本帖最后由 穿西装的强子 于 2025-1-8 18:47 编辑
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无感foc与有感foc的区别只是有没有接入编码器、HALL传感器的区别；
有感foc通过编码器、HALL识别初始角度，计算电角度；
无感foc有许多方案进行电角度识别，高频注入、磁链观测等多种方案，这次只说明磁链观测器的方案解读；
先是foc的配置，一般有但电阻、双电阻、三电阻识别，常用的双电阻识别较多；
理论上双电阻可以计算出第三路电流；
foc大致流程
通过三路电流，Ia,Ib,Ic值，使用clark变化，得到Iα和Iβ；
使用Park变化得到d轴电流和q轴电流；
通过pid电流环使用Id/Iq得到Vd/Vq;
根据编码器或其它方式得到电角度；
使用逆向park变化通过电角度参数得到Vα和Vβ；
计算SVPWM；
根据Vα和Vβ获取当前所在电角度扇区，计算SVPWM的Ta,Tb,Tc值，输出到三相桥的pwm控制；
磁链观测器源码
/***************************************/
//函数功能：观测器初始化
//输入参数：无
//返回值： 无
//备注：
/***************************************/
void flux_observer_init(void)
{
Foc_observer.Rs = MOTOR_RS;
Foc_observer.Ls = MOTOR_LS;
Foc_observer.Flux = MOTOR_FLUX;
Foc_observer.PLL_kp = 0.27f;
Foc_observer.PLL_ki = 0.028f;
Foc_observer.PLL_Err = 0.0f;
Foc_observer.PLL_Interg = 0.0f;
Foc_observer.PLL_Ui = 0.0f;
Foc_observer.Ctrl_ts = 0.0001f;
Foc_observer.Gain = 20000.0f;
Foc_observer.Err = 0.0f;
Foc_observer.Theta = 0.0f;
Foc_observer.speed_hz = 0.0f;
flux_in_wb[0] = 0.0f;
flux_in_wb[1] = 0.0f;
fluxS_in_wb[0] = 0.0f;
fluxS_in_wb[1] = 0.0f;
fluxR_in_wb[0] = 0.0f;
fluxR_in_wb[1] = 0.0f;
speed_calc_cnt = 0;
speed_acc = 0.0f;
speed_now = 0.0f;
}
/***************************************/
//函数功能： 磁链观测器
//输入参数：无
//返回值： 无
//备注：
/***************************************/
void flux_observer(void)
{
float VoltRs[2];
float VoltdPhi[2];
float g_fluxfluxR = 0.0f;
float sin_theta = 0.0f;
float cos_theta = 0.0f;
//calc alpha axis flux
VoltRs[0] = Foc_observer.Rs * Foc_calc.Ialpha;
VoltdPhi[0] = Foc_calc.Valpha - VoltRs[0];
VoltdPhi[0] += fluxR_in_wb[0] * Foc_observer.Err * Foc_observer.Gain;
flux_in_wb[0] += VoltdPhi[0] * Foc_observer.Ctrl_ts;
//calc beta axis flux
VoltRs[1] = Foc_observer.Rs * Foc_calc.Ibeta;
VoltdPhi[1] = Foc_calc.Vbeta - VoltRs[1];
VoltdPhi[1] += fluxR_in_wb[1] * Foc_observer.Err * Foc_observer.Gain;
flux_in_wb[1] += VoltdPhi[1] * Foc_observer.Ctrl_ts;
//calc flux in stator
fluxS_in_wb[0] = Foc_observer.Ls * Foc_calc.Ialpha;
fluxS_in_wb[1] = Foc_observer.Ls * Foc_calc.Ibeta;
//calc flux in rotor
fluxR_in_wb[0] = flux_in_wb[0] - fluxS_in_wb[0];
fluxR_in_wb[1] = flux_in_wb[1] - fluxS_in_wb[1];
g_fluxfluxR = fluxR_in_wb[0] * fluxR_in_wb[0] + fluxR_in_wb[1] * fluxR_in_wb[1];
