等......，一步步的充分講解了在ANSYS ICEPAK中對一款水冷電機產品從3D模型的前處理，再到如何將3D模型導入到ICEPAK中，再到在軟件中對模型的物性設置，到如何進行網格劃分及求解等全套操作流程。
本教程旨在通過本款新能源水冷電機的實例案例的操作，讓您能達到依據整機的相關性能參數進行水冷系統的選取以及整機水冷散熱部分的理論計算，整機冷卻系統與整機散熱系統的匹配計算，利用理論計算對電機整機散熱的設計，同時能夠熟練的運用ICEPAK，以用ICEPAK來完成對此類水冷電機產品的熱設計與ANSYS ICEPAK散熱仿真。
本視頻教程南京青松熱設計工作室淘寶購買鏈接：
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展開 基于SaberRD的純電動汽車動力總成的設計與仿真研究
JMAC有限元求解器 PMSM模型
電機控制
電機由三相電壓源逆變器(VSI)提供電流，該逆變器采用FOC算法控制，實現每安培最大轉矩(MTPA)和弱磁控制，并采用正弦PWM調制方法。
FOC、MTPA、FW控制算法
電壓源逆變器(VSI)和三相PMSM電機
VSI和電機模型是使用dq模型，沒有涉及
切換，這可以實現最大的模擬速度。在模擬中，新歐洲駕駛循環(NEDC)不斷重復，直到電池耗盡。相當于7個小時的駕駛在大約25秒內模擬仿真完畢。這也就是為適當的分析選擇適當的設備模型抽象級別的優點。
NEDC行駛工況
動力電池包
直流電壓源(365V)通過使用SaberRD中的電池工具表征的鋰離子電池來實現。動力電池包-這個模型的精度決定了車速與行駛里程可以被設計驗證。SaberRD電池工具用來描述電池組。該工具可根據數據表中的曲線直觀地創建模型，內置的優化器可將模型特征與數據表曲線進行擬合對齊。
Battery Tool
變速傳動系統
傳動系統-電機軸通過傳動系統耦合到傳動軸上。在SaberRD通用庫中，提供變速器模型(transmission_w)，該模型可以配置多個傳動比，傳動比通過外部狀態輸入進行控制。為了模擬自動手動變速器系統，軸轉速被感知，齒輪在設定的過渡速度中移位換檔。
目前大多數電動汽車只有一個檔位，在整個速度范圍內沒有檔位之間的轉換。
傳動系統
車身
傳動軸連接到一個簡化的汽車動力學模型，該模型考慮斜坡上的重力，以及滾動阻力和空氣阻力。
展開 車用永磁同步電機設計不簡單！
電機進行FOC控制時，電機的交直軸電流都是同時加載。在同一定轉子沖片磁路下，交直軸的磁路是相關影響的。仿真求解和加載條件必須相同。
七、永磁同步電機的設計輸出參數
1. 反電勢或空載磁鏈
2. 短路電流
3. 最大相電流和最高工作電流頻率）（是否和控制器IGBT一致）
4. Ld/Lq表
5. 負載特性（特別是峰值扭矩、功率時直軸電流和短路電流的關系）
6. 齒槽扭矩
7. 0N.m最高轉速下需要的最小相電流和磁密分布
8. 效率MAP
9. 電流密度和熱負荷判斷
10. 槽滿率
11. 繞組端部尺寸
總結
國內車用驅動電機技術和國外還有一定差距。在國內外同行的共同努力下，電機技術日新月異。市場對電機性能和成本的要求沒有極限。
展開 基于AUTOSAR的電機驅動系統報告
四、應用層軟件設計（ASW）
應用層軟件是電機控制算法及其安全監控等功能的具體實現，需要先確定系統的輸入和輸出數據，系統所包含的軟件組件 SWC 及其系統約束等。本系統的 ECU 即為電機控制器，并且根據相應功能可將其軟件組件劃分為：電機控制算法 SWC、數據解算 SWC、安全監控功能 SWC等軟件組件，如圖 2.3 所示，同時需要確定各軟件組件的數據輸入和輸出以及軟件組件之間的數據交流和服務調用。在應用軟件層 APP 中，軟件組件劃分的目的是通過功能模塊劃分減少耦合，有利于系統軟件的更新與升級。
