【入门指南】【基础版】永磁同步电机的工作原理及控制方法
我们来试一试！让我们用框图来了解矢量控制的机制！
你好！
在上一篇文章中，我谈到了神奇的计算方法——克拉克变换和帕克变换，它可以将三相交流电转换为直流电。
“但它究竟是如何使用的呢？”
我也这么认为！这次，让我们来看一下下面的框图，并了解这些转换如何在实际的电机控制系统中发挥至关重要的作用！
矢量控制的总体思路：反馈至关重要！(*)
（*这只是个人观点，其他重要因素也需要考虑。）
上图展示了矢量控制的整体流程。乍看之下可能有些复杂，但其原理其实很简单：它不断地弥合目标与现实之间的差距。这被称为“反馈控制”，是所有精密控制的基础。
例如，想想开车这件事。
- 目标： “我想以每小时 60 公里的速度跑步。”
- 事实：请查看速度表上的当前速度。
- 操作：如果落后于目标，则踩下油门；如果领先于目标，则松开油门。
矢量控制的工作原理完全相同。最右侧的① 電圧出力代表实际输送给电机的电流（加速器运行）。最终目标是精确控制这个电流。
为此，我们需要准确了解“电机当前所处的状态”（实际情况）。用于此目的的传感器位于左侧。
② 電流測定：测量实际流过电机的三相电流（A相、B相、C相）。这是扭矩的来源，代表“实际力”值。③ 速度・位置検出：此参数检测电机轴（转子）当前的旋转角度和速度。这是“实际位置”，是停车转换的关键。
微控制器接收到这种“现实”信息，
- 利用坐标变换和电机模型，我们可以计算并确定电机内部的磁通分量（d轴）和扭矩分量（q轴） 。
- 每个单元以极高的速度不断更新电压指令，以控制电流，使其与目标值相匹配。
这就是矢量控制的基本概念。
让我们按步骤来！交流电转直流电（图表左半部分）
现在，让我们从图中的左侧向中间看看测量信息是如何处理的。
-
测量三相电流：首先，我们从在
② 電流測定（波动交流电）处获得的 A、B 和 C 相的电流值开始。 -
克拉克变换（三相到两相） ：利用上次学习的克拉克变换，我们将这三个交流电值变换为两个正交的交流电值“α”和“β”。这就是图中标记为“静止坐标系”的坐标系。现在，三个变量简化为两个，处理起来就容易多了。
-
Park变换（静止帧→旋转帧） ：接下来，我们对这些α和β值进行Park变换。我们使用在
③ 速度・位置検出处获得的“转子角度(θ)”。我们将切换到“dq坐标”，即跟踪旋转矢量的旋转坐标。
因此，α 和 β 的交流值转换为“d”和“q”的直流值！
这意味着电机的“实际”状态现在以微控制器可以理解的形式表示，由两个简单的直流值表示：“磁通量分量（d）”和“扭矩分量（q）”。
*在 IPMSM 中，d 轴电流也有助于产生转矩。
控制系统的核心：“控制过程”（图表中心）
图中中心的蓝色方框制御プロセス是矢量控制系统的核心。在这里，微控制器执行其最强大的功能：“比较和计算直流值”。
-
与指令值的比较：我们将根据外部给出的指令值（例如“我们想要这个扭矩”和“我们想要以这个速度旋转”）确定的目标 d 轴和 q 轴电流值与先前计算的“实际 d 和 q 值”进行比较。
-
误差计算：此计算“目标”值与“实际”值之间的差异（误差）。例如，“实际扭矩小于目标扭矩”或“磁通量大于目标值”。
-
PI 控制调整：为了消除这种误差，需要计算调整量，例如“将 d 轴电压增加这么多”或“将 q 轴电压降低这么多”。这种计算采用了一种称为PI 控制的巧妙技术，它会随着误差的增大而增加调整量，如果误差已经累积，则会进一步增加调整量。
这样，就可以确定“下一时刻接近目标时的理想 d 轴电压和 q 轴电压”。
回到电机部分！直流转交流的逆向转换（图表右半部分）
控制过程中确定的“d 和 q 端指令电压”不能直接发送到电机。这是因为电机只能识别三相交流电。
所以，这次我们将进行反向转换，将微控制器语言（直流）转换回电机语言（三相交流）。
-
逆帕克变换（旋转系统→静止系统） ：首先，利用逆帕克变换将指令电压d和q转换回交流指令值α和β。这相当于从旋转的旋转木马上下来，从地面重新观察这些矢量。
-
逆克拉克变换 (SVM) ：最后，将 α 和 β 的指令值转换回电机可以直接理解的 A、B、C 相的具体电压指令值。此时，通常使用一种称为**空间矢量调制 (SVM)**的技术，它比简单的逆克拉克变换效率更高、性能更强。
逆变换的终极武器：一种名为 SVM（空间矢量调制）的艺术形式。
SVM 是一种专注于如何利用逆变器电路的六个开关（只能开/关的笨拙开关）忠实地再现微控制器创建的“理想电压矢量 (α,β)”的技术。
- GIF动画中的红色箭头：这代表微控制器想要达到的理想电压矢量。它旋转得很平滑，对吧？
- 六边形顶点处的蓝色箭头：这些是逆变器开关组合所能物理产生的仅有的六个基本电压矢量（加上一个中心零点）。它们是成角度的。
SVM 是一种数字艺术，它通过以超高速（每秒数万次）切换和组合这些有限的基本矢量，使人眼无法察觉地施加与理想红色箭头相同的电压，从而平均而言，使人眼看起来好像施加了相同的电压。
得益于这项技术，我们可以在有限的电源电压下发挥最大的性能，并实现极其平稳安静的电机旋转。
摘要：高速循环产生的平滑旋转
病媒控制程序可概括如下：
测量（交流）→ 转换（直流）→ 控制（直流）→ 逆转换（交流）→ 输出
这就像把一门外语翻译成日语来理解它，整理你的思路，然后再把它翻译回原来的外语来与对方交流。
整个“测量→计算→输出”循环在微控制器内部以惊人的速度（每秒超过10000次）重复进行。这种高速反馈循环是确保电机平稳有力旋转，始终听从我们指令的关键，即使负载或速度指令突然变化也能正常工作。
有关详细的设置说明以及如何运行示例代码，请参见下方↓
【恩智浦单片机简介】【电机控制】【实际应用（一）】永磁同步电机的机理及控制方法（日语博客）
这是一个汇总了有关恩智浦电机控制产品文章的网站↓
=========================
我们目前无法 回复 此帖子“
评论”部分留下的评论。 对于由此造成的不便，我们深表歉意，但 在进行咨询时， 请 参考“ NXP 技术问题 - 如何联系我们 （ 日语博客 ） ” 。
（如果您已经是 恩智浦的 分销商或 与 恩智浦 有合作关系 ，您可以直接咨询您的代表。 ）
本指南清晰地解释了如何使用恩智浦半导体（NXP）的FRDM控制板“FRDM-MCXA156”进行电机控制。指南分为基础知识部分和实践部分，您可以根据自己的兴趣选择阅读部分内容。
• 基础章节 1-7，实践章节 1-3
这次，作为基础系列（第 4 部分）的一部分，我们将介绍“矢量控制机制”。
（阅读时间：10分钟）