使用电压进行扭矩控制
这种扭矩控制方法允许将 BLDC 和步进电机当作简单的直流电机来运行，用户设置要施加到电机的目标电压 \(U_q\)，FOC 算法会计算出必要的相电压 \(u_a\)、\(u_b\) 和 \(u_c\) 以实现平稳运行。通过以下方式启用此模式：
// voltage torque control mode
motor.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
有三种不同的使用电压控制电机扭矩的方式，它们对电机机械参数的了解要求不同：
- 纯电压控制 - 不需要电机参数
- 估算电流控制 - 需要相电阻 R
- 带反电动势补偿的估算电流控制 - 需要相电阻 R和电机的 KV额定值
- 带反电动势和滞后补偿的估算电流控制 - 需要相电阻 R、电感 L 和电机的 KV 额定值
这三种基于电压控制的扭矩控制技术的框图可以表示为：
选择电机类型：
选择电压控制类型：
纯电压控制
电压控制算法从位置传感器读取角度 \(a\) ，从用户那里获取目标 \(U_q\)电压值，并使用 FOC 算法为电机设置适当的\(u_a\), \(u_b\) 和 \(u_c\)电压。FOC 算法确保这些电压在电机转子中产生的磁力与永磁体磁场正好形成 90 度 偏移，这保证了最大扭矩，这称为换相。
纯电压控制的假设是，电机中产生的扭矩（与电流 $I = k \tau $ 成正比）与用户设置的电压\(U_q\)成正比。最大扭矩对应于最大 \(U_q\) ，这取决于可用的电源电压，最小扭矩当然是 \(U_q= 0\)时的扭矩。
\[U_q \approx I = k\tau\]⚠️ 实际限制
这种扭矩控制方法是设置起来最快、最简单的，但它根本不限制电流！
预期的电机行为
如果用户将期望电压\(U_q\)设置为 0 安培，电机不应移动，并且有一定的阻力，不会太大，但比电机与驱动器断开连接时要大。
如果设置某个期望电压 \(U_g\)，电机应该开始移动，达到的速度应该与设置的电压 \(U_q\)成正比。其行为应该与通过改变其导线上的电压来控制的直流电机非常相似。
带电流估算的电压控制
这种扭矩控制策略的框图如下
如果用户提供电机的相电阻\(R\)值，用户可以设置期望电流 \(I_d\)（产生期望扭矩 \(I_d = k\tau_d\)），库会自动计算适当的电压 \(U_q\)。
\[U_q = I_d R = (k\tau_d) R\]用户可以通过构造函数指定电机的相电阻，例如
// BLDCMotor(pole pair number, phase resistance)
BLDCMotor motor = BLDCMotor( 11, 2.5 );
或者只需设置参数：
motor.phase_resistance = 1.5; // ex. 1.5 Ohms
⚠️ 实际限制
在某些情况下，电机中的实际电流可能会高于期望电流 ，但数量级应该保持一致。相电阻值 越准确，电流估算效果就越好。 然而，由于电流 \(I_d\)不仅取决于电压 \(U_q\)，还取决于反电动势电压，这种电流估算策略非常有限。关系 \(U_q=I_dR\) 仅在电机不移动（不产生反电动势电压）时成立。如果电机正在移动，产生的反电动势电压会降低施加到电机的电压 \( I_dR = U_q - U_{bemf}\)。因此，这种方法的实际限制是，只有当电机静止时，期望电流 \(I_d\) 才会施加到电机上，一旦电机移动，施加到电机的实际电流就会减小。
预期的电机行为
如果用户将期望电流设置为 0 安培，电机不应移动，并且有一定的阻力，不会太大，但比电机与驱动器断开连接时要大。
如果设置某个期望电流 \(I_d\) ，电机应该开始移动，达到的速度应该与设置的电流 \(I_d\)成正比。
对于电流 电机不移动
如果期望电流设置为非 0 的某个值，但电机不移动，可能相电阻值 太小。尝试增大它。
带电流估算和反电动势补偿的电压控制
这种扭矩控制策略的框图如下
如果用户提供相电阻 \(R\)值和电机的 \(KV\)额定值，用户可以直接设置期望电流 \(I_d\)（产生期望扭矩 \(I_d = k\tau_d\)）。库会通过跟踪电机速度 \(v\)来补偿产生的反电动势电压，从而自动计算适当的电压 \(U_q\)。
\[U_q = I_d R + U_{bemf}= (k\tau_d) R + \frac{v}{KV}\]用户可以通过构造函数指定电机的相电阻和 KV 额定值，例如
// BLDCMotor(pole pair number, phase resistance [Ohms], KV rating [rpm/V])
