图

1：磁场定向控制可以严密地控制马达扭矩，提高效率。环路时间越短，系统响应速度越

快。

    一般采用嵌入式处理器实现 FOC 算法，环路时间介于 50us 到 100us 之间，具体取决于模
型和可用的硬件。此外，还可采用软件来实现

FOC，但无法保证其确定性。因此大量设计借

助

FPGA 硬件加速，来发挥这种技术的确定性和高速处理优势。使用最先进的 28nm FPGA

技术，典型

FOC 电流环路时间为 1.6us1，相对采用软件方法明显缩短。

    由于加强马达控制不仅可降低噪声，而且还能提升效率和精度，因此目前大部分电流环
路都采用硬件来实现，而且倾向于把速度环路和位置环路也迁移到硬件实现方案中。这种做
法是可能的，因为随着数字电子电路技术的进步，单个器件拥有足够强大的运算能力。用
FPGA 实现的速度控制环路时间和位置控制环路时间分别为 3.6us1 和 18us1。与传统软件方
法相比这是显著的性能提升，因为传统的位置环路时间一般在毫秒级。
    调制
    调制也是提高能效的关键模块。根据负载、性能要求和应用需求可以使用不同的调制方案，
而且这些调制方案对马达控制系统的运行影响重大。调制原理图

(图 2)分析了我们准备在本

文中评论的几种调制方案。　
    最基本的调制方案采用六步进调制法，这代表三相功率桥的 6 种可能组合(不含 111 和
000 空状态，该状态下所有开关均关断)。这种开关方法表示为六边形的 6 个蓝色顶点。六步
进调制法对马达施加最大功率，即逆变器的输出电压与

Vdc 相等。

    虽然输出功率大，设计实现方案简便，但如果马达要求高精度和高稳健性，则不宜采用
六步进调制法。这是因为马达运行在非线性状态下，需要从一种状态

(顶点)“跳跃”到另一种

状态，不能平稳运行。
    要让马达更平稳运行，可以使用正弦调制法。正弦调制法能够让马达平稳运行吗，虽然与
六步进调制法相比这种方法略显复杂，而且在效率上也没有优势，因为逆变器的输出仅为
Vdc 的一半，基本上是 Vdc/2=0.5Vdc。在调制原理图上，这表示为红圈的内圈。