老算法的新應用（中） 無感FOC電調在無人機/航模無刷電機上的運用

張智勇

采用方波控制算法的電調，讓無刷電機真正被引入航模及無人機領域。不過在使用過程中，這種控制算法的劣勢也越來越明顯。這也讓一種早已有之的算法——FOC被引入無刷電調的設計中。

傳統電調的控制方式

傳統電調控制無刷電機內線圈繞組換向，多用六步換向法，控制方式則是方波控制（圖1）。所謂方波控制，就是上述切換只負責開關電路，繞組的電流只有“通”和“斷”兩種狀態；電調通過控制接通的頻率來調節轉速，通過控制“通”和“斷”的比例來控制平均電流大小。在一個控制周期內，繞組線圈的“通”、“斷”比例被稱為“占空比”，這種控制稱為占空比控制（PWM，圖2）。

在方波控制方式下，電調只需控制電路的“通”、“斷”。這種方法的控制率算法較為簡單：電調無需獲得電機轉子的具體角度值，只需判斷感應到的反向電動勢是否過零點，過零點后即可執行換向操作。圖3所示的是方波控制模式下無刷電機線圈繞組的感應反向電動勢波形。由于存在繞組感抗，因此理想狀態下的矩形方波，變成了實際反饋感應到的類似于梯形的波形。

方波控制的缺陷

基于前文所述六步換向法、采用方波控制算法的電調，在使用過程中暴露了其固有缺陷，具體表現為以下4點。

1.驅動電流的峰值較高

方波控制模式下的電機，電機繞組線圈內的電流只有“通”和“斷”兩種狀態。即使在占空比很小的低功率狀態下，電機電流平均值較小，繞組線圈的脈動電流峰值也會很大。……