foc跟矢量控制有什么區(qū)別_解析foc驅(qū)動(dòng)技術(shù)

　　什么是FOC

　　FOC。把先進(jìn)的科技和設(shè)計(jì)完美結(jié)合起來(lái)，作為一個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的先驅(qū)，專業(yè)為快速制造而設(shè)計(jì)產(chǎn)品。代表產(chǎn)品有FOC Palm-hug 吸頂燈FOC-Field Oriented Control，磁場(chǎng)定向控制。

　　什么是矢量控制

　　由于異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。上世紀(jì)60年代末由達(dá)姆斯塔特工業(yè)大學(xué)（TU Darmstadt）的K.Hasse提出。在70年代初由西門(mén)子工程師F.Blaschke在不倫瑞克工業(yè)大學(xué)（TU Braunschweig）發(fā)表的博士論文中提出三相電機(jī)磁場(chǎng)定向控制方法，通過(guò)異步電機(jī)矢量控制理論來(lái)解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。

　　解析foc驅(qū)動(dòng)技術(shù)

　　磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)（FOC）又稱為矢量控制系統(tǒng)，他是選擇電機(jī)某一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸作為特定的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸。磁場(chǎng)定向軸的選擇有三種：轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向、氣隙磁場(chǎng)定向和定子磁場(chǎng)定向；氣隙磁場(chǎng)定向和定子磁場(chǎng)定向在磁鏈關(guān)系中均存在耦合，使得矢量控制結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜；轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，利用坐標(biāo)變換的手段，把交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成磁場(chǎng)分量電流（相當(dāng)于勵(lì)磁電流）和轉(zhuǎn)矩分量電流（相當(dāng)于負(fù)載電流）并分別加以控制，即磁通電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量二者完全解耦，從而獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

　　FOC控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的相對(duì)成熟，常見(jiàn)到的產(chǎn)品有伺服控制器、矢量變頻器等；在民用領(lǐng)域普及相對(duì)滯后，比如近10年發(fā)展起來(lái)的變頻空調(diào)、出口歐美的高端變頻風(fēng)扇等；在國(guó)內(nèi)電動(dòng)車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域FOC控制技術(shù)的應(yīng)用尚處于起步階段，傳統(tǒng)的控制器生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識(shí)到市場(chǎng)發(fā)展的方向，但原有的技術(shù)班底尚無(wú)能力吃透FOC軟件核心算法，所以在相對(duì)較低端的2輪車(chē)、3輪車(chē)（包括助力車(chē)、老年代步車(chē)等）等領(lǐng)域難以見(jiàn)到較為成功的產(chǎn)品推廣，而在高端電動(dòng)4輪車(chē)（電動(dòng)轎車(chē)、電動(dòng)觀光車(chē)）市場(chǎng)，見(jiàn)到更多的是國(guó)外同行的優(yōu)秀產(chǎn)品和國(guó)內(nèi)廠家的粗制濫造的控制總成。

　　德州儀器（TI）推出了一種“革命性”的電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它采用TI特有的FAST軟件編碼器算法來(lái)控制FOC電機(jī)，無(wú)需傳感器，可顯著縮短開(kāi)發(fā)周期，全面簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　電機(jī)用途廣泛。國(guó)際能源署稱，電機(jī)消耗全球近一半的電能;提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率有望使全球電力消耗降低9% 到14%。電機(jī)技術(shù)正在從有刷電機(jī)向無(wú)刷電機(jī)和三相FOC電機(jī)演化。

　　傳統(tǒng)的有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于控制（普通8位單片機(jī)即可）、性能優(yōu)異，但其可靠性差、噪聲大、振動(dòng)大、部件磨損大。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生火花，這限制了它在一些場(chǎng)合中的應(yīng)用。三相簡(jiǎn)易無(wú)刷電機(jī)則更可靠，尺寸也更小，性能良好，但同樣具有噪音大、振動(dòng)大、會(huì)產(chǎn)生扭矩紋波等缺點(diǎn)。帶傳感器的三相FOC電機(jī)克服了前兩種電機(jī)的缺點(diǎn)，它噪音小、振動(dòng)小，性能更好，在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的效率更高。但這類電機(jī)成本過(guò)高，傳感器的故障率高，限制了它的普及應(yīng)用。

　　新一代三相位FOC-SMO無(wú)傳感器電機(jī)以算法來(lái)替代傳感器，克服了有傳感器FOC的缺點(diǎn)，而性能幾乎可與之媲美，可在眾多應(yīng)用中良好工作，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　FOC是磁場(chǎng)定向控制（Field Orientated Control）的簡(jiǎn)稱。如下圖所示，F(xiàn)OC必須知道轉(zhuǎn)子的精確位置（轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)），用以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)亩ㄗ哟艌?chǎng)，從而定向地輸出最大扭矩。精確位置信息可通過(guò)高成本的傳感器編碼器/旋變（resolver）來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)復(fù)雜軟件算法（觀測(cè)器）來(lái)實(shí)現(xiàn)，后者具有 成本較低、無(wú)需維修與更換、可在無(wú)法使用傳感器的地方使用的優(yōu)點(diǎn)。其唯一的缺點(diǎn)在于它不適合位置控制FOC。

　　TI 公司MCU 業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理吳健鴻先生介紹說(shuō)，TI 的 FAST（Flux Angle Speed Torque）算法比其它算法更優(yōu)異。它支持所有同步和異步電機(jī)三相電機(jī)，需要的電機(jī)參數(shù)較少，觀測(cè)器無(wú)需調(diào)試，具有更高精度和更高動(dòng)態(tài)可靠性，在零速及過(guò)零速時(shí)保持穩(wěn)定，可進(jìn)行失速恢復(fù)，具備更好的帶載啟動(dòng)性能，可進(jìn)行自動(dòng)電流環(huán)路調(diào)整，而且可提供最高保真反饋信號(hào)。

　　據(jù)稱FAST可替代過(guò)去的電機(jī)傳感器或軟件觀察器技術(shù)，顯著降低無(wú)傳感器FOC 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度。新手只需調(diào)用ROM中的完整系統(tǒng)功能就能夠去調(diào)整控制增益，而專家僅需從ROM 中調(diào)用FAST編碼器功能就能夠完全地定制控制系統(tǒng)。目前該技術(shù)通過(guò)TI的支持InstaSPIN-FOC 的Piccolo F2806x提供。它已全面通過(guò)投產(chǎn)認(rèn)證。特性如下：

　　Piccolo F2806x：超集Piccolo 系列

　　?具有FPU 的90 MHz C28x 32 位CPU

　　?256 KB 閃存，96 KB RAM

　　?ROM 中內(nèi)建電機(jī)函數(shù)庫(kù)

　　?-40 至105C （T） 或125C AEC Q100 （Q）

　　?80 和100 引腳QFP 封裝

　　器件型號(hào)為T(mén)MS320F28062FPNT。注意當(dāng)中的F代表增加InstaSPIN-FOC 功能。

　　TI公司稱，采用TI的FOC技術(shù)無(wú)前期投資，無(wú)后續(xù)成本或?qū)＠M(fèi)，無(wú)額外支持費(fèi)用，無(wú)額外維護(hù)費(fèi)用。InstaSPIN –FOC 的成本會(huì)隨產(chǎn)量上升而下降，普及會(huì)越來(lái)越快。F2806x是100% 引腳兼容器件，可根據(jù)需要輕松移植至非ROM 解決方案。