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基于电压的力矩控制

基于电压的力矩控制能够像直流电机那样控制直流无刷电机，即设置目标电压Uq，然后FOC算法计算出所需的相电压ua，ub和uc达到顺滑控制效果。该模式设置如下：

// 基于电压的力矩控制模式
motor.torque_controller = TorqueControlType::voltage;

以下用电压控制电机力矩的三种不同方法，需要具备电机机械参数的不同知识：

基于电压控制的三种力矩控制技术框图可以表示为： 电压控制 电压控制+相电阻 电压控制+相电阻+KV值

纯电压控制

电压控制算法从位置传感器读取角度a，从用户获取目标Uq电压值，并使用FOC算法为电机设定适当的Ua， Ub和Uc电压。FOC算法确保这些电压在电机转子中产生的磁力与电机的永磁场恰好有 90度 偏移，从而保证转矩最大，这称为换向。

纯电压控制假设电机中产生的转矩（与电流I = k \tau成正比）与用户设定的电压Uq成正比。最大转矩对应的最大Uq受电源可输入电压限制，最小转矩就是Uq = 0。 \(U_q \approx I = k\tau\)

⚠️ 实际限制

这种力矩控制方法设置最简单、最快捷，它不以任何方式限制电流!

预期电机运转行为

如果用户设定所需电压Uq 为 0 A，电机应不运转并有少量电阻。电阻虽不算大，但比电机与驱动器断开时更大。

而如果设定一个所需电压Ug到特定值，电机应开始运转，达到的速度会与电压Uq成正比。这种运转行为非常类似于通过改变电线上的电压来控制直流电机。

带假定电流的电压控制

这种力矩控制策略框图如下：

如果用户给定电机相电阻值 R， 然后设定所需电流Id（生成所需力矩Id= KTd) ，library库会自动计算出适当的电压Uq。

\[U_q = I_d R = (k\tau_d) R\]

用户可以通过建构指定电机的相电阻，如下所示：

// BLDCMotor(pole pair number极对数, phase resistance相电阻)
BLDCMotor motor = BLDCMotor( 11, 2.5 );

或者单纯通过设置参数:

motor.phase_resistance = 2.5; // 如：2.5 Ohms

⚠️ 实际限制

在某些情况下，电机中产生的电流可能高于所需电流Id，但应保持在同一数量级。你对相阻值R越了解，假定电流就会工作得越好。 然而，由于电流Id不仅仅依赖于电压Uq，还依赖于反电势电压，因此这种电流假定策略是非常有限的。这种关系 (Uq=IdR) 仅在电机不转动（没有产生反电动势电压）时为真。如果电机转动，产生的反电动势电压将降低电机电压的设定值 \(IdR = Uq - Ubemf\)。这种方法实际上限制了只有在电机静止时，可以给电机设定到期望电流 (Id\) ，一旦电机移动，设置到电机的实际电流就会降低。 关于力矩控制理论的更多信息，请查看 [深入挖掘部分](digging_deeper) 或者直接去 [力矩控制理论中心](voltage_torque_control). ### 预期电机运转行为 如果用户设定期望电流为 0 A，电机应不运转并有少量电阻。电阻虽不算大，但比电机与驱动器断开时更大。 而如果设定期望电流到特定值，电机应开始运转，达到的速度会与设定的电流Id成正比。

电流Id>0时，电机无法运转

如果期望电流已设定为非0的数值，但电机仍不能运转，可能是相电阻过低，可以尝试增加它。
## 带假定电流和反电动势能的电压控制 这种力矩控制策略框图如下： 如果用户给定电机相电阻值 R 和电机 KV 值， 然后直接设定所需电流Id（生成所需力矩Id= KTd) ，library库会自动计算出适当的电压Uq。与此同时，通过获取电机速度V补偿产生的反电动势电压。 $$ U_q = I_d R + U_{bemf}= (k\tau_d) R + \frac{v}{KV} $$ 用户可以通过建构指定电机的相电阻和KV值，如下所示： ```cpp // BLDCMotor(极对数, 相电阻, KV值[rpm/V]) BLDCMotor motor = BLDCMotor( 11, 2.5, 120 ); ```

经验法则：KV值

电机KV值是设定电压（Uq）为1V时，电机每分钟的转速。如果不知道你电机的KV值，可以用library库简单测量。在电压模式下运行电机，并将目标电压设置为1V，读取电机速度。SimpleFOClibrary显示速度单位为rad/s，要将其转化为rpm，只需乘以30/π≈10。

如上所述，电机反电动势能常数总是略少于KV值的倒数（kbemf<1/KV）。根据经验应设定KV值比数据表给定或实验的数值高10-20%。
有了相电阻R值和KV值， SimpleFOClibrary 库能够给电机设定假定电流。若电机参数无误，足以让用户进行电机力矩控制😄。

⚠️ 实际限制

反电动势电压是 (Ubemf=kbemfv) 。而由于电机BEMF常数并不会完全符合kbemf=1/KV，基于电机KV值计算出来的反电动势电压也仅是一个近似值。 而显示的反电动势常数通常会略微小于KV值的倒数：kbemf=1/KV
### 预期电机运转行为 如果用户设置所需的电流为0A，电机的电阻会非常低，远低于上述两种转矩控制策略，电机应该会断开。

电流为0时，电机运转

如果期望电流设定为0，但你手上正在运转的电机保持继续运转，没有完全停止，可能是你的KV值过高，可以尝试降低它。
当设定一个特定的期望电流Id，电机会加速到最大速度。它的加速度值与电机转矩成正比，并与当前Id成正比。所以若电流较大，你的电机会加速得更快，若电流较小，它会加速得更慢。但对于无负载电机，无论设定的目标电流Id是多少，电机都应达到最大速度。

电流Id>0时，电机无法运转

如果期望电流已设定为非0的数值，但电机仍不能运转，可能是相电阻过低，可以尝试增加它。
更多关于力矩控制理论部分的信息，请查阅 [深入挖掘部分](digging_deeper) 或 [力矩控制理论中心](voltage_torque_control)。 ## 力矩控制示例代码 下面是一个简单的基于电压的力矩控制，可以在串行的commander接口设定目标 **current** 。 ```cpp #include // 无刷直流电机及驱动器实例 BLDCMotor motor = BLDCMotor(11); BLDCDriver3PWM driver = BLDCDriver3PWM(9, 5, 6, 8); // 编码器实例 Encoder encoder = Encoder(2, 3, 500); // 回调通道A和B void doA(){encoder.handleA();} void doB(){encoder.handleB();} // commander实例化 Commander command = Commander(Serial); void doMotor(char* cmd) { command.motor(&motor, cmd); } void setup() { // 初始化编码传感器硬件 encoder.init(); encoder.enableInterrupts(doA, doB); // 连接电机和传感器 motor.linkSensor(&encoder); // 配置驱动器 // 电源电压 [V] driver.voltage_power_supply = 12; driver.init(); // 连接驱动器 motor.linkDriver(&driver); // 设置力矩控制类型： motor.phase_resistance = 12.5; // 12.5 Ohms motor.torque_controller = TorqueControlType::voltage; // 设置运动控制环 motor.controller = MotionControlType::torque; // 监视串口 Serial.begin(115200); // 如果不需要，可以注释掉此行 motor.useMonitoring(Serial); // 初始化电机 motor.init(); // 校准编码器，启用FOC motor.initFOC(); // 添加目标命令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() { // FOC算法主函数 motor.loopFOC(); // 运动控制函数 motor.move(); // 用户通信 command.run(); } ```