无感FOC技术：无人机电调的秘密武器

无感FOC技术：无人机电调的秘密武器

无感FOC（磁场定向控制）技术是近年来在无人机领域广泛应用的一种先进电机控制技术。它通过精确控制电机的力和速度，实现了快速加减速、动态性能好、大电流下不失步等特性。这项技术不仅提高了无人机的飞行稳定性，还降低了噪音，提升了整体操控体验。

无感FOC技术的核心是在不使用额外传感器的情况下，通过算法估算电机转子的位置和速度，从而实现精确控制。与传统的有感FOC技术相比，无感FOC不需要霍尔传感器或编码器等位置传感器，而是通过检测电机的反电动势或电流变化来估算转子位置。

无感FOC采用双环控制结构，内环为电流环，外环为速度环。通过控制电流的大小来实现电机转速的精确控制。具体算法流程如下：

1. 采集三相电流IA、IB、IC
2. 将三相电流进行Clark变换得到两相静止坐标系下的电流Iα、Iβ
3. 再将Iα、Iβ进行Park变换得到旋转坐标系下的电流Id、Iq
4. Id估算出转子的转速Speed_est以及角度θ
5. 计算转子的实际转速Speed_est与设定的目标转速Speed_ref的误差
6. 将误差丢入PI控制器，执行器输出Iq_ref
7. 计算Id、Iq与设定值Id_ref、Iq_ref的误差
8. 将误差分别丢入PI控制器，执行器分别输出Ud、Uq
9. Ud、Uq进行反Park变换得到Uα、Uβ
10. 最后Uα、Uβ经过SVPWM变成作用在三相上的电压UA、UB、UC

通过上述流程，无感FOC技术能够实现对电机的精确控制，使电机在各种工况下都能保持稳定运行。

无感FOC和有感FOC的主要区别在于转子位置的检测方式：

• 有感FOC：使用磁传感器（如霍尔传感器）或编码器来直接检测转子位置和速度，控制精度高但成本较高。
• 无感FOC：通过算法估算转子位置，不需要额外的传感器，成本更低但算法更复杂。

无感FOC的优势在于：

1. 成本更低：无需额外的传感器
2. 应用更灵活：适用于各种电机类型
3. 系统更简洁：减少了传感器带来的布线复杂性

在无人机应用中，无感FOC技术展现出了显著的优势：

1. 快速响应：无感FOC能够实现快速加减速，提高无人机的机动性能。
2. 动态性能好：通过精确控制电流，实现稳定的转速控制，即使在大电流下也能保持稳定。
3. 降低噪音：三相电流呈正弦变化，电流谐波引起的噪声微乎其微，电机转矩波动小，机械受力平稳，噪声低。
4. 无级调速：能够实现5%到100%之间的无级调速，满足不同飞行状态的需求。

以某无人机应用为例，采用基于模型参考自适应（MRAS）的无感FOC算法。该算法通过建立电机的数学模型，并结合实际控制器的输出，来估计转速和转子位置。相比其他传统的估速算法，MRAS算法具有估计精度较高的优点。

在实际测试中，无人机在各种飞行状态下都表现出色：

• 起飞阶段：快速响应，无抖动现象
• 巡航阶段：转速稳定，能耗低
• 急加速/减速：动态性能好，无失步现象
• 低速飞行：控制精准，稳定性高

无感FOC技术在无人机电调中的应用，不仅提高了飞行性能，还简化了系统结构，降低了整体成本。随着技术的不断发展，无感FOC有望在更多领域得到广泛应用，为电机控制带来革命性的进步。