news 2026/7/8 1:21:25

FOC永磁体磁链计算公式

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张小明

前端开发工程师

1.2k 24
文章封面图
FOC永磁体磁链计算公式

Gemini 这个结果其实是比较接近正确答案的,而且比我上一条回答更严谨一些。问题的关键就在于:

KV 是按什么定义的?

  • 机械角速度还是电角速度?
  • 相电压还是线电压?
  • 峰值还是 RMS?

不同定义会导致磁链相差√3、√2、极对数 p等系数。

对于你这种2208 云台电机(100KV,7极对),Gemini 给出的:

[
\Psi_f \approx 0.00788Wb
]

我认为大概率比我前面算的 0.0136Wb 更接近实际


先说结论

对于你的电机:

  • KV = 100 rpm/V
  • p = 7

FOC 中使用的永磁磁链建议取:

[
\boxed{\Psi_f \approx 0.0079Wb}
]

即:

[
\boxed{\Psi_f \approx 7.9mWb}
]

作为初值。

经验范围:

7~9 mWb

都很合理。


为什么会出现 7.9mWb 和 13.6mWb 两个答案?

原因是:

KV 厂家标的是:

rpm / Volt

但 Volt 到底是:

  • 相电压 RMS
  • 相电压峰值
  • 线电压 RMS
  • 线电压峰值

厂家一般不写。

而 PMSM 的反电势模型又有很多写法。

例如:

相反电势峰值:

[
e_{phase,peak}

\omega_e\Psi_f
]

线电压 RMS:

[
E_{ll,rms}

\frac{\sqrt3}{\sqrt2}
\omega_e\Psi_f
]

于是:

[
\Psi_f=
\frac{1}
{\sqrt3/\sqrt2}
\frac{60}
{2\pi pKV}
]

得到:

[
\Psi_f

\frac{60}
{2\pi\sqrt3,pKV}
]

这正是 Gemini 的公式:

[
\boxed{
\Psi_f=
\frac{60}
{2\pi\sqrt3,pKV}
}
]


数值验证

代入:

[
KV=100
]

[
p=7
]

得到:

[
\Psi_f

0.00788Wb
]

即:

[
\boxed{
7.88mWb
}
]


用电机转矩再验证一下

FOC:

[
T=
\frac32
p
\Psi_f
i_q
]

代入:

[
p=7
]

[
\Psi_f=0.00788
]

得到:

[
T=
0.0827 i_q
]

于是:

如果:

[
T=0.03Nm
]

则:

[
i_q

0.363A
]

约:

360mA

而规格书:

工作电流 200~500mA

确实完全对上。


再验证一下 KV

Gemini:

[
K_t

0.0827Nm/A
]

经典经验:

[
K_t

\frac{8.27}{KV}
]

KV=100:

[
K_t=0.0827
]

完全一致。


所以推荐值是多少?

对于你的 2208-80T:

motor.pp=7;motor.Rs=8.25f;motor.Ld=4.25e-3f;motor.Lq=4.25e-3f;motor.psi_f=0.00788f;

建议先用:

psi_f=0.008f;

就行。


不过还有一个更重要的问题

实际上在很多开源 FOC 项目里,例如:

  • VESC
  • ODrive
  • MESC
  • ST MCSDK

他们对于flux_linkage的定义并不完全相同。

有的是:

[
\lambda_m
]

有的是:

[
\psi_{PM}
]

有的是:

相峰值磁链。

有的是:

线 RMS 磁链。

甚至还有:

[
\psi_f=
\frac23\lambda_m
]

这种定义。

所以最关键的是:

你准备把这个 ψf 用到哪里?

例如:

vq_ff=omega_e*psi_f;

还是:

torque=1.5f*p*psi_f*iq;

还是:

observer.flux_linkage

不同软件框架下,数值可能会差一个:

√3 ≈ 1.732 √2 ≈ 1.414 3/2 = 1.5

倍率。


如果你告诉我:

这个 ψf 是准备放到哪段代码里?

