FOC控制基于电阻的电流采样实施方案比较

FOC控制基于电阻的电流采样方案比较最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。

1.TI C2000系列双电阻采样法原理说明在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。

采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。

关键点(1)采样时机：必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。

在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。

(2)采样方式因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。

开关状态为000时电流的流通路径(3)采样电流电路从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。

2.STM32的方案：三电阻采样法(1)电流处理：采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。

这个电路可以采用同相比例放大+偏移。

(2)AD触发：在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。

(3)相采样选择：每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定?。

三电阻采样foc控制逻辑摘要：一、引言二、三电阻采样原理1.电阻采样原理2.三电阻采样方法3.采样定理三、FOC控制逻辑概述1.FOC控制原理2.FOC控制应用四、三电阻采样与FOC控制结合的优势1.提高控制精度2.减小系统损耗3.简化电路设计五、实例分析1.系统配置2.控制流程3.实验结果与分析六、结论正文：一、引言随着电力电子技术的发展，永磁同步电机（PMSM）在各领域得到了广泛应用。

为了实现对PMSM的高性能控制，本文提出了一种基于三电阻采样的场定向控制（FOC）逻辑。

通过对电阻采样的原理分析，结合FOC控制方法，设计了一套适用于PMSM控制的系统。

二、三电阻采样原理1.电阻采样原理电阻采样是通过对电机的电流进行采样，经过电阻分压得到一个与电流成比例的电压信号。

电阻采样方法有多种，本文采用三电阻采样方法。

2.三电阻采样方法三电阻采样方法是将电流通过三个串联的电阻，得到一个与电流成比例的电压信号。

这种方法具有电路简单、成本低廉等优点。

3.采样定理根据采样定理，采样频率必须大于等于信号带宽的2倍，才能保证信号的完整性。

在FOC控制中，采样定理应用于对电流、电压等信号的采样，以保证控制精度和稳定性。

三、FOC控制逻辑概述1.FOC控制原理FOC是一种基于矢量控制的电机调速技术，通过将电机的电流、电压、磁场等物理量转化为抽象的矢量，实现对电机的解耦控制。

FOC具有控制性能优良、响应速度快等特点。

2.FOC控制应用FOC广泛应用于电动汽车、工业机器人、风力发电等领域，实现了对电机的高性能控制。

四、三电阻采样与FOC控制结合的优势1.提高控制精度通过三电阻采样得到的电流信号，可以更准确地反映电机的实际电流情况。

结合FOC控制，可以实现对电机电流的精确控制，提高控制精度。

2.减小系统损耗三电阻采样可以减小电阻分压带来的电压降，降低系统损耗。

同时，FOC 控制通过解耦控制，可以减小电机的铜损和磁损。

3.简化电路设计采用三电阻采样和FOC控制，可以简化电路设计，降低成本。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要近些年来，高新技术产业得到了迅速发展，很多技术产品也随着成产，但是，人们对产品性能的要求也愈加高。

无刷直流电机是很多技术产品的核心部分，遍及于交通工具和工业设备等各个高新技术领域，相对于传统的控制方法，FOC具有效率高，噪声小，响应快等特点，因此近年来FOC算法发展非常迅速。

本文主要提出一种控制无刷直流电机的算法，通过对无刷直流电机控制系统的框架设计，尝试应用STM32达到FOC驱动控制板的基础上，推导FOC控制算法中的主要公式。

通过FOC算法控制无刷直流电机，既避免传统无刷直流电机的控制算法的不足，又提高电机系统运作效率；此外，FOC再结合无位置传感器算法，使得控制效能提高，减少了工艺成本，增大应用范围。

