【推荐】FOC电机这样学，高薪不用愁！

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FOC（Field-Oriented Control），即磁场定向控制，也称矢量变频，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。由于FOC的优势明显，目前已在很多应用上逐步替代传统的控制方式，在运动控制行业中备受瞩目。

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FOC电机控制原理

电机控制的结构框图如图1所示。一个电机系统包括四个大部分：被控对象、控制器、执行器、反馈，硬件上分别对应电机、MCU、驱动电路、信号调理电路，这样就构成了一套反馈控制系统。

图1：电机控制结构框图

一套电机系统的完成主要包括以下两个方面：硬件电路的搭建以及控制算法的实现。硬件电路组成，如下图所示，一套电机系统硬件主要包括：MCU、功率器件（MOSFET/IGBT）、驱动电路、信号调理电路、保护电路。控制理论的组成如图3所示，主要是电机理论与控制算法，其中电机理论的学习让我们知道控制对象的外特性，而控制算法主要实现怎么控制好电机这个被控对象。

图2：硬件电路组成

图3：控制理论组成

FOC是如何实现精准控制的？

近年来，随着无刷直流电机（BLDC）大规模研发和技术的逐渐成熟，驱动系统也在不断的日益完善，在现实中的应用也是越来越多。不仅包括了工控电机、医疗设备，家用电器等领域，同样的，永磁同步电机被越来越多的厂商所关注，譬如在轴流风机、空调风机、汽车动力驱动及转向等，都能找到它们的身影。

做控制的人都知道，任何的电机控制，无非有以下三种不同的控制目标：

位置控制：想让电机转多少度它就转多少度；

速度控制：想让电机转多快它就转多快；

力矩控制：想让电机出多少力它就出多少力；

无论作为哪种控制目标，都无非是一个闭环，还是两个、三个闭环的区别。以永磁同步电机作为例子。目前，永磁电机常用的电机控制方式有三种：PWM控制（方波控制），SPWM控制（电压正弦控制），以及FOC控制（磁定向矢量控制）。PWM控制电流大、控制精度差、噪声也很大，SPWM控制采用电压正弦式控制，虽然噪声稍小，但控制精度一般，对成本也比较敏感，在同样变负载、动态响应要求高的应用，效果不好。

那么，FOC控制如何呢？

1. 当负载变化时，速度响应快速而精确；
2. 马达的瞬时效率得到优化；
3. 通过瞬时力矩控制能实现位置控制；

FOC磁定向控制，采用正弦波的控制方式，启动比较平稳，不仅解决了方波控制带来的噪声问题，而且它的控制方式是按照某种设定的关系分配的。通过将电机定子电流分解为励磁电流和转矩电流，从而能够在很大程度上提高电机速度控制的精准度。

同样的，相比方波控制、电压正弦控制，FOC矢量控制的控制精度，相比前面的两者高出20倍以上，同时它的噪声最小、控制多样化、算法也最为复杂，适用于更多性能要求高的场合。FOC能精准控制磁场大小和方向，使电机转矩平稳、效率高，并且能够高速动态响应。通过对电流大小的精准控制，能够实现电机转速5%~100%无级可调。

永磁同步电机，相比交流感应电机、变频电机等，因为以电子换向器取代了机械换向器，所以需要使用到驱动器的驱动电路。而永磁电机的换向电路，由驱动及控制两部分组成，是密不可分的。

但是这个简单的驱动，只能保证永磁同步电机基本的转动功能。要想实现下面这些功能，譬如说：PWM调速、FG信号输出、模拟信号调速、外接电位器调速、开闭环控制等其他功能，也就使用更加复杂的电路来实现。FOC控制作为一种新兴的电机技术，能够很好地将以上诸多的电机功能，轻松集成到控制器实现。

FOC控制学什么？

所谓知己知彼，想要掌握一门技术学习，或者说求职应聘成功，很大程度上要了解需求方（企业主）对自己能力程度要求。以下是前一段时间，在某专业解答网上看到的某知名企业对FOC电机工程师职能要求，具体如下图所示：

可以看出，招聘企业对FOC控制的掌握程度，要求还是蛮高的。学习电机控制，你不仅需要掌握电机控制理论（电机最基本的，新手入门必备知识），考量你是否能承担工作职责的条件，核心能力还会看你是否掌握了电机三环（位置/速度/电流环）的精准控制，独立完成FOC系统控制算法开发，驱动器软件及系统框架设计。熟练掌握并运用FOC核心算法，完成驱动控制器电路设计，更是考量一名硬件工程师是否合格，电子初学者从初级到进阶学习过程的重中之重。

那么，FOC算法工程师，具体的职业待遇如何呢？我们来看一张某知名招聘网，对电机算法工程师开出的平均月薪：

从图片可以看出，掌握电机核心控制算法的工程师，普遍平均月薪起点2万起，并且伴随着求职者的相关工作经历，项目经验、以及工作资历的提升，薪资待遇水平也是水涨船高。

虽然 FOC技术优势明显，但 FOC的技术门槛也相当的高，不论在理论上还是在实践调试中都有相当的难度，所以在驱动行业能够把 FOC控制技搞透的工程师非常少。

FOC技术对于电机工程师来说非常重要，但在学习的道路上却是困难重重。所以说，在学习硬件电机的过程中，你可能会遇到以下很多的学习难点，像下面描述到的诸多疑问，比如学习能力、知识理解及技术问题等有关方面：

1.上网看找相关的FOC资料，却发现资料很少，为什么？学习的门槛越是高，相关的技术资料也越少；

2.市面上很多的驱动电路，大多数采用电机芯片模块（比如MCU/DSP/FPGA）驱动，想自己独立设计驱动电路，重新设计代码，却找不到具体学习案例；

3.学习的很多电机控制，都是基于小功率设计，想学习大功率电机的具体设计；

4.遇到过很多资料，不是技术介绍不全，就是缺少实际的原理图、PCB设计指导，学习不够系统完整，总是浅尝辄止；

5.电机基础理论，基本职业素质要求掌握，但是缺乏核心项目能力，也没有老师系统带入门，想学习没人教；

等等，诸如此类.....

所以在这里我们整理了一套完整的资料给到大家参考学习：

BLDC驱动器第1部:马达驱动原理图设计①
BLDC驱动器第2部:马达驱动原理图设计②

BLDC驱动器第3部:马达驱动原理图设计③
BLDC驱动器第4部:马达驱动原理图设计④BLDC驱动器第5部:HALL传感器电机控制软件代码从无到有编写详细讲解①
BLDC驱动器第6部:HALL传感器电机控制软件代码从无到有编写详细讲解②
BLDC驱动器第7部:无HALL传感器电机控制软件代码编写与调试的详细讲解BLDC驱动器第8部:BLDC的layout

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