完成各個軟件組件設計后，需要設計其中的運行實體RE（Runnable Entity），運行實體是軟件組件的最小代碼片段，是軟件組件功能的具體實現。其中，數據解算軟件組件 SWC中，輸入數據包括從基礎軟件層獲得的電流采樣、轉子位置傳感器信號等，需要通過電流計算、轉速和轉子位置解算的運行實體 RE 得到相應的電機相電流、轉速和轉子位置等信號。
電機控制算法SWC包含電機控制策略，本文采用的電機控制算法為磁場矢量定向控制FOC（Field Oriented Control，FOC），控制框圖如圖 2.4 所示，將此框圖進行功能劃分不同層次，分別與應用層 APP、基礎軟件層 BSW 和實時運行環境層 RTE 的分層架構相對應。可以看出，分層架構的劃分實現了電機控制軟硬件的分離，使得軟件開發者可以專注于系統軟件設計而無需考慮硬件相關問題。安全監控 SWC 則是針對電機過流保護、過溫保護、轉子位置監測等運行實體的設計。
展開 基于AUTOSAR的電機驅動系統報告
電機控制算法SWC包含電機控制策略，本文采用的電機控制算法為磁場矢量定向控制FOC（Field Oriented Control，FOC），控制框圖如圖 2.4 所示，將此框圖進行功能劃分不同層次，分別與應用層 APP、基礎軟件層 BSW 和實時運行環境層 RTE 的分層架構相對應。可以看出，分層架構的劃分實現了電機控制軟硬件的分離，使得軟件開發者可以專注于系統軟件設計而無需考慮硬件相關問題。安全監控 SWC 則是針對電機過流保護、過溫保護、轉子位置監測等運行實體的設計。后續若需要進行功能的添加和升級只需要對相應的軟件組件和運行實體進行添加和修改即可，從而可以避免由于軟件之間交叉耦合帶來的復雜性問題。
應用軟件層的設計是利用 Matlab/Simulink 環境建模，按照所設計的軟件組件及其運行實體搭建模型，利用 Simulink/Configuration Parameters-Code Generation 進行相應配置生成軟件代碼，然后可在 Tasking 編譯器中將相應的代碼文件添加到系統工程中。
基礎軟件層設計(BSW)
基礎軟件層向應用層軟件提供基礎設施服務，包括外設驅動服務、內存管理服務、通信服務等，是連接應用層與微控制器之間的橋梁。本系統為驅動電機控制系統，其基礎軟件層結構框圖如圖 2.5 所示，包含外設驅動、服務和通信等。
展開 
電機丨PMSM與BLDC的分割線
控制策略方面，現代普遍采用矢量控制FOC算法，這些本人不是這方面的人士，不再詳細說明了。
功率密度、轉動慣量：普遍認為的兩者相同體積、材料均相同，銅損、鐵損相同情況下，比較兩者輸出功率，由于控制方面使用正弦波與梯形波的原因，BLDC功率密度要高１５％；因為BLDC可多提供１５％的輸出功率，所以其可多提供１５％的電磁轉矩，如果兩者轉自的轉動慣量相同，那么BLDC的轉矩慣量要大１５％。但由于正弦波控制的穩定性，如果控制策略均使用正弦波控制，兩者區別并不明顯。
性能方面：與之前條件相同，普遍BLDC性能高，但齒槽轉矩、諧波分量等方面PMSM更具有優勢。
制造工藝：轉子制造兩者相同，但定子組件從上圖很容易看出PMSM更為復雜，主要包含 鐵芯沖壓——繞線——嵌線——整形——綁線 幾道工序，過程中易出現漆傷、槽楔槽絕緣損壞等問題。BLDC主要省去了嵌線、整形的工序，因其繞線過程直接繞在鐵芯上。
BLDC繞線機
總結：實際上BLDC直流無刷電機是一種特殊的PMSM永磁同步電機，區分也僅是集中繞組與分布繞組產生的不同。在設計過程中，選擇哪種形式更為適合，取決于客戶最終追求的目標和實際生產的加工方式。
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展開 非常全面的電機控制總結！
五、AC電機控制算法
標量控制
標量控制(或V/Hz控制)是一個控制指令電機速度的簡單方法
指令電機的穩態模型主要用于獲得技術，因此瞬態性能是不可能實現的。系統不具有電流回路。為了控制電機，三相電源只有在振幅和頻率上變化。
矢量控制或磁場定向控制
