4 FOC 馬達控制技術和編碼器要求

圖 2中顯示的 FOC 方法是一種高性能技術，可根據轉子磁通量角度控制產生的定子電流向量，以將永磁同步馬達的扭矩最大化。FOC 可實現從靜止到高速運作的平穩扭矩和快速暫態響應。準確且低延遲的轉子磁場角度測量會將三個定子相位電流（i_U、i_V 和 i_W）分解為轉子磁場導向座標系統，i_q 等於扭矩產生電流，並且 i_d 等於削弱磁場電流。

在人形機器人等終端設備中，測量絕對旋轉角度的精度通常為 1 度至 0.1 度，ENOB 為 12 位元至 15 位元，取樣率為 8kHz 至 32kHz。旋轉角度與馬達相位電流同時感測。低延遲角度測量（<20μs）為微控制器（MCU）提供了足夠的時間來運行控制演算法，並更新脈衝寬度調變器（PWM）以進行下一個 PWM 週期。

可以將旋轉角度感測器整合到馬達外殼中，就像大多數人形機器人一樣，也可以整合在獨立外殼中，以安裝在馬達軸上。這兩種情況都需要在高溫下運作 – 通常在高達 125C 的環境溫度下。在人形機器人中，控制 MCU 位於旋轉編碼器附近，TI 的 TMAG6180-Q1 異向性磁阻（AMR）感測器等 360 度角度感測器可提供符合成本效益且低延遲的介面。

與旋轉馬達不同，線性馬達架構運輸系統需要絕對線性位置感測，但仍會施加 FOC 以獲得最大扭矩。12 位元位置解析度和 <100μs 延遲通常就足夠了。

此外，如要在工業機械中實現國際電工技術委員會 62061 或國際標準化組織（ISO）13849 功能安全，需要由安全完整性等級或性能等級決定的安全認證編碼器，以及使用位置感測器進行額外診斷，以偵測隨機硬體故障。在汽車應用中，依 ISO 26262 設計的系統會在系統啟動時執行診斷，而工業系統則需在正常運作期間持續診斷，因為這些系統通常全天候 24 小時運作。