比如:

vq+=omega_e*psi_f;

或者

Te=1.5f*p*psi_f*iq;

我可以帮你确定:

你的 ESP32 FOC 代码到底应该填 0.0079 Wb,还是 0.0136 Wb。

这是最重要的,否则很容易把前馈补偿做大 70%,导致你之前遇到的iq 控不住、速度越高电流越上不去的问题。




是的,如果是放到你截图里的这段代码:

floatff_d=speed_elect*Lq*iq_target;floatff_q=-speed_elect*Ld*id_target-speed_elect*Ke;

那么这里的Ke实际上就是FOC模型中的永磁磁链 ψf

更准确地说应该写成:

floatff_d=+omega_e*Lq*iq;floatff_q=-omega_e*Ld*id-omega_e*psi_f;

或者有些教材写成:

vd_ff=-ωe Lq iq;vq_ff=+ωe Ld id+ωe ψf;

然后再根据你的 PI 定义决定加还是减。

本质上都是在补偿:

[
u_q

Ri_q
+
L_q\frac{di_q}{dt}
+
\omega_eL_di_d
+
\omega_e\psi_f
]


先看你的代码符号

你截图:

ff_q=-speed_elect*Ld*id_target-speed_elect*Ke;

然后:

vq_out=pi_iq.Run(...)+ff_q;

等价于:

[
V_q

V_{qPI}
-\omega_eL_di_d
-\omega_e\psi_f
]

说明你的 PI 输出的是:

“需要克服扰动后的净控制量”

然后前馈去抵消扰动。

这是负扰动补偿写法


很多教材写法:

[
v_q=
v_{PI}
+\omega_eL_di_d
+\omega_e\psi_f
]

这是正模型补偿写法

其实只是定义不同。


那么你的 ψf 应该填多少?

这里终于可以确定了。

因为:

ff_q=-ωe ψf

中的 ψf 就是:

[
e_{phase}

ω_e ψ_f
]

这个 ψf 必须是:

dq 坐标系下的相磁链(phase flux linkage)

而不是线电压磁链。


对于你的电机:

2208-80T

KV=100

p=7

建议:

psi_f=0.0079f;

先试。

即:

motor.psi_f=0.00788f;

然后:

ff_q=-speed_elect*motor.psi_f;

再验证一下数值

你的电机:

KV=100

12V

空载:

1200rpm

机械:

[
\omega_m

125.66
]

电角:

[
\omega_e

879.6
]

若:

[
ψ_f

0.00788
]

则:

[
ω_eψ_f

879.6\times0.00788
]

得到:

[
6.93V
]


如果取:

[
ψ_f=0.0136
]

则:

[
ω_eψ_f

11.96V
]


这里其实就暴露出了一个问题。

你的 KV=100 表示:

12V → 1200rpm

那么空载时反电势应该接近 12V。

按这个角度看:

[
ψ_f≈0.0136Wb
]

似乎又是合理的。


所以现在最关键的问题来了:

你的 dq 变换里的电压单位是什么?

是:

① 相电压峰值

还是

② 相电压 RMS

还是

③ 线电压 RMS


因为:

[
0.0136

\sqrt3
\times
0.00788
]

两者正好差:

[
\sqrt3

1.732
]

说明本质上就是:

相磁链 与 线磁链 的区别。


我建议最简单的方法

不要纠结公式。

直接实验辨识。

关闭前馈:

psi_f=0;

跑到稳定速度。

记录:

omega_e vq iq

然后计算:

[
\psi_f=
\frac{vq-Ri_q}
{\omega_e}
]

例如:

ωe=500rad/s vq=4.8V iq=0.1A R=8.25Ω

则:

[
\psi_f=
\frac{4.8-0.825}
{500}

0.00795Wb
]


如果测出来:

0.007~0.008

说明 Gemini 是对的。


如果测出来:

0.012~0.014

说明你代码里的电压定义是相峰值,

应该用:

psi_f=0.0136f;

这个方法是最准的。

因为它完全绕过了:

  • KV定义
  • 线电压/相电压
  • RMS/峰值
  • Clarke/Park归一化
  • SVPWM调制系数

这些最容易搞乱的地方。

对于你现在这个 ESP32 FOC 工程,我反而更推荐:

实测辨识 ψf,而不是相信厂家 KV。

这样以后做:

ff_q=-omega_e*psi_f;

一定是对的,而且高速时iq就不会莫名其妙掉下去了。

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