在電動機中的轉矩隨著定子和轉子磁場的功能而變化，并且當兩個磁場互相正交時達到峰值。在基于標量的控制中，兩個磁場間的角度顯著變化。
矢量控制設法在AC電機中再次創造正交關系。為了控制轉矩，各自從產生磁通量中生成電流，以實現DC機器的響應性。
一個AC指令電機的矢量控制與一個單獨的勵磁DC電機控制相似。在一個DC電機中，由勵磁電流IF所產生的磁場能量ΦF與由電樞電流IA所產生的電樞磁通ΦA正交。這些磁場都經過去耦并且相互間很穩定。因此，當電樞電流受控以控制轉矩時，磁場能量仍保持不受影響，并實現了更快的瞬態響應。
三相AC電機的磁場定向控制(FOC)包括模仿DC電機的操作。所有受控變量都通過數學變換，被轉換到DC而非AC。其目標的獨立的控制轉矩和磁通。
磁場定向控制(FOC)有兩種方法：
直接FOC: 轉子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過磁通觀測器直接計算得到的
間接FOC: 轉子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過對轉子速度和滑差(slip)的估算或測量而間接獲得的。
矢量控制要求了解轉子磁通的位置，并可以運用終端電流和電壓(采用AC感應電機的動態模型)的知識，通過高級算法來計算。然而從實現的角度看，對于計算資源的需求是至關重要的。
展開 這些電機控制算法，有人幫你整理好了！
02 AC電機算法
標量控制
標量控制（或V/Hz控制）是一個控制指令電機速度的簡單方法
指令電機的穩態模型主要用于獲得技術，因此瞬態性能是不可能實現的。系統不具有電流回路。為了控制電機，三相電源只有在振幅和頻率上變化。
矢量控制或磁場定向控制
在電動機中的轉矩隨著定子和轉子磁場的功能而變化，并且當兩個磁場互相正交時達到峰值。在基于標量的控制中，兩個磁場間的角度顯著變化。
矢量控制設法在AC電機中再次創造正交關系。為了控制轉矩，各自從產生磁通量中生成電流，以實現DC機器的響應性。
一個AC指令電機的矢量控制與一個單獨的勵磁DC電機控制相似。在一個DC電機中，由勵磁電流IF所產生的磁場能量Φ F與由電樞電流IA所產生的電樞磁通ΦA正交。這些磁場都經過去耦并且相互間很穩定。因此，當電樞電流受控以控制轉矩時，磁場能量仍保持不受影響，并實現了更快的瞬態響應。
三相AC電機的磁場定向控制（FOC）包括模仿DC電機的操作。所有受控變量都通過數學變換，被轉換到DC而非AC。其目標的獨立的控制轉矩和磁通。
磁場定向控制（FOC）有兩種方法：
直接FOC: 轉子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過磁通觀測器直接計算得到的
間接FOC: 轉子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過對轉子速度和滑差(slip)的估算或測量而間接獲得的。
展開 Altair 3月線上培訓及網絡研討會發布
仿真結果與試驗的對標解讀
車輛內飾異響仿真分析技術（3月18日 19:00-20:00）
1.汽車內飾異響管控現狀
2.E-line異響分析方法、工具、流程
3.異響分析輸入條件
4.基于虛擬樣機的異響載荷提取
5.全方位異響控制策略
Activate在新能源汽車電機電磁設計及控制系統開發中的應用（3月24日 15:00-16:30）
1.純電動車動力性經濟性仿真方法
2.搭建PMSM電機一維模型及矢量控制FOC算法模型
基于載荷多樣本分析的方向盤擺振解決方案（3月30日 10:00-11:30）
1.擺振仿真分析的規范建模
2.擺振激勵載荷分布測試
3.載荷多樣本分析流程
2月培訓視頻回看
如果您對培訓感興趣但錯過了2月的線上培訓直播，或者想進一步復習培訓內容，歡迎訪問Altair官方技術博客在線觀看直播錄屏！
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