电机驱动 C 位技术：有感 FOC 与无感 FOC 的本质区别

电子发烧友网综合报道 在现代电机控制领域，磁场定向控制（Field-Oriented Control, FOC）凭借其高效、精准的特性，成为驱动交流电机的核心技术。无论是工业机器人还是家用电器，FOC通过模拟直流电机的控制方式，将定子电流分解为转矩和励磁分量，显著提升了动态响应与能效。根据是否依赖物理传感器，FOC分为有感FOC与无感FOC，两者各有优劣，适用于不同场景。本文将深入解析其原理、特点及应用。

 
FOC的核心思想是通过坐标变换（Clarke/Park变换），将三相交流电机的定子电流转换为旋转坐标系下的直轴（Id，励磁分量）和交轴（Iq，转矩分量）。在这个坐标系中，Id和Iq分别对其进行独立控制，就如同控制直流电机一样，从而实现对电机的转速、位置和转矩的精确控制。
 
有感 FOC 算法通常需要使用磁传感器（如霍尔传感器）、光学编码器或磁编码器等器件来精确感知电机转子的位置和速度。其工作原理是基于磁场定向控制理论，通过传感器获取转子的实时位置信息，将电机的三相电流和电压变换到以转子磁场为定向的旋转坐标系（dq 轴）下进行控制。该算法的优点是控制精度高、稳定性好，能够在各种工况下实现电机的精准定位和转速控制，适用于对控制精度和动态性能要求较高的场合，如工业机器人、数控机床、航空航天等领域。但缺点是需要额外安装传感器，增加了系统的成本、复杂度和体积，同时传感器的安装和维护也需要一定的技术和成本。
 
不过，有感FOC里面的传感器及接口电路增加硬件成本，且占用安装空间。同时，传感器在震动、油污等恶劣环境下易失效。
 
无感 FOC 算法则不需要使用专门的位置传感器来检测转子位置，而是通过检测电机的相电流、反电动势或其他电气量，利用复杂的算法来估算电机转子的位置和速度。常见的方法有基于反电动势法、定子磁链法、电感法等，也有采用位置观测器和反正切或锁相环（PLL）计算的组合来构成位置观测算法。
 
无感 FOC 算法同样是将电机的电流和电压进行坐标变换，在 dq 轴坐标系下进行控制，但转子位置和速度的获取是通过对采样数据的计算和分析得到的。这种算法的优势在于降低了系统成本，提高了可靠性和抗干扰性，减少了电机体积和复杂度，适用于对成本敏感、安装空间有限且对控制精度要求不是极高的场合，如家用电器、电动工具、工业风机等。不过，无感 FOC 算法的缺点是在低速时，由于反电动势较小，信号检测和处理难度大，导致估算精度下降，控制性能不如有感 FOC 算法，且算法复杂度较高，对控制器的计算能力有一定要求。
 
综上所述，有感FOC和无感FOC之间的对比如下图所示。
 

有感FOC和无感FOC关键参数对比
 
面向未来，随着芯片算力的提升与智能算法的演进，无感FOC正逐步渗透至高端领域。例如，新能源汽车的冗余驱动系统中，无感方案可作为备份控制；而融合AI参数自整定技术，进一步提升了无感FOC的适应性。然而，在绝对精度与可靠性要求极高的场景（如航天、伺服），有感FOC仍是首选。