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

FOC（磁場定向控制），也被稱作VC（矢量控制），是一種對無刷電機的驅(qū)動控制方法，如無刷直流電機（BLDC）和永磁同步電機（PMSM）。FOC控制被廣泛用于工業(yè)自動化、電動汽車、無人機、生活家電等需要高性能和高精度電機控制領(lǐng)域的應(yīng)用場景，具有非常重要的應(yīng)用價值。

本方案是基于中科億海微自主研發(fā)的EQ6HL45_CSG324型FPGA芯片，實現(xiàn)并滿足了FOC算法的實時測量計算、電機參數(shù)的靈活配置、抵御噪聲和電磁干擾等功能，以及實現(xiàn)了電流（力矩）、速度、位置三個閉環(huán)控制，通過精確地控制磁場大小與方向，使得電機的運動轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)、噪聲小、效率高，并且具有高速的動態(tài)響應(yīng)，可以實現(xiàn)對無刷電機進行“像素級”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)，使電機的轉(zhuǎn)子位置角度與磁場旋轉(zhuǎn)同步，從而實現(xiàn)對電機的直接控制。電流環(huán)控制電機的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)FOC的主要控制。速度環(huán)和位置環(huán)主要通過檢測電機編碼器的信號來進行負反饋PI調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)速度和位置控制的同時，協(xié)助電流環(huán)進行電流（轉(zhuǎn)矩）的控制，達到對速度和位置的相應(yīng)控制，最終實現(xiàn)控制電機電流（扭矩）-控制電機轉(zhuǎn)速-控制電機位置的閉環(huán)控制流程。

典型應(yīng)用

電機：無感/有感的BLDC/PMSM、三相/單相感應(yīng)電機、伺服電機。

工業(yè)領(lǐng)域：FOC算法常用于精確控制電機的力矩和轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的高效運行。

電動汽車和無人機等領(lǐng)域：FOC算法被廣泛應(yīng)用于實現(xiàn)對電機的精確控制，提高動力系統(tǒng)的效率和性能。

生活家電領(lǐng)域：各個終端市場對BLDC電機控制性能提出了更高的要求，它們不僅需要電機能夠做到高效率和多功能控制，還需要電機在追求高轉(zhuǎn)速的同時實現(xiàn)低噪音低振動的控制效果。