4 編碼器的 FOC 電機控制技術和要求

圖 2 中顯示的 FOC 方法是一種高性能技術，可根據轉子磁通角控制生成的定子電流矢量，從而通過永磁同步電機最大限度地增加轉矩。FOC 可提供平滑的轉矩以及從靜止到高速運行的快速瞬態響應。精確、低延遲的轉子磁場角度測量會將三個定子相電流（i_U、i_V 和 i_W）分解至轉子磁場定向坐標系中，其中 i_q 為轉矩生成電流、i_d 為弱磁電流。

在類人機器人等終端設備中，絕對旋轉角度的測量精度通常為 1 度至 0.1 度，ENOB 為 12 位至 15 位，采樣率為 8kHz 至 32kHz。旋轉角度與電機相電流同時檢測。低于 20μs 的低延遲角度測量為微控制器 (MCU) 提供了足夠的時間來運行控制算法和在下一個 PWM 周期更新脈寬調制器 (PWM)。

可以將旋轉角度傳感器集成到電機外殼中，這類似于大多數類人機器人中的設計，也可以將傳感器集成在單獨的外殼中，以便安裝到電機軸上。這兩種情況都需要在溫度通常高達 125°C 的環境下運行。在控制 MCU 靠近旋轉編碼器放置的類人機器人中，360 度角度傳感器（例如 TI 的 TMAG6180-Q1 各向異性磁阻 (AMR) 傳感器）提供了一種具有成本效益和低延遲的接口。

不同于旋轉電機，基于直線電機的運輸系統需要絕對線性位置檢測，但仍然應用 FOC 來獲得最大轉矩。12 位位置分辨率（延遲低于 100μs）通常足夠。

此外，要在工業機械中實現國際電工委員會 62061 或國際標準化組織 (ISO) 13849 等標準規定的功能安全，需要根據安全完整性等級或性能等級確定經安全認證的編碼器，并使用位置傳感器進行額外診斷，從而檢測隨機硬件故障。在汽車應用中，根據 ISO 26262 標準設計的系統會在系統啟動期間運行診斷，而工業系統通常全天候運行，因此需要在正常運行期間進行持續診斷。