隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，電機(jī)控制技術(shù)的需求也在不斷增加，主要的電機(jī)控制需求包括高精度控制、高效率、高可靠性和智能化等。

FOC（磁場(chǎng)定向控制），也被稱作VC（矢量控制），是一種對(duì)無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方法，如無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）和永磁同步電機(jī)（PMSM）。FOC控制被廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、電動(dòng)汽車、無(wú)人機(jī)、生活家電等需要高性能和高精度電機(jī)控制領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

本方案是基于中科億海微自主研發(fā)的EQ6HL45_CSG324型FPGA芯片，實(shí)現(xiàn)并滿足了FOC算法的實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算、電機(jī)參數(shù)的靈活配置、抵御噪聲和電磁干擾等功能，以及實(shí)現(xiàn)了電流（力矩）、速度、位置三個(gè)閉環(huán)控制，通過(guò)精確地控制磁場(chǎng)大小與方向，使得電機(jī)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪聲小、效率高，并且具有高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行“像素級(jí)”控制。

圖 伺服控制FOC系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)架構(gòu)中，User logic主要是用戶邏輯代碼，并為FOC模塊提供目標(biāo)Iq、Id參數(shù)；FOC module主要是提供FOC控制算法；Adc controller和Angle decoder分別采集電機(jī)的相電壓和角度數(shù)據(jù)。其他器件可根據(jù)具體情況選擇合適的器件，實(shí)現(xiàn)定制化伺服控制功能。

圖 伺服控制FOC軟件架構(gòu)圖

軟件架構(gòu)主要由三個(gè)PID環(huán)控制組成，包括電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角度與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)同步，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的直接控制。電流環(huán)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)FOC的主要控制。速度環(huán)和位置環(huán)主要通過(guò)檢測(cè)電機(jī)編碼器的信號(hào)來(lái)進(jìn)行負(fù)反饋PI調(diào)節(jié)，在實(shí)現(xiàn)速度和位置控制的同時(shí)，協(xié)助電流環(huán)進(jìn)行電流（轉(zhuǎn)矩）的控制，達(dá)到對(duì)速度和位置的相應(yīng)控制，最終實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)電流（扭矩）-控制電機(jī)轉(zhuǎn)速-控制電機(jī)位置的閉環(huán)控制流程。

典型應(yīng)用

電機(jī)：無(wú)感/有感的BLDC/PMSM、三相/單相感應(yīng)電機(jī)、伺服電機(jī)。

工業(yè)領(lǐng)域：FOC算法常用于精確控制電機(jī)的力矩和轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線的高效運(yùn)行。

電動(dòng)汽車和無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域：FOC算法被廣泛應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精確控制，提高動(dòng)力系統(tǒng)的效率和性能。

生活家電領(lǐng)域：各個(gè)終端市場(chǎng)對(duì)BLDC電機(jī)控制性能提出了更高的要求，它們不僅需要電機(jī)能夠做到高效率和多功能控制，還需要電機(jī)在追求高轉(zhuǎn)速的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低噪音低振動(dòng)的控制效果。