芯耀
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基本原理
電動機(jī)中是作為定子的永磁體推著作為轉(zhuǎn)子的繞組或者曲軸轉(zhuǎn)，而且這個轉(zhuǎn)速不可能完美的，必然有顫動。定子的磁場一般不變（當(dāng)然也有變化的，比如在超高速電機(jī)中），轉(zhuǎn)子的磁場變換是通過它的電流高頻變向來實(shí)現(xiàn)的。
所謂磁場field不是指地磁場，定子磁場，而是轉(zhuǎn)子磁場。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，只有一個位置，定子對轉(zhuǎn)子的推力最大，因?yàn)樗械碾姶懦饬φ么怪庇谵D(zhuǎn)子的中心軸。其余位置都是一部分垂直，一部分偏離。還有另外一個位置是所有的電磁斥力正好指向（而不是垂直）于轉(zhuǎn)子的中心軸，轉(zhuǎn)子完全依靠運(yùn)動慣性才通過這個位置。
如能夠恰到好處地改變轉(zhuǎn)子磁場，使得轉(zhuǎn)子磁場始終與定子磁場相切。術(shù)語叫做，最小化flux（通量）。引用一段引文原文
Two components of the current vector must be monitored: the orthogonal component and the flux component.
來自博文Technical Manual Series: Technologies Used with Brushless Motors (Part I)
FOC的整個優(yōu)化目標(biāo)就是最大化orthogonal component，最小化flux component。
推秋千的比喻：孩子蕩秋千，母親推秋千。即使是一位從未學(xué)過物理的母親，也知道推秋千的力量要沿著秋千運(yùn)動弧線的切線，這樣效率最高。即使她根本不知道切線這個概念也會根據(jù)經(jīng)驗(yàn)這么做。她不會固定自己的推送位置和推送時機(jī)，而會不斷變換位置和時機(jī)，達(dá)到每一次“推秋千的力量要沿著秋千運(yùn)動弧線的切線”的效果。
來自博文Field Oriented Control (FOC) as a Hardware Building Block
為什么只有無刷電機(jī)才能用FOC
因?yàn)橛兴㈦姍C(jī)的轉(zhuǎn)子電流切換是轉(zhuǎn)子經(jīng)過碳刷時切換的
而碳刷的位置一旦安裝是固定的，這就意味著控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)子的電流切換的時機(jī)完全不能掌控。
控制轉(zhuǎn)子的電流切換，所以只有無刷電機(jī)才具備FOC基本的硬件條件----用程序代碼來動態(tài)控制轉(zhuǎn)子電流切換和隨之而來的轉(zhuǎn)子磁場切換。
延續(xù)前面的推秋千比方：
有刷電機(jī)好比推秋千的媽媽只能固定位置站著（碳刷安裝位置是固定的）；就算沖過來的秋千速度太快或太慢，或者角度不順手，也只能施以不合適的推力，推力里面一部分變成電機(jī)的內(nèi)部的震蕩，最終變?yōu)闊岷暮湍p。無刷電機(jī)則可以進(jìn)退自如，靠pwm和mos管來根據(jù)轉(zhuǎn)子位置和速度確定最佳切換電流的時機(jī)。
控制算法PI
PI（不是PID，只用了PI）控制器是一種比例-積分控制器，只具有比例和積分兩個控制參數(shù)。它可用于調(diào)整控制系統(tǒng)的輸出，以使其與期望值更接近。PI控制器通過比例控制參數(shù)來對系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，并通過積分控制參數(shù)來消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差。
而PID控制器是一種比例-積分-微分控制器，除了比例和積分控制參數(shù)外，還具有微分控制參數(shù)。微分控制參數(shù)用于觀察控制系統(tǒng)的變化速率，并通過調(diào)整控制輸出來抵消系統(tǒng)的快速變化。
在磁場導(dǎo)向控制中，通常只使用PI控制器，而不使用PID控制器的原因是為了避免控制系統(tǒng)的過度調(diào)節(jié)和振蕩。由于無刷直流電機(jī)的動態(tài)特性通常較快，使用PID控制器的微分控制參數(shù)可能會導(dǎo)致系統(tǒng)過度響應(yīng)和振蕩，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。
所謂的D意味著微分，也就是差分，也就是目標(biāo)值與實(shí)際值的差異。消除差分意味著比例和積分調(diào)的太猛，超調(diào)了，消除差分需要回調(diào)。而回調(diào)意味著震蕩。而且電機(jī)轉(zhuǎn)速極快，超調(diào)了不如在下一輪調(diào)整，而不是回調(diào)導(dǎo)致震蕩。
所以這里的算法一般只有PI沒有D，而PI控制算法的執(zhí)行一般依賴獨(dú)立電調(diào)ESC里面的MCU芯片。
意義
AI列舉了很多優(yōu)勢，但筆者從第一性原理總結(jié)認(rèn)為最重要的是下面三個。
節(jié)能：因?yàn)闊o用功做得少，會增加續(xù)航力。
安靜：因?yàn)椴蛔龉Φ恼鹗幧?，在一些特殊場景非常重要?/p>
控制電機(jī)的力矩而非轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速不等價于扭矩，任何開車經(jīng)歷過車輪打滑的人都知道，車輪轉(zhuǎn)得快，不見得在出力。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得快，扭力和扭矩不見得大。而FOC可以統(tǒng)計(jì)出有多少推力是正切于轉(zhuǎn)子曲軸的，這直接就是扭矩 = 推力正切于轉(zhuǎn)子曲軸的分量*曲軸半徑。
[1]?https://oshwhub.com/enginee/new-project_2023-06-18_18-43-24
