P-NUCLEO-IHM03电机控制Nucleo套件简介

磁场定向控制（FOC）简介

磁场定向控制（FOC）即矢量控制，是一种利用两个正交分量对三相交流感应电动机驱动定子进行变频控制的技术。一种定义定子产生的磁通量，另一种对应由电机转速决定的转矩，而电机转速由转子位置决定。



磁场定向控制的优点

它们通常使用比例积分（PI）控制器，将电流分量与参考值进行比较，而不是使用脉宽调制（PWM）。这使得电动马达在全速范围内平稳运行，并在零速度下产生最大扭矩。磁场定向控制的另一个优点是可实现电机的快速加速和减速，对高性能电机进行更精确的控制。

随着用于FOC的空间矢量控制算法得到更有效的实现，低成本微控制器具有更强的处理能力，该技术亦可用于性能较低的感应电机驱动。随着控制器性能的提高，该技术有望取代标量电压/频率控制算法。

直接和间接磁场定向控制

传统的直接磁场定向控制（DFOC）算法在转矩控制方面的精度高于标量算法，但需要用于转子速度控制和磁通量的传感器为FOC算法提供数据。这种算法还在动态响应和对电机参数测量的依赖性方面面临挑战。

相反，间接磁场定向控制（IFOC）方法估计转子磁场通量的相位角，不需要额外的传感器，但增加了控制系统的复杂性和计算时间。

无传感器磁场定向控制

完全取代FOC电机控制器中的传感器可以降低交流感应电机的成本并提高可靠性，但也增加了控制器的复杂性和成本。为了取代传感器，与转子速度有关的信息是通过电机端子从定子绕组的电压和电流中提取的。这些信息随后反馈到电机的电流控制元件。

利用寄生效应可以准确地确定低速时的动态性能和静态转速。可使用性能评测工具确定特定系统设计的性能，以构建一个可用于无传感器电机控制的模型。

应用

FOC可以应用于交流感应电机和无刷（BLDC）电机，以提高各种应用（从泵和风扇到传送带，特别是非常注重长期可靠性的工业自动化中的此类应用）中电机的控制性能和运行精度。

FOC系统框图



P-NUCLEO-IHM03电机控制套件概述

P-NUCLEO-IHM03 STM32电机控制套件括X-NUCLEO-IHM16M1板、NUCLEO-G431RB板、云台直流无刷电机（GBM2804H-100T、以及直流电源。 Board photo该平台为三相、低电压、低电流直流无刷或PMSM电机提供控制解决方案。该解决方案基于STSPIN830驱动器和STM32G431RB MCU。

STSPIN830面向三相电机。适用FOC算法的紧凑型通用驱动器。 它集成于一个非常小的4 x 4 mm QFN封装，含有控制逻辑和完善的保护且RDSon较低的三相半桥功率级。它支持单电阻或三电阻电流采样架构，并内嵌PWM电流控制器（基于用户设置的参考电压和关断时间值进行控制）通过专用的MODE输入引脚，该器件可以自由决定是通过6个输入（每个输入对应一个MosfetＭｏｓｆｅｔ开关）还是更常见的3个PWM直接驱动输入进行驱动。

STM32G431RB是一款32位微控制器，基于高性能Arm® Cortex®-M4 32位RISC内核，其最高频率可达170 MHz且带有浮点单元（FPU），内嵌高级模拟外设集。

X-NUCLEO-IHM16M1板可以支持并配置不同的闭环控制、FOC或6步有感或无感方案。它兼容三电阻或单电阻电流采样测量。

NUCLEO-G431RB板代表了价格实惠的灵活解决方案，可帮助用户使用STM32G4微控制器实践新理念并构建原型。由于集成了STLINK-V3E调试器和编程器，它无需任何单独的工具。



P-NUCLEO-IHM03套件的规格