一、原理说明

1.1、电流采样

1.1.1、为什么要采样电流

??FOC（Field-Oriented Control），即磁场定向控制，磁场大小与绕组中的电流成正比，所以对磁场的控制在程序上就是对电流的控制。前几节的程序并没有使用电流环，而是直接使用电压值，确实可以达到还行的效果。但是这样做有两个问题：

1、不能保证i_d为零，i_q等于目标值，因此电机并不能工作在效率最高的状态，力矩控制也是不准确的。
2、相电压施加在电感上产生相电流，电压和电流有相位差且并不恒定，低速运行时相位差对电机的影响不明显，但是当速度快了或者速度变化率高了以后，相位差的影响就会非常明显。

1.1.2、电流采样方式

??电流采样主要有三种方式：

低侧电流采样
高侧电流采样
内置电流采样
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1.1.2.1、低侧电流采样

在这里插入图片描述
??低侧电流检测可能是最常见的电流检测技术，主要是因为它既不需要高性能的PWM抑制运放（如内置），也不需要支持高压的运放（如高侧），采样电阻在低侧MOS和GND之间，确保了运放输入端的电压非常低。这种方法的缺点是，必须在下桥臂MOS打开时检测电流，PWM频率通常为20k～50khz，这意味着低侧MOS的开关频率为每秒20k～50k次，因此PWM设置与ADC采集之间的同步非常重要。
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1.1.2.2、高侧电流采样

在这里插入图片描述
??高侧电流检测可能是最不常见的电流检测技术，因为它需要支持高压的运放，采样电阻在高侧MOS和直流电源电压之间，使放大器的输入端始终有高电压。这种方法的另一个缺点和低侧电流采样一样，需要同步PWM和ADC。
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1.1.2.3、内置电流采样

在这里插入图片描述
??内置电流检测（InlineCurrentSense）是使用起来最简单但是最精准的技术。采样电阻串联在电机相线上，检测的电流始终都是电机相电流，因为电感中的电流不会突变，所以无论PWM占空比的状态如何，采样到的电流都是连续稳定的。

??这种方法非常适合Arduino，采样程序变得简单了，这应该是考虑到了MEGA328P微弱的性能以及跨平台时程序的适配。内置电流检测的缺点主要在于芯片，需要比常规放大器更好的PWM抑制功能的高精度双向运放，简单的说就是硬件成本高。

1.2、电流变换

本节增加电流环，主要增加了以下功能，

1、AD转换获取电流值Ia和Ib，
2、通过Clark变换得到Iα和Iβ ，
3、获取电机角度，通过Park变换得到Id和Iq，
4、Id、Iq不能突变，同时为减少干扰，做平滑滤波，
5、Id、Iq与设定值比较，通过PID运算得到Vd 和Vq,

1.2.1、AD转换

??为了与官方代码保持一致，AD转换采用简单的单通道转换模式，主程序循环一次获取一次A/B相的电流。
在这里插入图片描述

1.2.2、clark变换

在这里插入图片描述

1.2.3、Park变换

在这里插入图片描述
??Park变换中的“θ”是电角度，由读出的编码器角度转变而来

1.2.4、LPF运算

dc_current模式只有 Iq 的LPF运算
foc_current模式有 Iq 和 Id 的LPF运算
官方的LPF运算比较复杂，本人在移植过程中做了简化

1.2.5、PID运算

dc_current模式只有q轴电流的PID运算
foc_current模式有q轴电流和d轴电流两个变量的PID运算
电流环使用 P、I 两个参数。

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二、电流采样参数设置

2.1、SimpleFOC V2.0.3 的参数

在这里插入图片描述

采样电阻0.01 Ω
运放为INA240A2，放大倍数50
背面需分别短接A0/A2至输出
C1_OUT=INA_VCC/2 + 0.01 * I * 50
- 如果INA_VCC=3.3V，C1_OUT=1.65 + 0.01 * I * 50，电流范围（-3.3A,3.3A）
- 如果INA_VCC=5.0V，C1_OUT=2.50 + 0.01 * I * 50，电流范围（-5A,5A）