借应用增长东风，中国电机控制技术如何共同提升？

电子发烧友网报道（文/李宁远）近几年来，国内电机市场规模在不断增大，产量也在不断提升。其实全球大部分的电机都是我国生产的，此前主要以中低端电机产品为主，包括罩极电机、异步电机、有刷电机、感应电机、步进电机等等，主要应用于家电、工业，以及办公自动化等领域，而高端电机市场此前主要以日系、德系品牌为主。
 
随着我国科技的进步，功率半导体技术，控制芯片、控制技术和高性能稀土永磁材料的不断发展，电机向高能效高性能不断升级，国内电机企业也开始快速向无刷电机、伺服电机等高端电机产品迈进，电机智能化、高效化和节能化成为我国当前电机行业发展的主要方向。
 
11月16日，在由电子发烧友网主办的“2023电机控制先进技术研讨会”上，瑞萨电子市场开发部专家杜灏、元能芯科技总经理黄致恺、兆威机电控制BU总负责人陈毅东、兆易创新产品市场资深经理陈奇以及中国科学院深圳先进技术研究院副研究员孙天夫应邀参加由电子发烧友网总经理张迎辉主持的圆桌论坛。在论坛上，电机控制行业专家分享了各自对于中国电机控制技术的看法与未来的发展。
 

 

高端电机控制尚有差距，高集成度细分领域专用驱控芯片需持续沉淀
 
过去五年，国内电机行业处于快速蓬勃的增长中，消费电子领域、工业设备领域、汽车领域里有很多的技术升级，技术创新都是在国内市场先发起的。会议嘉宾也就“如何认识国产电机控制芯片在全球的地位，以及国产电机控制芯片硬件技术是否走到了国际前列？”这个问题分享了自己对行业的认知。
 
现在高端电机控制领域整体的趋势是向多核同构或者多核异构的架构方向去走，涉及大量硬件资源的配置。瑞萨电子作为行业头部国际厂商，在高端电机芯片领域布局时间更久，瑞萨电子市场开发部专家杜灏也认为在高端芯片规划上，国内厂商需要进一步做规划，“特别是针对工控电机控制这一领域，还会牵涉到工业网络通信相关的很多硬件资源，向高端电机控制产品发展是一个大方向，也是国产电机芯片公司需要考虑的产品规划方向”。
 
元能芯科技总经理黄致恺认为在驱动IC领域，目前在集成度和细分领域的专用性上国内外还有差距，“可以看到Allegro、ROHM或是迈来芯这些国际厂商的驱动IC，它产品的集成度，在细分领域的专用性会更强，在国内确实现在能和这种对比的还不多”。虽然还有差距，但元能芯科技总经理黄致恺也表示现在已经看到了国内很多公司在做更高集成度或是更细分领域的专用产品出来，这是在全球化的市场中国产厂商如何占领市场的关键。
 
兆威机电控制BU总负责人陈毅东表示在中低端场景国产已经完全可以覆盖，但在医疗、工业、汽车这些赛道仍需持续深耕。陈毅东站在芯片下游的电机企业视角也给国产驱控芯片提出了自己的两点理解和一点呼吁，第一点是对于这种场景化的理解，“抓住某个场景深耕，在这个细分领域做到第一，抓住细分场景是我认为***发力点”。第二点建立在第一点之上，“细分市场的应用做好以后，推动进行产业升级，向高性能芯片方向做整个生态上延展”。陈毅东也呼吁国内电机以及电机相关从业者一同努力把国产赛道做大做强。
 
在国内芯片行业从业多年的兆易创新产品市场资深经理陈奇也坦言，“从电机控制芯片来说我们国内的芯片厂家跟国外还是有很大的差距，不论是算力、ADC性能还是硬件滤波算法方面的积累，国内还在持续研究积累中没有完全突破”。在小型化走量的市场，国内外差距已经不大了，但在高端工控、汽车领域的电机芯片上差距还是很大。
 
客观来看，电机驱控芯片领域，在国内厂商的深耕积累下，国产驱控芯片已经可以覆盖中低端应用市场，高端市场尚需时间沉淀。中国科学院深圳先进技术研究院副研究员孙天夫也表示非常看好国内电机芯片的发展，国内厂商面向国内终端市场高附加值的服务会更有优势，假以时日国内外电机驱控芯片的差距会越来越小。
 
