浅析无刷直流电机FOC、方波、正弦波控制！
无刷直流电机是在有刷直流电动机的基础上发展来的，具有无极调速、调速范围广、过载能力强、线性度好、寿命长、体积小、重量轻、出力大等优点，解决了有刷电机存在的一系列问题，广泛应用于工业设备、仪器仪表、家用电器、机器人、等各个领域。由于无刷电机没有电刷进行自动换向，因此需要使用电子换向器进行换向。无刷直流电机驱动器实现的就是这个电子换向器的功能。
主流的无刷直流电机的控制方式
目前主要有三种：FOC（又称为矢量变频、磁场矢量定向控制）、方波控制（也称为梯形波控制、120°控制、6步换向控制）和正弦波控制。那么这3种控制方式都各有什么优缺点呢？
方波控制
方波控制使用霍尔传感器或者无感估算算法获得电机转子的位置，然后根据转子的位置在360°的电气周期内，进行6次换向（每60°换向一次）。每个换向位置电机输出特定方向的力，因此可以说方波控制的位置精度是电气60°。由于在这种方式控制下，电机的相电流波形接近方波，所以称为方波控制。
方波控制方式的优点是控制算法简单、硬件成本较低，使用性能普通的控制器便能获得较高的电机转速；缺点是转矩波动大、存在一定的电流噪声、效率达不到值。方波控制适用于对电机转动性能要求不高的场合。
正弦波控制
正弦波控制方式使用的是SVPWM波，输出的是3相正弦波电压，相应的电流也是正弦波电流。这种方式没有方波控制换向的概念，或者认为一个电气周期内进行了无限多次的换向。显然，正弦波控制相比方波控制，其转矩波动较小，电流谐波少，控制起来感觉比较“细腻”，但是对控制器的性能要求稍高于方波控制，而且电机效率不能发挥到值。
交流同步电动机具有良好的运行性能，但其启动性能差；交感应电动机具有结构简单、运行可靠的特点，但其调节性能差；直流电动机因其具有良好的调节性能和启动性能而被产业界广泛地应用。但是，对于有刷直流电动机而言，由于存在电刷换向器的机械接触机构，导致造价高，永磁低速同步电机，并伴有换向火花、电磁干扰、寿命短和可靠性等问题，从而又限止了它的使用范围。
长期以来，人们希望能够在保持有刷直流电动机的良好调节性能和启动性能的前提下，消除其不足之处。经过较长时间的摸索，实现了电子换向（代替了机械换向）；把原先处于电动机内部的旋转电枢转变为置于外部的静止电枢；同时反置于电动机外部的静止磁场转变成电机内部的旋转磁场，***终的结果是将有刷直流电动机转变成无刷直流永磁电动机。永磁同步电动机与有刷直流电动机比较无刷永磁同步电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。
从宏观上分析，永磁同步电动机和有刷直流电动机具有相同的运行机理：施加在电动机上的电压都是恒定不变的直流电压，输入电动机的电流都是直流电流，作用在电枢线圈上的电压极性和通过电枢线圈的电流方向都是交变的，电枢线圈内的感应电动势的波形基本上相似、方向交变。
霍尔传感器
与有刷直流电机不同，无刷直流电机使用电子方式换向。要使BLDC转起来，必须要按照一定的顺序给定子通电，那么我们就需要知道转子的位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电。定子的位置是由嵌入到定子的霍尔传感器感知的。通常会安排3个霍尔传感器在转子的旋转路径周围。无论何时，只要转子的磁极掠过霍尔元件时，根据转子当前磁极的极性霍尔元件会输出对应的高或低电平，这样只要根据3个霍尔元件产生的电平的时序就可以判断当前转子的位置，并相应的对定子绕组进行通电。
霍尔效应：当通电导体处于磁场中，由于磁场的作用力使得导体内的电荷会向导体的一侧聚集，当薄平板通电导体处于磁场中时这种效应更为明显，青岛永磁同步电机，这样一侧聚集了电荷的导体会抵消磁场的这种影响，由于电荷在导体一侧的聚集，从而使得导体两侧产生电压，这种现象就称为霍尔效应，E.H霍尔在1879年发现了这一现象，故以此命名。
霍尔元件安放在电机的固***置，将霍尔元件安放到电机的定子是比较复杂的，因为如果安放时位置没有和转子的磁场相切那么就可能导致霍尔元件的测量值不能准确的反应转子当前的位置，鉴于以上原因，为了简化霍尔元件的安装，通常在电机的转子上安装一颗冗余的磁体，这个磁体专门用来感应霍尔元件，这样就能起到和转子磁体感应的相同效果，霍尔元件一般按照圆周安放在印刷电路板上并配备了调节盖，这样用户就可以根据磁场的方向非常方便的调节霍尔元件的位置以便使它工作在状态。
霍尔元件位置的安排上，有60°夹角和120°夹角两种。基于这种摆放形式，BLDC的电流换向顺序由制造厂商制定，当我们控制电机的时候就需要用到这种换向顺序。
注意：霍尔元件的电压范围从4V到24V不等，电流范围从5mA到15mA不等，永磁同步电机矢量控制，所以在考虑控制器时要考虑到霍尔元件的电流和电压要求。另外，霍尔元件输出集电极开路，使用时需要接上拉电阻。
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