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借力多核MCU/编码器PMSM助工业机器人精准位移

永磁同步马达(PMSM)通常用于高效能、低功耗的马达驱动。高效能马达控制

的特征为可在整个速度范围内平稳旋转，零速度时有完全的扭矩(Torque)控制，且能达

到快速加速和减速。为了达到上述要求，PMSM采用向量控制技术，该技术通常还被

称为磁场定向控制(FOC)技术。向量控制演算法的基本思路是将一个定子电流分解为磁

场生成的分量和扭矩生成的分量，分解后，这两个分量能单独进行控制；而马达控制

器(亦即向量控制控制器)的结构几乎与一个他励直流马达(DCMotor)相同，这样便简化

了PMSM的控制程序。

 扭矩生成定理

 PMSM的电磁扭矩分别由定子及转子两个磁场交互作用生成。定子磁场由磁通

量或定子电流表示，转子磁场由恒定的永久磁铁(弱磁情况除外)的磁通量表示。若将这

两个磁场比喻为两个条形磁铁，则可以想像当磁铁互相垂直时，吸引/排斥磁铁的力是

最大的。这意味着，设计人员应该要依此定理控制定子电流，也就是要创建垂直于转

子磁场的定子向量。转子旋转时，也就必须更新定子电流，使定子磁通向量与转子磁

铁保持90度垂直。

 当定子和转子磁场垂直时，内嵌式PMSM的电磁扭矩方程式为：扭矩

=33ppPMIqs(pp为磁极对的数目，PM为永久磁铁的磁通，Iqs则为交轴的电流幅值。)

当磁场垂直时，电磁扭矩与q轴电流的幅值成正比。微控制器(MCU)须调节定子相电

流强度，同时调节相位/角度，但这不像直流马达控制那样容易达成。

 简化电流控制创造最佳FOC效能

 直流马达控制很简单，因为其所有受控的量都是稳定状态的直流电(DC)值，而

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且电流相位/角度受机械换向器的控制；但在PMSM领域中，要如何才能实现磁场定向

控制技术？

 DC值/角度控制

 首先，须知道转子的位置，其常常与A相有关。我们可使用绝对位置感测器(如

解析器)或相对位置感测器(如编码器)，并处理所谓的「对齐」。对齐过程中，将转子与

A相轴线对齐，如此一来A相轴线与直轴(励磁分量所在轴)就对齐。在这种状态中，

转子位置设为0；亦即，构建静态电压向量，令所需的电压在d轴，位置设为0，这导

致定子磁场吸引转子，并将直轴与A相轴线对齐。三相量可通过Clarke变换转换成等

效的二相量。接着，再透过Park变换将两相静止参照系中的量转换成两相旋转坐标系

中的直流量，这期间要用到转子位置。

 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！

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