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一
览
职
业
-2-
未
来
动
力
频率来管理速度，无需控制电流
或优化转矩。但是，简单的标量控制在高速和低速情况下转矩效率均较低，动态性能不佳，
对变化的响应迟缓，对设置点产生过冲，并在低速情况下内部电源损耗非常严重。
磁场定向控制
(FOC) 相对于简单标量控制而言，FOC 是一种智能化程度更高的控制机制，
根据应用的不同，其更高的复杂性能实现相对更出色的低成本性和电源效率以及更高的精度
和性能。此外，
FOC
也称为矢量控制，能在整个转矩和速度范围内实现对
ACI
和
PMSM 电
机
(
表
1)的最佳控制。FOC 不仅能在最小化转矩纹波的同时提升起始转矩，而且还能有效支
持所有速度的最大转矩。其可对变化进行快速响应并能在满负载条件下保持零速，从而可在
整个电机速度范围内确保性能稳定可靠。由于
FOC 采用电流控制模式，因而开发人员可根
据特定应用来相应优化电源转换器电路和电机大小。
梯形与正弦控制是
BLDC 电机控制两种最主要的选择。由于梯形控制比较简单且成本较低，
因而传统上一直属于首选方法。但是，为了实现更顺畅的操作、更及时的转矩响应性以及更低
的电气噪声，现在许多开发人员开始转而采用正弦控制方法。这不仅能提高性能和效率，还
能配合分布绕组工作，且在较高速度条件下也能表现出更强大的控制能力，从而有助于
OEM
厂商实现出色的系统差异化。例如，梯形控制法的
EMI(电磁干扰)较高，会造成电机系
统不稳定，从而显著影响性能，同时还会加大人耳可觉察的干扰噪音。
反馈
高级控制机制的更高性能和复杂性从一定程度而言都与反馈环路的使用有关。反馈环路可对
速度、位置
/角度、电流、磁通量以及转矩进行调节。FOC 需要测量速度以及转子与定子之间的
角度。梯形和正弦控制则需要测量速度、位置和电流。
开发人员既能够采用
也能够采用无传感器方案来实施反馈。就采用
ACI 电机的应用而
言，可使用测速计直接测量速度。采用
PMSM 的设计方案则可使用编码器或分解器对位置进
行跟踪，同时可通过测量一定时间内的位置变化来计算速度。传感器确实会增加系统的成本
和组件数量，但对高精度系统来说往往是必需的。
对于无传感器的方案而言，需要通过滑模
(Sliding Mode)
和模型参考自适应系统
(MRAS)
“
”
等 状态观察器 根据实时电流与电压的测量结果对电机的速度和角度进行建模
(也就是进行
估算
)。这种方法的益处是电流和电压传感器比位置传感器(
采用单个
DC 分流就能以低成本
的方式对电流进行可靠的测量
)便宜得多，但实施数学电机建模工作会占用系统微处理器一
定量的
MIPS
资源。
集成型电机控制
当前片上系统集成的发展趋势改变了开发人员实施电机控制的方式。现在，支持智能控制机
制实施的
MCU
成本还不足
2 美元，即便对大量低成本应用而言也足以接受，有助于提升
性能、效率和精度。举例来说，德州仪器
(TI)
的低成本
C2000 Piccolo MCU 可在单颗芯片
上控制两个电机，同时仍能为功率因数校正
(PFC) 等其他高价值特性预留足够的性能空间。
此外，这种微处理器还集成了众多基于硬件的特性，能够进一步提升性能和效率。