关键词：FOC；无刷电机；STM32；无位置传感器；电机参数AbstractIn recent years, the high-tech industry has developed rapidly, and a lot of technical products have been produced along with it. Brushless dc motor is the core part of many technical products, covering various high-tech fields such as transportation vehicles and industrial equipment. Compared with traditional control methods, FOC has the characteristics of high efficiency, low noise and fast response. Therefore, FOC algorithm has developed rapidly in recent years. This paper mainly proposes an algorithm to control the brushless dc motor. Through the frame design of the brushless dc motor control system, it tries to use STM32 to achieve the FOC drive control panel, and then deduces the main formula of the FOC control algorithm. The brushless dc motor is controlled by FOC algorithm, which not only avoids the shortage of the traditional brushless dc motor control algorithm, but also improves the operation efficiency of the motor system. In addition, FOC combined with sensorless algorithm improves control efficiency, reduces process cost and increases application scope. Keywords:FOC；BLDCM； STM32；Sensorless；Motor Parameter目录1.绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3选题背景和研究内容 (2)1.4论文结构 (2)2.无刷直流电机控制系统的基本结构 (4)2.1 无刷直流电机控制系统的基本结构 (4)2.1.1机械结构主体 (4)2.1.2无刷直流电机驱动部分 (5)2.2 无刷直流电机的控制原理 (5)2.3 无刷直流电机电流采样 (6)2.4 无刷直流电机起动 (9)2.4.1三段式起动法 (9)2.5 自动测量电机参数 (9)2.5.1绕组电阻 (10)2.5.2线圈电感 (10)2.5.3电机惯性 (10)2.5.4电机的摩擦力矩和阻尼系数 (11)2.5.5测量电机极对数 (11)3.无感磁场定向控制（FOC）算法基本原理 (12)3.1 坐标变换 (12)3.1.1CLARK变换 (12)3.1.2PARK变换 (13)3.1.3PARK反变换 (13)3.2 SVPWM (13)3.2.1SVPWM控制原理 (14)3.2.2SVPWM算法分析 (16)3.3无位置传感器算法 (17)3.3.1反电动势检测法 (17)3.3.2龙伯格状态观测器 (18)3.3.3高频注入法 (19)4.无刷直流电机控制系统的硬件平台 (20)4.1整体硬件平台 (20)4.1.1 主控板 (20)4.1.2 驱动板 (22)4.1.3 无刷直流电机 (25)插图目录图1.1系统结构及流程 (2)图2.1无刷直流电机控制系统的基本结构 (4)图2.2绕组的上下桥结构 (6)图2.3三相Duty Cycle变化情况 (7)图2.4情形一各相变化情况 (7)图2.5情形二各相变化情况 (8)图2.6情形三各相变化情况 (8)图2.7情形四各相变化情况 (9)图3.1第一扇区例子 (15)图4.1整体硬件平台结构图 (20)图4.2主控板电路 (21)图4.3外部选择电源电路 (21)图4.4LD1117稳压器电路 (22)图4.5L39050稳压器电路 (22)图4.6功率驱动电路 (23)图4.7电流检测电路 (24)图4.8电流保护电路 (25)图4.9反电动势检测电路 (25)图4.10三相无刷直流电机 (25)图5.1keil软件工程 (26)图5.2FOC运行流程图 (27)图6.1自动测量电机参数 (37)图6.2设定速度 (38)图6.3正反转速度设定 (38)图6.4设定速度为零 (39)图6.5测量速度为零 (39)表目录表3.1各相状态及对应幅值模 (14)表3.2 根据扇区切换开关顺序 (16)表3.3 扇区分布情况 (16)1.绪论1.1研究背景由于无刷直流电机拥有控制精度高和寿命长等优点，并且还保留有刷直流电机的一些机械优势，因此已经普及在各种各样的工业领域，如汽车行业、自动化控制和航空航天等[1]。