Foc_observer.Err = Foc_observer.Flux * Foc_observer.Flux - g_fluxfluxR;
sin_theta = arm_sin_f32(Foc_observer.Theta);
cos_theta = arm_cos_f32(Foc_observer.Theta);
Foc_observer.PLL_Err = fluxR_in_wb[1] * cos_theta - fluxR_in_wb[0] * sin_theta;
Foc_observer.PLL_Interg += Foc_observer.PLL_Err * Foc_observer.PLL_ki;
Foc_observer.PLL_Ui = Foc_observer.PLL_Err * Foc_observer.PLL_kp + Foc_observer.PLL_Interg;
Foc_observer.Theta += Foc_observer.PLL_Ui;
if (Foc_observer.Theta < 0.0f)
{
Foc_observer.Theta += MATH_2PI;
}
else if (Foc_observer.Theta > MATH_2PI)
{
Foc_observer.Theta -= MATH_2PI;
}
if (speed_calc_cnt < 10)
{
speed_acc += Foc_observer.PLL_Ui;
speed_calc_cnt++;
}
else
{
speed_now = speed_acc / (0.001f * MATH_2PI);
Foc_observer.speed_hz = Foc_observer.speed_hz * 0.99f + speed_now * 0.01f;
speed_acc = 0.0f;
speed_calc_cnt = 0;
}
}
flux_observer函数的核心部分，主要实现了基于磁场定向控制（FOC）的电机磁通观测器的计算逻辑。以下是详细的功能解释：
1. 变量声明与初始化
float VoltRs[2];
float VoltdPhi[2];
float g_fluxfluxR = 0.0f;
float sin_theta = 0.0f;
float cos_theta = 0.0f;
VoltRs ：存储α轴和β轴的电阻压降。
VoltdPhi ：存储α轴和β轴的磁通变化。
g_fluxfluxR ：用于存储转子磁通的平方和。
sin_theta 和 cos_theta ：用于存储角度的正弦和余弦值。
2. 计算α轴磁通
//calc alpha axis flux
VoltRs[0] = Foc_observer.Rs * Foc_calc.Ialpha;
VoltdPhi[0] = Foc_calc.Valpha - VoltRs[0];
VoltdPhi[0] += fluxR_in_wb[0] * Foc_observer.Err * Foc_observer.Gain;
flux_in_wb[0] += VoltdPhi[0] * Foc_observer.Ctrl_ts;
计算电阻压降 ： VoltRs[0] = Foc_observer.Rs * Foc_calc.Ialpha ，其中 Foc_observer.Rs 是电机电阻， Foc_calc.Ialpha 是α轴电流。
计算磁通变化 ： VoltdPhi[0] = Foc_calc.Valpha - VoltRs[0] ，即α轴电压减去电阻压降。
添加误差修正 ： VoltdPhi[0] += fluxR_in_wb[0] * Foc_observer.Err * Foc_observer.Gain ，根据转子磁通误差进行修正。
更新总磁通 ： flux_in_wb[0] += VoltdPhi[0] * Foc_observer.Ctrl_ts ，根据时间步长更新α轴磁通。
3. 计算β轴磁通
//calc beta axis flux
VoltRs[1] = Foc_observer.Rs * Foc_calc.Ibeta;
VoltdPhi[1] = Foc_calc.Vbeta - VoltRs[1];
VoltdPhi[1] += fluxR_in_wb[1] * Foc_observer.Err * Foc_observer.Gain;
flux_in_wb[1] += VoltdPhi[1] * Foc_observer.Ctrl_ts;
计算电阻压降 ： VoltRs[1] = Foc_observer.Rs * Foc_calc.Ibeta ，其中 Foc_calc.Ibeta 是β轴电流。
计算磁通变化 ： VoltdPhi[1] = Foc_calc.Vbeta - VoltRs[1] ，即β轴电压减去电阻压降。
添加误差修正 ： VoltdPhi[1] += fluxR_in_wb[1] * Foc_observer.Err * Foc_observer.Gain ，根据转子磁通误差进行修正。
