无刷直流电机磁场定向控制(FOC)算法的研究.pdf

无刷直流电机因其具备良好的调速性能，在重负载情况下仍能实现均匀、平滑的无级调速，且无需面对传统有刷直流电机因电刷摩擦换向所引发的一系列问题，因此逐渐受到工业界的重视。然而，一般无刷直流电机在使用方波控制时，启动波动较大，容易产生噪声，对环境造成不良影响。而磁场定向控制（Field Oriented Control, FOC）采用了正弦波控制方式，能够提供更为平稳的启动过程，有效减少噪声，并能够将电机定子电流分解为励磁电流与转矩电流，极大提升速度控制的精确度。 本文研究了无刷直流电机的FOC控制算法，首先回顾了无刷直流电机的研究现状与发展趋势，并深入探讨了其结构与工作原理。在此基础上，文章详细阐释了FOC控制的基本原理与实施方式，重点分析了空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）算法的原理，并对其进行了理论上的推理与分析。为了拓宽无刷直流电机的调速范围，本文在控制策略中集成了电压外环弱磁控制算法，使电机在基速范围以上实现高效率的调速。 在硬件平台的搭建上，本研究选用了ST公司的STM32F103RBT6微控制器（MCU），并以此为核心构建了控制硬件，最后进行了系统的调试与测试。经测试验证，应用FOC控制算法的无刷直流电机表现出了良好的运行稳定性，并通过弱磁控制策略，拓展了电机的调速范围。 关键词：无刷直流电机, 磁场定向控制(FOC), 空间矢量脉宽调制(SVPWM), STM32F103RBT6微控制器。 FOC算法是一种先进的电机控制技术，适用于交流电机，包括无刷直流电机和感应电机，其核心在于模拟直流电机的控制特性。通过坐标变换，将电机的电流控制分解为励磁电流和转矩电流，分别对电机的磁场和转矩进行独立控制。如此一来，FOC算法能够更精确地控制电机的转矩输出，实现高效和精细的电机控制。 SVPWM是一种高效的PWM调制技术，它利用了逆变器的结构特点，通过在不同的开关状态间进行矢量选择和时序分配，以生成接近于正弦波的电压空间矢量。这有助于减少电机的谐波损耗，提高电机效率和控制性能，特别是在电机的低速控制中表现出色。 本文的理论研究和实验验证都表明，将FOC算法应用于无刷直流电机控制系统是切实可行的。通过改进控制策略，结合硬件选型和软件算法的优化，可以显著提升电机运行的稳定性和调速性能，对于推动高性能无刷直流电机应用具有重要意义。