最近，有网友留言说能否介绍电机控制，我想了想，在知乎大池子中，对“电机控制现在有哪些方向值得研究？参数辨识怎么样？”，我做过类似的回答。下面用这个回答对电机控制进行详细介绍，同时，在后续的分享中，会持续交叉对新能源电机(MOT)控制的知识进行全面系统的分类介绍，因为新能源三电控制中，电机控制也是非常重要的一环！

今天，首先对新能源电机整体控制进行详细介绍。

文章很长，请谨慎阅读。

电机控制是在电机结构的基础上进行的，所以想要弄清楚电机控制的方向，首先对电机本体要有深入的理解。作为过来人，本人硕士毕业后最大的感触是研究生阶段研究方向固然重要，但并不是最重要的那个，相对于研究方向，对研究的具体对象(硬件实物)的深入理解以及在这个过程中磨炼的各种思考和拓展能力才是最重要的！

一、什么是电机？

用通俗易懂的话来说：电机就是“能量转换装置”，能将某种能量转换成“动能”的机械装置，如下图所示：

↑电机驱动简图

二、电机分类

电机按照大类分为直流电机和交流电机，然后直流电机与交流电机可再细分。比如直流电机可以分为串励直流电机、并励直流电机、复励直流电机；交流电机可分为异步电机、同步电机。目前新能源汽车上用的最多的就是交流同步电机了，其中以永磁同步电机应用最广泛。详细的分类请参照下图，不在赘述。

↑电机详细分类

三、交流同步电机构造及工作原理

构造：

转子包括：端面板、转子传动轴、磁铁等。

↑电机转子展开图

定子包括：定子核心、磁体线束、端子、绝缘体等。

↑电机定子展开图

工作原理：

驱动时，在Ｕ、Ｖ、Ｗ3个线圈里电流如果按照Ｕ→Ｗ→Ｖ→Ｕ→Ｗ→Ｖ→Ｕ・・的顺序流过，则中间的磁体会向右旋转。如果顺序相反，则向左旋转。改变电流大小和方向，则扭矩会发生变化。

↑驱动时，电机工作原理简图

回收时，在线圈附近磁体会移动并在线圈上产生磁场，继而产生电流流动(发电)；此时产生的电压称为诱发电压。

↑回收时，电机工作原理简图

在以上电机本体初步理解之后，我们再看看电机控制系统整体是怎样的？

整体：从整车控制器(VCU)接收扭矩指令后，驱动电机控制器(电机ECU)内部完成VCU发出的扭矩指令的过程。

详细过程简述：

电机ECU接收了VCU扭矩指令后，电机是如何一步步的产生扭矩的了？

首先，电机角度传感器和电流传感器分别检测出电机轴位置(旋变作用)以及通过电机本体的电流，然后，电机ECU会计算出电流流入电机的best时间点，并通过端口控制信号，对逆变器开关进行合适的切换和打开，从而使电池电流流入电机本体，当电机本体有电流流入后，电机将产生扭矩。此外，当电机有电流流入时，逆变器、电机本体会由于内部损耗产生热量，那么，可以通过电机冷却风扇的转动来实现逆变器以及电机本体的冷却，当电机由于温度导致性能受限时，电机ECU会向VCU发出限制扭矩的要求。

↑电机控制系统工作原理

然后，我们再详细展开聊聊电机控制：

在构建控制系统前，我们先把控制对象→ 电机，建立相应的数学或功能模型，并画出三相同步电机的等效示意图，如下图所示：

↑三相同步电机的等效示意图

其中：

vu vv vw：每相定子电压

iu iv iw：每相定子电流

Ra：定子绕组的电阻

Lu Lv Lw：定子绕组自感

Mu Mv Mw：定子绕组互感

Ψｆ：永磁磁链最大值

ω：角速度

θ：与d轴U相的夹角

s：微分算子

由此等效示意图得出的电压与电流的关系式如下：三相交流坐标系下的电压方程式

但，以电压方式来直接控制三相交流电流，非常难以理解且解析起来也有困难，因此会想到用坐标转换的方式来简化问题，在坐标转换前，我们首先来看看坐标转换的意义是什么？

左图为按照三相交流坐标从外部看电机所观察到的电流，小黑人是否很疑惑？正常人都会感到疑惑；若转换坐标，按电机转动的旋转视角观察，电流就会看起来像直流一样，换汤不换药，但是不是直观了很多？回答是肯定的！所以古人“横看成岭侧成峰”还有很有哲学道理的。

↑坐标变换的意义示意图

以上的坐标转换，也就是为了换个角度看待被控对象，而通过改变参照坐标来实现。

坐标转换：3相交流坐标向2相交流坐标转换的实现

对3相交流坐标的电压方程式，进行坐标系变换，导出2相交流坐标的电压方程式，原理图如下图所示：

↑3相转2相原理图

然后将3相电压方程带入变换矩阵[C]中，得出[Va,Vb]，如下图所示。

3相坐标向2相坐标的变换，好处是减少了一个控制要素，所以比较容易运算。但，由于存在非线性情况，所以在控制实操层面较为复杂。

向dq坐标轴的坐标变换：

1、为了实现控制，需要消除非线性部分。

2、把坐标系变换成dq坐标。

什么是dq坐标？一般会在与电机磁体旋转的正交坐标系中，取磁极轴线为d轴，比d轴超前90°的轴线为q轴。

变换矩阵：2相交流坐标变换到dq坐标系的变换矩阵如下图所示

↑变换矩阵

从2相坐标系变换到dq坐标系，非线性项消除，所以变得更简单。

坐标变换汇总：

通过坐标变换，电流可以由三相交流转换成容易处理的直流，电压方程式，也可以由非线性方程转换为线性方程。

↑坐标变换汇总图

在以上控制原理理解后，可以很明显的看出，电机控制都是围绕电机目标扭矩的实现来展开的，因此，电机控制中最重要的目标就是电机扭矩控制。

围绕着电机扭矩控制，电机控制还有：

电流控制、电流谐波重叠控制、弱磁场控制、电机振动抑制控制、电机转速FB控制、IGBT控制、PWM输出控制、扭矩限制控制、电机保护控制等。这些研究方向都是以电机扭矩控制为基础的控制，属于细分领域，研究好任何一个方向，都对扭矩控制有帮助。

对于参数辨识，由上述控制原理可知，矢量控制技术的核心在于磁场定向，而影响磁场定向的一个关键因素就是电机参数，因此，参数辨识研究方向肯定是非常好的一个点，通过电机参数的研究，可以提升整体控制系统的静态和动态特性。

以上为笔者今天分享的内容，后续，笔者将交叉详细详细介绍新能源电机软件控制的各个方面，希望对大家在新能源电机控制方面有所帮助。