BLDCMotor motor = BLDCMotor( 11, 2.5, 120 );
经验法则：KV 值
电机的 KV 额定值定义为施加 1 伏电压 时电机的转速（转/分）。如果不知道电机的 KV 额定值，可以使用该库轻松测量。在电压模式下运行电机，将目标电压设置为 1V，然后读取电机速度。SimpleFOC库显示的速度单位是弧度/秒，要将其转换为转/分，只需乘以 。
如上所述，由于电机的反电动势常数总是略小于 KV 额定值的倒数( \(k_{bemf}<1/KV\) )，经验法则是将 KV 额定值设置为比数据手册中给出的或通过实验确定的高 10-20%。
有了 \(R\) 和 \(KV\) 信息，SimpleFOC库就能估算施加到电机的电流，用户将能够控制电机扭矩，前提是电机参数足够正确😄。
⚠️ 实际限制
反电动势电压定义为 \(U_{bemf} = k_{bemf}v\)，而根据电机的 \(KV\) 额定值来计算反电动势电压只是一种近似方法，因为电机的反电动势常数 \(k_{bemf}\) 并不精确等于 \(k_{bemf}=1/KV\)。 可以证明，反电动势常数总是略小于 \(KV\) 额定值的倒数： \[k_{bemf}<\frac{1}{KV}\]
预期的电机行为
如果用户将期望电流设置为 0 安培，电机的阻力应该非常小，比上述两种扭矩控制策略中的阻力小得多。电机应该感觉几乎像断开连接一样。
对于电流为 0 时电机移动
如果期望电流设置为 0，但用手移动电机后，电机自己继续转动且不会完全停止，可能 \(KV\) 值太高。尝试减小它。
如果设置某个期望电流 \(I_d\) ，电机应该加速到其最大速度。加速度值与电机扭矩成正比，并且与电流 \(I_d\)成正比。因此，对于较大的电流，电机加速更快，对于较小的电流，电机加速更慢。但对于无负载的电机，无论设置的目标电流 \(I_d\)如何，电机都应达到其最大速度。
对于电流 \(I_d > 0\) 电机不运行
如果期望电流设置为非 0 的某个值，但电机不移动，可能相电阻值\(R\)太小。尝试增大它。
带电流估算、反电动势和滞后补偿的电压控制
这种扭矩控制策略的框图如下
如果用户提供相电阻 \(R\)值和电机的 \(KV\) 额定值，用户可以直接设置期望电流 \(I_d\)（产生期望扭矩 \(I_d = k\tau_d\)）。库会通过跟踪电机速度 \(v\)来补偿产生的反电动势电压，从而自动计算适当的电压 \(U_q\) 。\(U_q = I_d R + U_{bemf}= (k\tau_d) R + \frac{v}{KV}\)此外，如果用户设置相电感值 \(L\)，库将能够通过计算适当的 d 轴电压 \(U_d\)来补偿扭矩矢量的滞后
\[U_d = -I_d L v n_{pp} = -(k\tau_d)L v n_{pp}\]其中 \(n_{pp}\)是电机的极对数。通过补偿由于电机旋转速度 \(v\)引起的扭矩矢量滞后，电机将能够以更高的最大速度旋转。因此，如果应用需要达到最大电机速度，滞后补偿将产生最大效果。
用户可以通过构造函数指定电机的相电阻和 KV 额定值，例如
// BLDCMotor(pole pair number, phase resistance [Ohms], KV rating [rpm/V], phase inductance [H])
BLDCMotor motor = BLDCMotor( 11, 2.5, 120, 0.01 );
经验法则：KV 值
电机 如上所述，由于电机的反电动势常数总是略小于 KV 额定值的倒数( \(k_{bemf}<1/KV\) )，经验法则是将 KV 额定值设置为比数据手册中给出的或通过实验确定的高 10-20%。
有了 R 和 KV 信息，SimpleFOC库就能估算施加到电机的电流，用户将能够控制电机扭矩，前提是电机参数足够正确😄。
⚠️ 实际限制
反电动势电压定义为 \(U_{bemf} = k_{bemf}v\)，而基于电机的 \(KV\) 额定值来计算反电动势电压只是一种近似做法，因为电机的反电动势常数 \(k_{bemf}\) 并不精确等于 \(k_{bemf}=1/KV\)。 可以证明，反电动势常数总是略小于 KV 额定值的倒数： \[k_{bemf}<\frac{1}{KV}\]
预期的电机行为
如果用户将期望电流设置为 0 安培，电机的阻力应该非常小，比上述两种扭矩控制策略中的阻力小得多。电机应该感觉几乎像断开连接一样。
对于电流为 0 时电机移动
如果期望电流设置为 0，但用手移动电机后，电机自己继续转动且不会完全停止，可能\(KV\)值太高。尝试减小它。