国内外算法是否有代差？算法与底层硬件、具体应用场景相结合才是核心竞争力
 
电机控制除了芯片，算法也是决定控制效果的关键因素，算法积累是各家电机驱控芯片厂商的核心竞争力。电子发烧友总经理张迎辉向会议嘉宾抛出的第二个问题是，国内外芯片公司在电机控制算法方面是否存在代差？对应用厂商来说是否需要考虑这个问题？
 
瑞萨电子市场开发部专家杜灏以工控应用举例，“在工控领域，多轴的同步控制算法、多轴驱控一体算法的应用是匹配电机性能非常重要的环节，针对这一点瑞萨能够提供不同的方案。”同时杜灏还强调了AI算法未来在电机控制中的潜力，值得从业人员关注。元能芯科技总经理黄致恺则认为，“从算法面来看，目前国内和国际友商还有很大差距。”事实上TI、ST这些知名的国际大厂对算法的重视程度并不亚于其他任何一家，算法与硬件的融合是整个机电一体化的整合，“我们国内厂商还需要向更高机电融合度进步，或者是把算法做得更完整”。
 
算法肯定是电机控制的核心，算法的更新迭代积累是重要的一面，但能不能应用起来才是算法有没有发挥作用最关键的问题，兆威机电控制BU总负责人陈毅东和兆易创新产品市场资深经理陈奇两位嘉宾表达了相同的观点。
 
陈毅东认为算法做得很成功很先进只是一方面，算法能不能与芯片结合在一起，能不能与场景应用结合在一起才是评价算法优劣的关键，“基于现有的工况、现有的条件来提供一个最佳电机控制方案的算法才是成功的算法”。算法更新迭代的核心需要围绕着具体场景化应用而进行。
 
“单说算法的话，其实我认为差距并不大，并不止国内国外芯片厂的差距并不大，包括科研差距也不大”。陈奇表示，“不同的负载配不同的算法，不存在哪种算法更好更强，同一场景下能跑出最高最好性价比的算法才是最好的答案”。
 
不结合芯片，不结合具体应用场景的算法，本身只是一套数学逻辑方法。如何把算法和硬件更好地结合到一起，如何在具体场景下实现高效控制才是算法最终的目标。从现状来说，国产厂商已经具备这个算法能力，就拿FOC来说，目前随着电机控制性能要求的逐年提升，FOC控制算法目前已经确立了主导地位，过去FOC复杂的运算需要借助DSP来实现，尤其是无感的FOC。现在很多国内芯片厂商都开发了专用于电机的主控实现了FOC，或者是将FOC控制相关的模块使用硬件的方式集成在了芯片内部来进行控制。在低速带载、带载高速、IPM零速带载、无感器正反转切、多电机同步、参数辨识等复杂电机控制算法与电流环的同步等难点上都有非常多不错的解决方案。
 
内核选型，应用场景需求决定主控配置
 
现在的电机控制市场，可以看到有很多不同内核的控制芯片去选择，8位、32位、RISC-V、单核、多核。8位市场份额的下降速度比预期中的快，在RISC-V架构和对高级功能的需求的推动下，MCU市场大部分增长发生在32位和RISC-V领域。那对于电机控制应用而言，这些内核不同的芯片是否真的存在很大差别，选型时又应该注意些什么呢？
 
在这一问题上，会议嘉宾都表达了相同的观点，不同内核确实有差异，但都能完成电机控制，具体的选用还是要看场景、看应用。有的应用有三角函数、特殊的运算需求，有的应用需要配协处理器，有的需要多核分区来跑，具体应用需求决定了如何选型。
 
至于为什么现在32位ARM这么多，主要还是因为ARM把32位内核做得很通用了，而且做得很便宜，大家都不会再去从头研发内核了，所以就一直沿用了ARM，比如M0、M3、M4这些内核都是电机控制里很常见。
 
电机控制本身是实时性的控制，对中断响应要求是比较高的，不同场景对功能的要求也不一样，如何选用还是要多方面考虑。当然我们也看到不少厂商在布局高主频内核、多核的主控，以更高的性能和性价比覆盖多场景多功能的电机控制。
 
写在最后
 
会议最后，各位嘉宾也分享各自对于未来电机应用发展较为看好的方向，工控、汽车、机器人是被提及次数最多的几个赛道。
 
总的来说，和电机相关的赛道充满了机遇，在技术进步的推动下，未来电机控制通过采用更集成化的器件、性能更好的第三代半导体，以及更加优秀的软件控制算法来实现提升电机效率，达到高效且节能的目的，再通过更多传感器的加入，扩展感知范围，结合AI算法等手段来实现更加智能化的控制。