为什么服务、搬运机器人的电机运动控制选择FOC

轮毂机器人的电机运动控制方式

随着智能AI技术的不断发展，机器人行业的速度和灵活性得到明显提高，成本也在一定程度上下降，因此服务/重载机器人的使用会越来越广泛。由于现代工业生产的信息化、自动化程度越来越高，传统的电机控制系统已不能满足用户对电机控制精度的要求。想要保*一个电机控制系统的稳定性和准确性，精密的算法必不可少。

深圳中菱科技(**.zlingkj.**)的轮毂伺服电机采用永磁同步电机，永磁同步电机*常用的控制方式有3种：PWM控制(方波控制)、SPWM控制（正弦电压控制）、FOC控制，这3种控制方式电机相电流波形如下：

1.PWM控制

电流波动大、控制精度差，噪声大，算法简单，适用于成本敏感、性能要求低的场合。在变负载、动态响应快的机器人中效果不好。

2.SPWM控制

电压正弦、控制精度差，噪声小，算法略复杂、适用于成本敏感、对噪声要求不高的场合。同样在变负载、动态响应快的机器人中效果也不好。

3.FOC控制

FOC控制即磁场定向控制，也称矢量变频。FOC控制精度比方波控制和电压正弦控制高20倍以上，同时它的噪声*小，控制多样化，算法复杂，适用于性能要求高的场合，尤其适合应用在服务机器人和载重机器人中。FOC精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、效率高，并且具有高速的动态响应，具有节能、安静、无级调速(FOC能够对电机电流的大小进行精确的控制，因此电机转速一般可实现5%~100%无级可调)、动态响应快、寿命长、保护机制健全、控制多样化等特点。由于FOC的*势明显，目前已在很多应用上逐步替代传统的控制方式，在运动控制行业中备受瞩目。

为了得到电机转子的位置、电机转速、电流大小等信息作为反馈，首先需要采集电机相电流，对其进行一系列的数学变换和估算算法后得到解耦了的易用控制的反馈量。然后，根据反馈量与目标值的误差进行动态调节，*终输出3相正弦波驱动电机转动。FOC典型控制图如下。

在一些高端应用中，如机床设备、低噪声风机以及常见的新能源汽车、医疗机器人、服务机器人、搬运机器人等等，平稳的转矩输出是至关重要的。它需要对负载做出快速的响应，电机的瞬时效率高，转矩平稳，且能实现位置控制，这些都离不开FOC矢量控制。因此务机器人和载重机器人行走驱动控制系统中，FOC成为无刷电机*合适的控制技术。