FOC转子初始位置检测详解

一路上

前言

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchro-nous Motor,PMSM)在转子处装有高能永磁体，因而具有高推力、低损耗、小电气时间常数、响应快等特点。

永磁同步电机控制中需要实时获取转子位置信息，以保证定子绕组电流矢量和转子位置同步；PMSM矢量变换控制中Park变换和Ipark变换的转子位置角0为转子磁场轴线转子d轴)与A相绕组轴线之间的夹角，它可通过转子磁场在定子绕组中产生的感应电动势波形来确定。

一、转子的初始位置

其实转子的初始位置是不确定的，但是在电机启动的时候需要得到电角度，这样才可以进行矢量控制；所以，这里将转子与A轴重合作为初始位置，此时电角度也恰好为零，具体如下图所示：

至于原理下面会详细分析，这样在转子到初始位置后，也可以得到准确的电角度，就可以实现磁场和转子的同步转动。

二、让转子运行到初始位置

其实这是一个很简单的问题，在这里我将它放大了，简单地分析了一下推导了一下，首先我们期望的结果是转子和A轴重合，准确地说是转子磁链和A轴重合。

之前在分析单电阻采样，对不同时刻的转子位置，处于不同的扇区时，电流的状态做了简单的分类讨论，首先看下图：

显然，当转子磁链与A轴重合的时候，逆变器的开关状态为：

SA​:SB​:SC​—1:0:0

这里规定上管打开，下管关闭的时候，SA=1；上管关闭，下管打开的时候，SA=0；因此可以得到

IA​=IDC​

IC​=IB​=−（2/IDC）​​

静止坐标系αβ，α轴的电流分量为iα ，iβ，则Clark变换满足以下公式：

iα​=iA​

iβ​=​（1√3）​∗iA​+（2√3）​∗iB​

所以根据Clark变换公式可以得到：

iα​=IA​=IDC​

iβ​=（1√3）​∗IA​+（2√3）​∗IB​=（1√3）​IDC​−（1√3）​IDC​=0

根据park变换：

id​=iα​∗cosθ+iβ​∗sinθ

iq​=−iα​∗sinθ+iβ​∗cosθ

因为当前电角度为零，所以将 IA=IDC，IB=0，θ=0 代入park变换的公式中，最终得到；

id​=IDC​

iq​=0

所以可以设置 id=IDC, iq=0；然后通过park反变换得到Uα,Uβ 输入到 SVPWM，就可以将转子驱动的和A轴重合的位置。

1. ipark_parameter.Ds = 0;
   
2.                 ipark_parameter.Qs = 20000;
   
3.                 ipark_parameter.Angle = 0;
   
4.                
   
5.                 ipark_calc(&ipark_parameter);
   
6.                
   
7.                 sv.Ualpha = ipark_parameter.Alpha;
   
8.                 sv.Ubeta = ipark_parameter.Beta;
   
9.                 svpwm_calc(&sv);
   
10.                 svpwm_update(ipark_parameter.Qs, &sv);

复制代码

以上代码是实际测试中使用的，20000是电流的Q格式，最终可以实现预期的效果。

那么，如果iq=IDC;id=0;θ=0;转子会出现什么样的情况呢？

三、 iq=IDC;id=0;θ=0

因为存在机械角度和电角度存在：电角度=机械角度*极对数；所以如果电机极对数为1时：转子磁链与A轴夹角的机械角度为90°

所以如果电机极对数为2时：转子磁链与A轴夹角的机械角度为45°

结语

FOC通常获取转子位置信息是通过安装磁编码器或光电编码器等位置传感器。还有一种无位置传感器控制技术，简称无感FOC；无感FOC主要包括转子初始位置检测和运行时位置检测两部分。