foc 单电阻采样移相什么是单电阻采样移相技术？单电阻采样移相技术，也称为“foc 单电阻采样移相”，是一种用于交流电机控制的高级技术。

它基于矢量控制方法，通过选择合适的移相角度，使得电机的磁场方向与实际负载需求相匹配，从而实现高效率运行和精确控制。

单电阻采样移相技术的原理与实现步骤如下：1. 矢量控制基础：在开始讲述单电阻采样移相技术之前，我们需要先了解矢量控制的基础原理。

矢量控制是一种将电机齿轮磁场的方向和大小分为直流分量和交流分量进行控制的方法，以实现精细控制。

在交流电机中，通过设置电机的电压频率和幅值，可以精确控制电机的转矩和速度。

2. 传统矢量控制的问题：传统的矢量控制存在一个问题，即电机的电感变化与电流成正比。

当电机负载变化时，电感也会相应变化，导致电流的波形和幅值发生变化。

这使得传统矢量控制无法提供准确的负载响应和高效率运行。

3. 单电阻采样移相技术原理：单电阻采样移相技术通过测量电机的电感变化，以校正电流波形和幅值变化。

具体实现方法是，在电机的线圈中串接一个电阻，利用这个电阻的电压波形，对电流进行校正，以实现分离控制电机的电感和负载的变化。

4. 实施步骤：a. 使用电流传感器或霍尔传感器测量电机的电流。

b. 获取电机线圈中电阻的电压。

c. 利用获取的电阻电压和电流数据，计算电机的电感。

d. 根据电感的变化，调整电机的电压频率和幅值。

5. 优势与应用：a. 提高控制精度：单电阻采样移相技术可以准确测量电机的电感变化，从而实现精确控制和高动态响应。

b. 提高运行效率：通过校正电感变化，可以减少电机电流的波形和幅值变化，提高电机的运行效率。

c. 降低成本：相比于其他高级电机控制技术，单电阻采样移相技术的实施成本相对较低，易于在实际工程中推广应用。

d. 应用领域广泛：单电阻采样移相技术广泛应用于交流电机控制领域，包括风力发电机组、电动汽车、工业机械等。

总结：单电阻采样移相技术通过校正电机的电感变化，实现了高精度的交流电机控制。

基于MOSFET导通电阻的无刷直流电机相电流采样技术研究作者：杨天张捍东来源：《物联网技术》2017年第03期摘要：无刷直流电机矢量控制（FOC）对相电流的采样要求很高，文中利用MOSFET导通时自身的内阻代替传统的精密电阻以实现相电流的采样。

在实际应用中，该技术可以节约成本，简化电路，特别在大功率场合，大电流流过精密电阻时会产生很大的额外功率损耗，这使得利用MOSFET导通电阻实现电流采样具有很高的实际应用价值。

文章鉴于MOSFET导通电阻受温度、电流变化的影响，通过对温度、电流的实时检测，实现对阻值的补偿控制。

最后通过实验验证了基于MOSFET导通电阻相电流采样的精确性，并能够很好地应用于无刷直流电机的矢量控制系统中。

关键词：电流采样；无刷直流电机；MOSFET；导通电阻；温度；矢量控制中图分类号：TP202；TM33 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）03-00-040 引言无刷直流电机相比于感应电机、有刷电机等电机拥有寿命长、维护少，产生的转矩大，同体积能够产生更大输出功率，加减速特性好，电磁干扰小等优点。

近年来，无刷直流电机被应用于越来越多的场合。

随着电机控制技术的不断进步，矢量控制（FOC）、直接转矩控制（DTC）、智能控制等先进控制方案的提出和深入研究，尤其是矢量控制技术的不断成熟，在许多行业取代传统方波控制已成为趋势。

无刷直流电机矢量控制需要通过采集三相电流值来实现算法控制。

MOSFET导通时自身存在内阻，导通电阻阻值受温度、电流影响呈规律性变化[1]，工程中完全可以通过适当的补偿完成对导通电阻阻值的实时校正，从而实现对相电流值的准确采样。

与传统的三电阻采样相比，利用MOSFET内阻采样电流时完全可以去掉三个采样电阻，优化硬件电路，节约成本；同时避免了电流在功率电阻上产生的功率损耗，该技术更适用于大功率场合。

文献[2]提出了大功率场合基于MOSFET导通电阻的电流采样技术，并针对MOSFET多管并联电路分析论证了该技术的实际可行性。

FOC控制基于电阻的电流采样方案比较最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。

1.TI C2000系列双电阻采样法原理说明在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，通过一个运放电路连接至A/D。

采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。

关键点(1)采样时机：必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。

在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就可以在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。

(2)采样方式因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期通过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。

开关状态为000时电流的流通路径(3)采样电流电路从上图可以看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，并且进行比例增益。

2.STM32的方案：三电阻采样法(1)电流处理：采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，所以其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。

这个电路可以采用同相比例放大+偏移。

(2)AD触发：在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它可以用来触发AD，可以比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周期能非常灵活的取采样点。

(3)相采样选择：每次需要采集两个电流，采集哪两个电流由SVPWM当前扇区决定。

foc 单电阻采样移相摘要：一、引言二、foc单电阻采样移相的原理1.采样电阻的作用2.采样移相的实现三、foc单电阻采样移相在电机控制中的应用1.电机的正反转控制2.电机速度的控制四、foc单电阻采样移相的优缺点分析1.优点2.缺点五、总结正文：一、引言近年来，随着科技的快速发展，电机控制技术在工业生产和自动化领域中得到了广泛应用。

