利用完全可编程平台实现高效的马达控制

　　碳足迹、绿色能源和气候变化屡现新闻头条，引人瞩目。为保证我们的后代有一个洁净的生活环境，我们必须立即行动起来。为此，发达国家的政府以税费的方式来降低碳排放和能源使用。由于超过半数的电力用于驱动电动马达，因此设计人员不是应该而是必须采用更加高效的马达控制与设计。

　　电动马达的作用就是把电能转换成为机械能，而效率则是指产生的机械能与所用的电能之比。马达的振动、发热、噪声和谐波属于各种形式的损耗，要实现高效率，就应减少这些能耗。那么有哪些设计技巧可供设计人员使用，以帮助他们实现高效率呢？

　　本文将介绍综合运用磁场定向控制(FOC)算法和脉冲频率调制(PFM)严密地控制马达，实现高精度与高效率。

　　FOC标量控制(或者常称的电压/频率控制)是一种简单的控制方法，通过改变供电电源(电压)和提供给定子的频率来改变马达的扭矩和转速。这种方法相当简单，甚至用8/16位微处理器也能完成设计。不过，简便的设计也伴随着最大的缺陷——缺乏稳健可靠的控制。如果负载在高转速下保持恒定，这种控制方法倒是足够。但一旦负载发生变化，系统就不能快速响应，从而导致能量损失。

　　相比而言，FOC能够提供严格的马达控制。这种方法旨在让定子电流和磁场保持正交状态(即成90度角)，以实现最大扭矩。由于系统获得的磁场相关信息是恒定的(不论是从编码器获得，还是在无传感器工作状态下的估算)，它可以精确地控制定子电流，以实现最大机械扭矩。

　　一般来说FOC比较复杂，需要32位处理器和硬件加速功能。原因在于这种方法需要几个计算密集型模块，比如克拉克变换、帕克变换等，用于完成三维或二维坐标系间的相互转换，以抽取电流相对磁通的关系信息。

　　控制马达所需考虑的输入包括目标扭矩指令、供电电流和转子角。根据这些参数完成转换和计算，计算出电力电子的新驱动值。完成一个周期的FOC所需的时间被称为环路时间。不出所料，环路时间越短，系统的响应速度就越快。响应速度快的系统意味着马达能够迅速针对负载做出调整，在更短的时间周期内完成误差补偿，从而实现更加顺畅的马达运行和更高的效率。