更新总磁通 ： flux_in_wb[1] += VoltdPhi[1] * Foc_observer.Ctrl_ts ，根据时间步长更新β轴磁通。
4. 计算定子磁通
//calc flux in stator
fluxS_in_wb[0] = Foc_observer.Ls * Foc_calc.Ialpha;
fluxS_in_wb[1] = Foc_observer.Ls * Foc_calc.Ibeta;
计算定子磁通 ：根据电感 ( Foc_observer.Ls ) 和电流 ( Foc_calc.Ialpha , Foc_calc.Ibeta ) 计算定子磁通。
5. 计算转子磁通
//calc flux in rotor
fluxR_in_wb[0] = flux_in_wb[0] - fluxS_in_wb[0];
fluxR_in_wb[1] = flux_in_wb[1] - fluxS_in_wb[1];
计算转子磁通 ：从总磁通中减去定子磁通得到转子磁通。
6. 计算磁通误差
g_fluxfluxR = fluxR_in_wb[0] * fluxR_in_wb[0] + fluxR_in_wb[1] * fluxR_in_wb[1];
Foc_observer.Err = Foc_observer.Flux * Foc_observer.Flux - g_fluxfluxR;
计算转子磁通的平方和 ： g_fluxfluxR = fluxR_in_wb[0] * fluxR_in_wb[0] + fluxR_in_wb[1] * fluxR_in_wb[1] 。
更新磁通误差 ： Foc_observer.Err = Foc_observer.Flux * Foc_observer.Flux - g_fluxfluxR ，即期望磁通的平方减去实际磁通的平方和。
7. 计算PLL误差
sin_theta = arm_sin_f32(Foc_observer.Theta);
cos_theta = arm_cos_f32(Foc_observer.Theta);
Foc_observer.PLL_Err = fluxR_in_wb[1] * cos_theta - fluxR_in_wb[0] * sin_theta;
Foc_observer.PLL_Interg += Foc_observer.PLL_Err * Foc_observer.PLL_ki;
Foc_observer.PLL_Ui = Foc_observer.PLL_Err * Foc_observer.PLL_kp + Foc_observer.PLL_Interg;
计算正弦和余弦值 ：使用 arm_sin_f32 和 arm_cos_f32 计算当前角度的正弦和余弦。
计算PLL误差 ： Foc_observer.PLL_Err = fluxR_in_wb[1] * cos_theta - fluxR_in_wb[0] * sin_theta 。
更新PLL积分项 ： Foc_observer.PLL_Interg += Foc_observer.PLL_Err * Foc_observer.PLL_ki 。
计算PLL输出 ： Foc_observer.PLL_Ui = Foc_observer.PLL_Err * Foc_observer.PLL_kp + Foc_observer.PLL_Interg 。
8. 更新角度
Foc_observer.Theta += Foc_observer.PLL_Ui;
if (Foc_observer.Theta < 0.0f)
{
Foc_observer.Theta += MATH_2PI;
}
else if (Foc_observer.Theta > MATH_2PI)
{
Foc_observer.Theta -= MATH_2PI;
}
更新角度 ：根据PLL输出更新角度。
确保角度在合理范围内 ：如果角度小于0，则加2π；如果角度大于2π，则减2π。
9. 计算速度
if (speed_calc_cnt < 10)
{
speed_acc += Foc_observer.PLL_Ui;
speed_calc_cnt++;
}
else
{
speed_now = speed_acc / (0.001f * MATH_2PI);
Foc_observer.speed_hz = Foc_observer.speed_hz * 0.99f + speed_now * 0.01f;
speed_acc = 0.0f;
speed_calc_cnt = 0;
}
累加PLL输出 ：当计数小于10时，累加PLL输出。
计算当前速度 ：当计数等于10时，计算平均速度并更新速度估计。
重置计数 ：重置速度累加器和计数器以便下一次循环。
这段代码通过一系列计算，实现了对电机α轴和β轴磁通的观测，并根据观测结果调整角度和速度。具体步骤包括计算电阻压降、磁通变化、定子和转子磁通、磁通误差、PLL误差，以及更新角度和速度。
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FOC控制中的磁链观测器源码的逐行解读，通过对源码的解读分析，更容易理解FOC的电机磁通观测器的计算逻辑