Motor

FOC

Motor

SimpleFOC

MiniFOC

ODrive

MEGA328P

GD32F130

STM32F405

STM32G474

HC32M120

SWM181

FOC

FOC(field-oriented control)为磁场导向控制,又称为矢量控制(vectorcontrol),是一种利用变频器(VFD)控制三相交流马达的技术,利用调整变频器的输出频率、输出电压的大小及角度,来控制马达的输出。其特性是可以个别控制马达的的磁场及转矩,类似他激式直流马达的特性。由于处理时会将三相输出电流及电压以矢量来表示,因此称为矢量控制。是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效控制的最佳选择。FOC精确地控制磁场大小与方向,使得电机转矩平稳、噪声小、效率高,并且具有高速的动态响应。

FOC按照电机有无传感器来区分可以分为有传感器FOC和无传感器FOC。

对于有传感器FOC,由于电机的传感器(一般为编码器)能反馈电机转子的位置信息,因此在控制中可以不使用位置估算算法,控制起来相对无传感器FOC简单,但是对带传感器的电机应用来说,往往对控制性能要求较高。

对于无传感器FOC,由于电机不带任何传感器,因此不能通过简单读取传感器的测量值来得到电机转子的位置信息,所以在控制中需要通过采集电机相电流,使用位置估算算法来计算转子位置。虽然无感FOC的控制难度较大,但是它可以避免传感器故障的风险,并且省去了传感器的成本,同时简化了电机与驱动板间的布线。目前,无感FOC多应用在风机类的场合中。

    1. FOC则完全没有转速的限制,不论在什么转速下都可以实现精确的控制。

    1. FOC的换向性能极其优秀,最高转速下正反转切换可以非常顺畅。

    1. FOC还可以以能量回收的形式进行刹车控制。

    1. FOC可以实现力矩、速度、位置三个闭环控制。

    1. FOC驱动器的噪音会比电调小很多,效率也比电调高很多。

PWM

PWM(Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制: 从调制脉冲的极性看,PWM又可分为单极性与双极性控制模式两种。

过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化,占空比就是指在一个周期内,信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比,例如方波的占空比就是50%.

  • PCM(Pulse Code Modulation),脉冲编码调制,以约定好的二进制码流传递信息,可以时分复用;

  • PPM(Pulse Position Modulation),脉冲位置调制,以不同时刻出现的脉冲位置传递信息,可以时分复用

  • PDM(Pulse Distance Modulation),脉冲间隔调制,脉冲宽度不变,都是560us,通过改变脉冲间隔实现调制

PCM

I2S是PCM的一个分支,采样频率一般为44.1KHZ和48KHZ做,PCM采样频率一般为8K,16K。有四组信号:位时钟信号,同步信号,数据输入,数据输出。

PPM/PDM

红外遥控发射采用PPM/PDM编码方式,遥控编码脉冲由前导码、16 位用户码(8 位用户码、8 位用户码的反码)和 16 位操作码(8 位操作码、8 位操作码的反码)组成。

  • 前导码的作用:前导码是一个遥控码的起始部分,由一个 9ms 的高电平 (起始码) 和一个 4.5ms 的低电平 (结果码) 组成。

  • 用户码的作用:16 位用户码(8 位用户码、8 位用户码的反码),通过对用户码的检验,每个遥控器只能控制一个设备动作,这样可以有效地防止多个设备之间的干扰。编码后面还要有编码的反码,用来检验编码接收的正确性,防止误操作,增强系统的可靠性。

  • 位0和1的表示:0和1均以0.56ms的高电平开始(实测500us),不同的是后面出现的低电平,如果低电平是0.56ms,则表示0,如果低电平是1.68ms(0.56*3=1.68)则表示1。

VESC

VESC GitHub

vesc-project is an open source motor controller firmware, the source code for the VESC DC/BLDC/FOC controller.

SimpleFOC

MCU

2 PWM

4 PWM

3 PWM

6 PWM

PWM Freq

Package

ESP32

RP2040

STM32H747

X

STM32G431

STM32F103

MiniFOC

ODrive