三相电机的磁场定向控制(FOC)

图1：用克拉克变换(Iα和Iβ)投影三相电流，然后通过帕克变换投影到线性d,q旋转参照坐标系

    然后，指令的d-q轴分量被转换回3相时变系统，以通过逆变器开关的PWM控制正确调制3相电流。

    但是，转子的磁场角必须是已知的，以保持正交的定子和转子磁场。这可通过编码器或旋转变压器的位置反馈来实现(有传感器)，也可通过反电动势/磁通观测器软件来测量相电流以估计转子角(无传感器)。

    编码器一般分为两类：增量式和绝对式。增量式编码器可测量相对角位置和旋转方向，但不能提供零速时的绝对位置信息。例如，对于增量式正交编码器，正交相位的两个A/B脉冲信号表示相对角运动(例如，每转1000个脉冲)，有时还提供附加的Z索引信号以提供参考点。A/B信号的相对相位的极性(例如，A滞后B或B滞后A)表示旋转方向。绝对编码器通过各种数字编码提供真实的角位置。然而，由于信号数量和带宽要求的增加，它们往往需要通信总线将信号发送到控制器(例如，16位位置编码)。

    无论为FOC选择的是有传感器还是无传感器的实现方式，都必须准确测量相电流以保持精确的扭矩控制。测量相电流的最常用方法是在逆变器级中使用分流电阻器在每个低侧MOSFET的源极和地之间进行低侧检测。由于分流器的共模电压降低，可使用低成本电流检测放大器。高侧(串联)相电流检测通常需要昂贵的专业的高共模抑制比CMRR或隔离放大器电路来减轻共模电压误差，因为共模电压在PWM频率下大致在直流输入电压和地之间波动。

    理想情况下，所有三个相位的电流都是同时测量的，但有可能减少分流电阻器的数量，从而降低系统成本和功率损耗，但会增加电流检测带宽和软件复杂性。双分流架构依靠基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s current law)，从两个测量电流计算未测量电流(例如，流入U和V相的电流等于流出W相的电流)。单分流器架构需要了解逆变器开关状态才能将测量电流与实际相电流相关联。

    通常，用于确定所有相电流的测量精度会随着分流电阻数量的减少(从3个减少到1个)而降低。因此，需要更快的测量电路，并且总系统延迟成为一个更重要的因素。此外，在跟踪检测的正确时刻和确定从测量电流到实际相电流的相关性方面，软件的复杂性也会增加，在单分流架构中最为明显。

    下面的图2和图3举例说明了有传感器和无传感器FOC电机控制系统。