在电机控制中，foc（Field Oriented Control，场定向控制）单电阻采样移相是一种常用的控制策略。

本文将详细介绍foc单电阻采样移相的原理以及在电机控制中的应用。

二、foc单电阻采样移相的原理1.采样电阻的作用foc单电阻采样移相是通过采样电阻对电机电流进行采样，进而实现对电机控制的一种方法。

采样电阻的作用是将电机电流转换为电压信号，以便于后续处理和分析。

2.采样移相的实现采样移相是通过改变采样电阻的连接方式，实现对电机电流的相位调整。

通常采样电阻有两个连接端，通过连接到不同的电压源，可以实现对电机电流的正弦和余弦分量的采样。

三、foc单电阻采样移相在电机控制中的应用1.电机的正反转控制在电机正反转控制中，foc单电阻采样移相可以根据采样电阻的连接方式，改变电机电流的相位，从而实现电机的正反转。

2.电机速度的控制在电机速度控制中，foc单电阻采样移相可以根据采样电阻的连接方式，改变电机电流的大小和相位，从而实现对电机速度的控制。

四、foc单电阻采样移相的优缺点分析1.优点foc单电阻采样移相具有结构简单、成本低、易于实现等优点，因此在电机控制领域得到了广泛应用。

2.缺点foc单电阻采样移相的控制精度相对较低，对于高性能电机控制，可能需要采用更为复杂和精确的控制策略。

五、总结foc单电阻采样移相是一种在电机控制中常用的控制策略，具有简单、成本低、易于实现等优点。

然而，其控制精度相对较低，可能不适用于高性能电机控制。

FOC软件中要处理的问题1. 电流采样时间及通道FOC需要通过采集相电流来进⾏控制，采样时间及通道极为关键，在⼆或三电阻采样⽅案中，采⽤如下⽅式：在1、6扇区，B、C为采样通道；在2、3扇区，A、C为采样通道；在4、5扇区，A、B为采样通道；要在下臂导通时间内进⾏采样，在PWM定时器⼯作在中⼼对齐模式下，最佳采样点为PWM定时器过零点，详细分析见2. 数据处理FOC算法中涉及到很多运算，为了加快运算或者使⽤不⽀持浮点运算的处理器，通常⽤Q格式标定来把浮点数转换为定点数进⾏计算X Q=X∗2QX Q为转换后的定点值X为待转换的浮点数Q表⽰⼩数点所在位置，如12，则表⽰⼩数点在第12位运算法则:加法：X Q+X Q=X Q乘法：X Q∗X N=X Q+N在乘法运算中，为了保证运算结果为同⼀格式数据，通常将运算结果左移⼀位再取⾼16位，如：C=A*B，A、B、C为X15格式，则C=((A*B) <<1)>>163. 正余弦运算在坐标变换中，要⽤到正余弦运算，⽽坐标变换是FOC算法的主⼲部分，FOC算法通常运⾏于中断中，因此运算速度要⾜够快。

为了保证速度，采⽤查表法4. ⽆感FOC的位置和速度估计最常⽤的是滑模估计和PLL估计5. PWM频率选择更新重复频率使⽤stm32 设计的过程中，软件设计为TIM1的通道4触发ADC电流采样，在ADC中断中运⾏FOC算法。

电流采样选择三电阻采样，在TIM1溢出后ADC转换触发要晚（DT+TN-TS）/2，考虑AD转换需要的时间，在最坏情况下，FOC算法是在TIM1计数器溢出之后5us才开始执⾏。

FOC算法执⾏时间⼤约20us，在⽆传感模式下，为了在下个更新事件之前完成新占空⽐设置，必须保证最⼩占空⽐⼤约为（5+20）us，即能达到的最⼤FOC执⾏频率⼤约是20kHz，此时重复计数器可设定为1.对于⾼于20kHz的PWM频率，重复计数器必须设定为3Processing math: 100%。

