【2022年马上开课了】手撕永磁同步电机FOC矢量控制培训讲座

中国电子标准协会 2022-07-28 14:22:07

课程大纲：

FOC需要复杂的数学算法，这对于普通的设计人员来说可能并不熟悉，所以在过去，设计师们通常依赖于复杂的数字讯号处理芯片来实现控制。

并且，目前关于FOC技术而言，虽然有多家厂商开发了专用于电机控制的芯片，以及电机控制的库函数，并且也用他们的芯片实现了FOC电机控制相关的算法，但是他们的FOC电机控制算法没有完全开源，只是提供一个API供用户使用。即使现在逐渐放开了源码，但其代码内涵控制逻辑仍没有详尽的介绍与推导。对于大部分使用过驱动马达的工程师而言，更加注重的是顶层的控制逻辑，底层的驱动策略只需要配置完成及应用，并没有深入了解FOC电机控制算法，也没法独立的去编写相关代码，仅仅只是局限于对原有非核心代码的小修小补来完成项目的开发。

这是我接触过的大部分使用DSP及ST库工程的共有的瓶颈，我们本次培训的目的就是完全的解决上面的瓶颈，让大家不仅仅只是局限于只会调用相关函数的API接口，我们的所有讲解将深入到具体的公式原理，深入学习TI官方SVPWM等库函数，让大家不仅懂“库”，还能写出自己的“库”，让大家真正学会如何自己去编写FOC算法里面的代码，知道每条代码的含义。我们将从电机控制软件在环仿真的角度入手，从原理上疏通FOC的控制原理，带领大家一起把相关算法的理论全部推导一遍，比如SVPWM算法、滑模观测器算法等。让大家不仅知其然，也能知其所以然。

更重要的，如何在搭建好一个FOC系统后，熟练的调试系统运行一直是一个电控算法工程师必备的技能，但这个技能大多数都是靠时间与经验去积累，靠自己的感觉去调试系统使其运行正常。尤其是FOC控制中的dq轴电流环、速度环PI调节器的参数，这3个调节器共有6个参数需要调试。如何使得这三组参数协调配合在大多数工程师日常遇到问题，经验与感觉的背后其实都有与其对应的控制逻辑。本次课程将带领大家从自动控制原理的角度，去理解为什么PI调节器能够将电机控制得那么好，去理解为什么老工程师调试PI参数的内部逻辑，让大家不再盲调、不再无所依据，从系统的角度去理解我们在怎么去对待电机这个控制对象，将调PI从无头绪的试凑变成一项有理可依的“艺术”。

抛转引玉：

1、 FOC优越的速度控制曲线（快速的跟随速度与出色的抗扰动性能）

2、 SVPWM优越的谐波性能（相对于方波控制、正弦波调制等）

3、 FOC广阔的拓展空间（FOC结构的可优化可拓展应用介绍）

内容第一篇：电机本体理论

1.1 永磁同步电机及无刷直流电机之间的共同点与区别

1.2 电机是如何转动起来的

1.3 电机的机械结构与数学模型

1.4 隐极电机与凸极电机（内置式电机与表贴式电机）之间的详细区别

内容第二篇：FOC控制理论

2.1 磁场定向技术的优势分析

2.2 坐标变换（CLARK与PARK）原理推导

2.3 模块化解释矢量控制

2.4 从根源上解释电流环PI参数如何设计

2.5 从根源上解释转速环PI参数如何设计

内容第三篇：电机控制SIMULINK仿真

3.1 SIMULINK软件简介及仿真的优势概述

3.2 电控所需必要模块讲解

3.2 手把手教你搭建关键模块：SVPWM模块

3.3 手把手教你搭建系统框架：FOC整体系统

3.4 在环仿真的整体运行与调试（与第二篇中理论相对应）

3.5 MBD技术的应用简介

内容第四篇：站撸FOC代码

4.1 学“库”造“库”（一）：CLARK变换+PARK变换(TI官方代码逐句梳理)

4.2 学“库”造“库”（二）：SVPWM (TI官方代码逐句梳理结合硬件电路)

4.3 代码逻辑与仿真逻辑的对应关系

4.4 代码的时序逻辑

内容讲解第五篇：如何从根源上学会调试（进阶一）

5.1 从根源上理解调试PI对系统造成的影响。（调P参数与调I参数到底对于系统在做什么？）

5.2 换个电机怎么再把系统调试稳定且性能优越？（SIMULINK仿真）

5.3 换个电机怎么再把系统调试稳定且性能优越？（代码）

5.4 如何从幅频域的角度理解FOC控制，如何去分析一个系统的稳态性能。（分析带宽等常提在口头的诸多参数的物理内涵）

内容讲解第6篇：如何实现无速度传感器控制（进阶二）

6.1 基于滑模观测器无速度传感器控制原理及其仿真

6.2 滑模观测器无速度传感器控制代码及实现

6.3 基于高频注入低速无速度传感器控制原理及其仿真

6.4 高频注入低速无速度传感器控制代码及实现

6.5 观测器离散化的理论推导

内容讲解第7篇：位置控制、MTPA、弱磁、自适应PI调节器等理论讲解（进阶三：根据需求选择讲解）

7.1 三闭环位置控制

7.2 最大转矩电流比（MTPA）控制（优化效率）

7.3 弱磁控制技术（提高电机最大转速）

7.4 模糊PI调节器对系统性能的优化

7.5 复矢量电流环对控制性能的优化

7.6 基于谐波注入的齿槽转矩波动优化

7.7 强拖启动I/F控制

7.8 效率最优LMC控制

7.9 扰动观测器对系统抗扰动性能的优化

7.10 前馈解耦控制

7.11 模型预测控制

7.12 基于模型参考自适应的无速度传感器控制技术

7.13 基于最小二乘法的电机参数辨识技术

7.14 应用于超高速电机谐波及噪音优化的同步调制技术

7.15 双惯量柔性负载系统谐振机理分析及谐振抑制技术

7.16 基于PDFF控制器的伺服电机转速超调优化

7.17 基于大功率三电平逆变器的FOC矢量控制

7.18 输出转矩性能的优化与提高方案与详解

老师简介：

钟老师电驱动控制专家，国家汽标委电动汽车专委会委员。主要研究车用电驱动控制和机电复合传动技术。长期开展车用电驱动系统及车用永磁同步电机驱动控制技术研究和开发，与零部件和整车企业长期保持深入交流和合作关系，有丰富的教学经验和实际项目经验，对车驱动领域的热点问题和技术体系有全面深入的理解。他曾经参与主持过许多新能源汽车动力系统技术领域的项目，如国家科技支撑项目、国家自然科学基金项目、国际合作项目。曾先后获得各种国家和市级个人荣誉。获得授权发明专利4项，在国内外发表SCI/EI检索论文30余篇。

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