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【恩智浦微控制器简介】【电机控制】【基础知识（三）】永磁同步电机的机理及控制方法
幕后英雄！克拉克变形和帕克变形是什么？
你好！
当电动汽车平稳起步，高性能空调运行异常安静时，微型计算机以超高速执行复杂的计算，并巧妙地控制电机。
这一次，让我们通过下面的 GIF 动画来揭开“克拉克变换”和“帕克变换” （以两位在控制技术核心“矢量控制”领域工作的伟大专家的名字命名的变换）的奥秘吧！
这一切都始于三相交流电的复杂波形。
首先，我们来看最上面一行。这是三相交流电的世界，也是驱动电机所需的基本能量。
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右图（三相正弦波） ：三个波 A、B 和 C 在传播过程中，其幅值和方向都在不断变化。这三个波相互关联，但正因如此，很难凭直觉判断在任何给定时刻应该对电机施加多大的力。这就像试图指挥三个同时演奏不同乐曲的音乐家一样。
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左图（旋转矢量） ：然而，当这三个波的力叠加在一起时，会发生一些有趣的事情。会产生一个单一的力（旋转矢量），它平滑且持续地旋转，同时保持恒定的大小。从物理角度来看，这就是定子线圈产生的“旋转磁场”。正是这个旋转磁场吸引着转子磁铁，并成为驱动电机旋转的力的来源。
问题：如何使用微控制器轻松准确地控制这“三个不断变化的波”？
第一步：克拉克变换——将三维图形简化为二维图形
第一个魔法是“克拉克变换”，它将复杂的 3D 世界转化为更容易理解的 2D 世界。
计算公式如下：
Clarke.jpg在正常的运动控制中，假设幅值不变变换（K=2/3）和平衡三相（i_a+i_b+i_c=0），则使用以下简化公式。
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右侧的图表（两相正弦波 α-β） ：看！三个波形已经合并成两个波形，α（α）和 β（β）。波形（交流电）仍然存在，但少了一个变量，使其更容易观察。
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左侧图表（克拉克变换 α-β） ：它展示了从两个轴（α，β）观察到的世界，这两个轴与从三个轴（A，B，C）观察到的旋转矢量垂直相交。这就像将从一定角度观察到的立体物体转换成从正上方观察到的平面视图。旋转矢量本身仍然以相同的方式旋转，没有任何变化。
[克拉克转换的关键点]
在不丢失任何信息的情况下，我们将处理起来有些困难的三相坐标系转换为数学中熟悉的笛卡尔坐标系（α-β 静止坐标系），从而简化了问题。
第二步：公园改造——“旋转木马的魔力”——定格动态世界
α 和 β 的值仍然像波浪一样变化，很难跟踪它们。这就是矢量控制的精髓——“帕克变换”发挥作用的地方！
计算公式如下：
这是一个重大的思维转变：“让我们不再从静止的地面（α-β 坐标）观察旋转矢量，而是跳上一个与旋转矢量以相同速度旋转的旋转木马！”这个新的旋转坐标系被称为“ dq 旋转坐标系”。
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右图（两相值 dq） ：多么惊人的结果！之前变化如此剧烈的两个波现在已经变成了**几乎恒定的值（直流）**，分别称为 d 和 q！
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左图（Park变换dq） ：可以看到dq坐标与旋转矢量完美同步旋转。如果你站在旋转木马上的马旁边，你会看到马静止不动，对吧？原理完全相同。从旋转物体的角度来看，它看起来是静止的。
【关于公园改建的注意事项】
通过与旋转矢量以相同速度旋转的坐标系（dq 坐标）进行观察，可以将交流值视为直流值。
为什么要经历如此繁琐的转换过程？这样做有什么巨大好处？
通过这两步转变，我们获得了巨大的好处：控制的极大简化。
控制不断变化的交流电数值很困难，但直流电数值呢？如果高于目标值，就降低它；如果低于目标值，就提高它。通过这种即使是小学生也能理解的简单操作（PID控制），就可以实现对电机的完美控制。
d 和 q 的直流值各自具有重要的物理意义。
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q轴值（正交轴）：它直接控制电机的扭矩（旋转力）。当您踩下电动汽车的油门时，车辆会迅速加速，这是因为微电脑提高了q轴的目标值。它就像一个“动力旋钮”。
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d轴值（直轴）：控制电机的磁通量（磁体强度）。对于永磁电机，转子磁体的强度是恒定的，因此基本上将d轴电流控制在零是最有效的。它真可谓是一个“效率调节旋钮”。
换句话说，克拉克和帕克变换的神奇之处在于，它们将电机的“功率”和“效率”元素（通常混合在一起）分离成两个独立的直流旋钮（d 和 q） 。
摘要：数学如何运用强大的力量随意操控复杂波形
- 三相交流电的复杂波形会在电机内部产生旋转力（旋转矢量）。
- 克拉克变换通过将三维世界重新绘制成二维（α-β）来简化问题。
- 公园改造包括乘坐旋转木马（dq 坐标）并将交流值转换为直流值。
- 使用 PID 控制器可以轻松准确地控制直流转矩 (q) 和磁通量 (d) 值！
这一系列精妙的数学运算是“矢量控制”的基础，而矢量控制正是现代高性能电机的基石。正是这项神奇的技术，让我们得以尽享动力强劲、静音高效、节能环保的电机所带来的种种益处。
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【基础知识 第4部分】练习！让我们用框图来了解矢量控制的工作原理！
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【恩智浦微控制器简介】【电机控制】【实践篇1】永磁同步电机的机理及控制方法（日文博客）
这是一个汇总了有关恩智浦电机控制文章的网站：
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本文将以浅显易懂的方式讲解如何使用NXP FRDM控制板“FRDM-MCXA156”进行电机控制。文章分为基础知识部分和实践部分，希望您能参考感兴趣的部分。
・基础知识①～⑦，实践①～③
这次，作为基础知识的第三部分，我们将使用 NXP 微控制器来解释永磁同步电机的工作原理和控制方法。