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。