4 编码器的 FOC 电机控制技术和要求

图 2 中显示的 FOC 方法是一种高性能技术，可根据转子磁通角控制生成的定子电流矢量，从而通过永磁同步电机最大限度地增加转矩。FOC 可提供平滑的转矩以及从静止到高速运行的快速瞬态响应。精确、低延迟的转子磁场角度测量会将三个定子相电流（i_U、i_V 和 i_W）分解至转子磁场定向坐标系中，其中 i_q 为转矩生成电流、i_d 为弱磁电流。

在类人机器人等终端设备中，绝对旋转角度的测量精度通常为 1 度至 0.1 度，ENOB 为 12 位至 15 位，采样率为 8kHz 至 32kHz。旋转角度与电机相电流同时检测。低于 20µs 的低延迟角度测量为微控制器 (MCU) 提供了足够的时间来运行控制算法和在下一个 PWM 周期更新脉宽调制器 (PWM)。

可以将旋转角度传感器集成到电机外壳中，这类似于大多数类人机器人中的设计，也可以将传感器集成在单独的外壳中，以便安装到电机轴上。这两种情况都需要在温度通常高达 125°C 的环境下运行。在控制 MCU 靠近旋转编码器放置的类人机器人中，360 度角度传感器（例如 TI 的 TMAG6180-Q1 各向异性磁阻 (AMR) 传感器）提供了一种具有成本效益和低延迟的接口。

不同于旋转电机，基于直线电机的运输系统需要绝对线性位置检测，但仍然应用 FOC 来获得最大转矩。12 位位置分辨率（延迟低于 100µs）通常足够。

此外，要在工业机械中实现国际电工委员会 62061 或国际标准化组织 (ISO) 13849 等标准规定的功能安全，需要根据安全完整性等级或性能等级确定经安全认证的编码器，并使用位置传感器进行额外诊断，从而检测随机硬件故障。在汽车应用中，根据 ISO 26262 标准设计的系统会在系统启动期间运行诊断，而工业系统通常全天候运行，因此需要在正常运行期间进行持续诊断。