FOC控制基于电阻的电流采样方案比较FOC控制基于电阻的电流采样方案比较最近有时间把TI ST还有Microchip三家关于PMSM控制中使用电阻采样相的电路看了一下，发现各家都有自己的特点，就做个总结吧。

1.TI C 系列双电阻采样法原理说明在U相和V相的下桥分别串联一个功率电阻，经过一个运放电路连接至A/D。

采样时机放在PWM的下溢中断进行，U V两相电阻上的电流即为电机U V相的线电流。

关键点(1)采样时机：必须在下桥臂全部导通的时候进行采样。

在软件设计的时候,采用下溢中断(处于第7段和第1段零矢量区域中),将电流采样的任务安排在一个PWM周期的开始处,在比较匹配到来之前的期间,U、V两相的上桥臂都是关断的,也就是说下桥臂是导通的,这样就能够在每个PWM周期顺利采样一次两个相电流值。

(2)采样方式因为电机绕组线圈呈感性，线圈上的相电流不能突变，因此从矢量U0 转换到零矢量后，其对应的工作状态转换如图所示，其中二极管能起到续流作用，此时，下桥臂采样电阻上流过的是相电流，因此在每个PWM周期前期经过下桥臂的采样电阻检测相电流是可行的。

开关状态为000时电流的流通路径(3)采样电流电路从上图能够看出，流经各相采样电阻的电流是正负的，故采样电阻上端的电压是一个带正负信号的正弦波形(下端为地)，后级运放电路作用是将整体电压抬高，而且进行比例增益。

2.STM32的方案：三电阻采样法(1)电流处理：采样电阻上端采集到的电压是一个带正负的正弦波形，因此其后端一定要接一个运放电路，一方面是滤波，更重要的则是把采集到的信号缩放到AD能采集的电压范围。

这个电路能够采用同相比例放大+偏移。

(2)AD触发：在STM32的高级定时器中，除了产生三相PWM波的CH1,CH2,CH3之外还有一个CH4，这个通道只能产生一路PWM波，它能够用来触发AD，能够比较容易的和前面几个PWM波同步，而且配置好周。

FOC控制霍尔电流采样电流一、引言电机作为现代工业中的核心驱动部件，其控制性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。

FOC控制策略通过坐标变换将定子电流分解为磁场产生分量和转矩产生分量，实现对电机磁场和转矩的独立控制。

在这一控制策略中，实时、准确的电流信息是至关重要的。

霍尔电流传感器以其独特的优势，在电机控制系统中扮演着举足轻重的角色。

二、FOC控制概述FOC控制，又称矢量控制，是一种通过坐标变换将三相交流电机的定子电流解耦为两个独立的直流分量的控制策略。

这两个分量分别是用于产生磁场的励磁电流（Id）和用于产生转矩的转矩电流（Iq）。

通过独立控制这两个电流分量，可以实现电机的高效、平稳运行。

FOC控制要求实时获取电机定子电流的信息，以便进行精确的坐标变换和控制算法的实现。

三、霍尔电流传感器原理及应用霍尔电流传感器是基于霍尔效应原理工作的。

当电流通过一根导线时，会在导线周围产生磁场。

霍尔元件置于这一磁场中，由于洛伦兹力的作用，会在霍尔元件的两侧产生电势差，即霍尔电压。

这一电压与通过导线的电流成正比，因此可以用来测量电流的大小。

在电机控制系统中，霍尔电流传感器通常被安装在电机相线上，用于实时测量定子电流。

其非接触式的测量方式避免了传统电流互感器可能引入的额外电阻和电感，从而提高了电流采样的精度和响应速度。

此外，霍尔电流传感器还具有体积小、重量轻、安装方便等优点，非常适合在电机控制系统中使用。

四、霍尔电流采样技术优化策略尽管霍尔电流传感器具有诸多优点，但在实际应用中仍可能受到温度、磁场干扰等因素的影响，导致采样精度下降。

因此，需要采取一系列优化策略来提高霍尔电流采样技术的性能。

1. 温度补偿：霍尔元件的灵敏度会随温度的变化而变化。

为了消除温度对采样精度的影响，可以采用温度补偿电路或算法，对霍尔电压进行实时修正。

2. 磁场屏蔽：外部磁场的干扰会影响霍尔元件的测量精度。

因此，需要对霍尔电流传感器进行磁场屏蔽设计，以减少外部磁场的影响。