会FOC算法为啥也很难做好11万转吹风机软件？

 

前言：

会FOC底层算法的软件工程师相对比较少，能够把FOC算法做好的工程师更加少。但是本文讨论的是即使FOC算法你已经打磨的很好了，但是依旧很难做好11万转高速吹风筒项目。如图所示：FOC算法框架各子函数

很多人不经要问：那难点究竟在哪里呢？

其实最大的难点就是FOC电机算法是高速依赖电机负载这样的场景，对于电机本体来说，有多种负载模型：高压大电感量，高压小电感量，低压大电感量，低压小电感量，速度输出型，扭矩输出型等等。

针对以上不同的应用负载模型，应该采用不同的控制策略，比如：不同的观测器：滑模观测器，龙伯格观测器，磁链观测器，PLL观测器等。

不同的观测器的代码运算量不一样，适用场景不一样。但是除了匹配不同的应用负载模型的观测器外，还有一个更重要的难点在于能否用最低的成本的MCU来实现。现在市场竞争已经不在能否做出来这个赛道了，而是能否用低成本的MCU来实现才真正具有商业价值。

那么第一个难点就是软件工程需要对电机负载特性比较了解，大多数工程师都是用滑模观测器来写，对于启动来说一般都是采用预定位的三段式启动方式。

我想大家写过代码的都心有体会。但是实际上你的启动方式跟电机的电感量，转速，负载类型有很大的关系，需要适配好不同观测器的算法以及启动方式才是最重要的。

对于11万转高速吹风筒来说，由于电机安装位置在手柄的位置，稍微启动不丝滑，抖动等人手就能敏锐地感知到，带来很差的体验感。我们在分解需求后，发现11万转这样的高转速马达，在60度换向周期内只剩下几十微秒，那么要想电机换向精度高，就需要60度电周期内至少有接近2个SVPWM周期，这样换算下来你的SVPWM载频就需要不能低于20KHz，最好是22到25KHz。

这样的话，就带来了第一个问题：FOC算法必须要求在25us之内算完（还要考虑单斜坡影响因素）。这样的话，滑模观测器就只能排除了。那么分析下来，锁相环PLL观测器是较佳选择。

第二个问题，市场越来越卷，由于电机越来越便宜，一致性很差，还要求宽电压输入（AC150V-270V都要能工作）对启动要求就特别高。通常软件工程师都是采用预定位三段式启动，结果是在进行开关开快速切换的时候容易启动失败，电机过流等现象，这是产品中是绝对禁止的。

而我们张飞电子采用了自研的自适应电流闭环启动算法，更广大范围内适应了不同电机的参数需求，优点：启动快（最快170ms），启动零失败，启动丝滑，无抖动现象，不同厂家电机无差别适应。特别适合大批量生产。

如下图：启动电流波形

上图明显表达了启动电流波形无过充（MOSFET无过充应力）这样MOSFET无过电流冲击，更加安全可靠，不炸鸡。

从上图还能看出从0到11万转时间极短，总共就200毫秒就达到最大速度。

从上图还能看出启动丝滑，无电流波动，就能实现启动时电机无抖动现象。

我们继续看一下张飞电子11万转高速风筒FOC算法 从启动到最大转速运转速度11万转，再到刹车停止全过程电流波形。

如下图所示（启停全过程电流波形）

上图是启动到11万转最大转速再到停机全过程电流波形，我们可以看到整个全局没有过充电流，带来的好处是MOSFET没有过充电流，就不会有过载应力，也不会温度很高。最重要的一点就是过电磁兼容EMC相对比较容易，辐射会比较好过。

另外一个优点就是电流做了纹波电压补偿（采用张飞电子自研算法），整个电流峰值比较水平，这样带来的好处就是电机高速运转的时候，手感好，不麻手。因为没有严重的谐波分量，用户吹头发10分钟后，也不会出现头晕，耳鸣等不舒服的症状。这才是优秀的吹风筒的技术保障。

我们再来看第四幅图

上图展示的是从11万转最高转速到零速的刹车过程的电流波形。

从上图可见：整个刹车过程没有过冲，市面上有的算法刹车电流极大，远远高于最高转速的电流，另外根据三相桥电路原理，刹车过程是Vbus电压会有过冲现象（电压会有一段时间远远高于电解电容的耐压值）

由于是友商关系，我这里不便把友商的波形放出来，毕竟是需要良性竞争才行，希望大家理解。

那么根据上图波形，我们可以发现我们张飞电子的算法，实现了在刹车阶段没有电流过冲，MOSFET也安全，不发热，Vbus母线电解电容也过充电压也远远低于电容本身的耐压值，这样才能保证的MOSFET和电解电容的长寿命和双安全。

综上所述，我们张飞电子的11万转高速吹风筒的算法实现了MOSFET的温度比同行要低，整个系统硬件由于搭载了优秀的自研算法，细节处理到位，既能够轻松过电磁兼容EMC,也能实现系统PCBA的安全可靠，不炸鸡等。

最后，搭载我们自研的张飞电子高速吹风筒算法的MCU成本比市面上大多数的价格低3毛钱左右，十分具有竞争优势，欢迎大家来垂询！