FOC: 3상 전류를 두 개의 직류로
클라크, 파크 변환으로 회전하는 3상 전류를 회전자에 붙은 좌표의 d축, q축 직류 값으로 바꿔 토크를 직접 제어합니다.
왜 좌표를 바꾸나
3상 전류는 회전 속도에 맞춰 계속 바뀌는 사인파라서, PI 제어기로 직접 따라가게 하기 어렵습니다. 회전자와 같이 도는 좌표계에서 보면 이 전류가 멈춘 직류 값이 되고, 직류는 PI로 쉽게 제어됩니다.
변환 순서
- 클라크 변환: ia, ib, ic → iα, iβ (정지 2축)
- 파크 변환: 회전자 전기각 θ로 회전 → id, iq (회전 2축)
- PI 제어: id → 목표 0 (표면 자석 모터), iq → 목표 토크 전류
- 역파크 변환: vd, vq → vα, vβ
- SVPWM: vα, vβ → 세 상 듀티
iq = -iα·sinθ + iβ·cosθ
id = iα·cosθ + iβ·sinθ
d축과 q축의 의미
- q축 전류: 토크를 만듭니다 (토크 = 1.5 · p · λ · iq)
- d축 전류: 자속 방향. 0으로 두면 같은 전류로 최대 토크, 음수로 주면 고속에서 약자속 운전
필요한 것
- 정확한 전기각 θ: 엔코더, 보간한 홀, 또는 센서리스 관측기
- 빠른 전류 루프: PWM 주기(10~20kHz)마다 위 계산 전체
- 정확한 전류 센싱과 타이밍
6스텝보다 토크 리플이 작고 조용하며 효율이 좋아서 전기차, 산업용 서보, 고급 드론 ESC가 FOC를 씁니다.