中科亿海微伺服控制FOC解决方案

 

随着科技的不断进步和应用的不断扩展，电机控制技术的需求也在不断增加，主要的电机控制需求包括高精度控制、高效率、高可靠性和智能化等。

FOC（磁场定向控制），也被称作VC（矢量控制），是一种对无刷电机的驱动控制方法，如无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）。FOC控制被广泛用于工业自动化、电动汽车、无人机、生活家电等需要高性能和高精度电机控制领域的应用场景，具有非常重要的应用价值。

本方案是基于中科亿海微自主研发的EQ6HL45_CSG324型FPGA芯片，实现并满足了FOC算法的实时测量计算、电机参数的灵活配置、抵御噪声和电磁干扰等功能，以及实现了电流（力矩）、速度、位置三个闭环控制，通过精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应，可以实现对无刷电机进行“像素级”控制。

图 伺服控制FOC系统架构图

系统架构中，User logic主要是用户逻辑代码，并为FOC模块提供目标Iq、Id参数；FOC module主要是提供FOC控制算法；Adc controller和Angle decoder分别采集电机的相电压和角度数据。其他器件可根据具体情况选择合适的器件，实现定制化伺服控制功能。

图 伺服控制FOC软件架构图

软件架构主要由三个PID环控制组成，包括电流环、速度环和位置环，使电机的转子位置角度与磁场旋转同步，从而实现对电机的直接控制。电流环控制电机的转矩，实现FOC的主要控制。速度环和位置环主要通过检测电机编码器的信号来进行负反馈PI调节，在实现速度和位置控制的同时，协助电流环进行电流（转矩）的控制，达到对速度和位置的相应控制，最终实现控制电机电流（扭矩）-控制电机转速-控制电机位置的闭环控制流程。

典型应用

电机：无感/有感的BLDC/PMSM、三相/单相感应电机、伺服电机。
 

工业领域：FOC算法常用于精确控制电机的力矩和转速，以实现自动化生产线的高效运行。

 

电动汽车和无人机等领域：FOC算法被广泛应用于实现对电机的精确控制，提高动力系统的效率和性能。

 

生活家电领域：各个终端市场对BLDC电机控制性能提出了更高的要求，它们不仅需要电机能够做到高效率和多功能控制，还需要电机在追求高转速的同时实现低噪音低振动的控制效果。