如果设置某个期望电流 \(I_d\)，电机应该加速到其最大速度。加速度值与电机扭矩成正比，并且与电流 \(I_d\)成正比。因此，对于较大的电流，电机加速更快，对于较小的电流，电机加速更慢。但对于无负载的电机，无论设置的目标电流 \(I_d\)如何，电机都应达到其最大速度。
对于电流\(I_d > 0\) 电机不运行
如果期望电流设置为非 0 的某个值，但电机不移动，可能相电阻值\(R\)太小。尝试增大它。
对于不同的电机相电感 L值，电机能够达到不同的最大速度。电感值越高，最大速度越高。然而，超过某个电感值后，电机的最大速度将不再受影响，因为它将达到其绝对最大速度。
如何找到相电感\(L\) 值
从低值开始，例如 0.1mH，将目标电流\(I_d\)设置为某个值，使电机能够加速到其最大速度。然后使用 Commander 界面更改电感，观察电机速度的变化。通过提高 \(L\) 值，速度应该会增加。超过某个 \(L\) 值后，速度将停止增加，如果继续增大，甚至可能会降低。因此，使用达到最大速度的最小\(L\) 值。
有关扭矩控制理论的更多信息，请查看深入探讨部分或直接前往扭矩控制理论。
扭矩控制示例代码
一个基于电压的扭矩控制的简单示例，并通过串行命令接口设置目标电流。
#include <SimpleFOC.h>
// BLDC motor & driver instance
BLDCMotor motor = BLDCMotor(11);
BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(9, 5, 6, 8);
// encoder instance
Encoder encoder = Encoder(2, 3, 500);
// channel A and B callbacks
void doA(){encoder.handleA();}
void doB(){encoder.handleB();}
// instantiate the commander
Commander command = Commander(Serial);
void doMotor(char* cmd) { command.motor(&motor, cmd); }
void setup() {
// initialize encoder sensor hardware
encoder.init();
encoder.enableInterrupts(doA, doB);
// link the motor to the sensor
motor.linkSensor(&encoder);
// driver config
// power supply voltage [V]
driver.voltage_power_supply = 12;
driver.init();
// link driver
motor.linkDriver(&driver);
// set the torque control type
motor.phase_resistance = 12.5; // 12.5 Ohms
motor.torque_controller = TorqueControlType::voltage;
// set motion control loop to be used
motor.controller = MotionControlType::torque;
// use monitoring with serial
Serial.begin(115200);
// comment out if not needed
motor.useMonitoring(Serial);
// initialize motor
motor.init();
// align sensor and start FOC
motor.initFOC();
// add target command M
command.add('M', doMotor, "motor");
Serial.println(F("Motor ready."));
Serial.println(F("Set the target current using serial terminal:"));
_delay(1000);
}
void loop() {
// main FOC algorithm function
motor.loopFOC();
// Motion control function
motor.move();
// user communication
command.run();
}