機器人電機控制中為什么選擇FOC而不是無刷電機
2020/6/12 14:30:19 點擊：
本文所述的機器人為服務機器人或是載重機器人（倉儲機器人、物流機器人）；機器人電機控制指的是驅動機器人行走、移動的電機控制。
這種驅動機器人行走的電機一般功率在30~600W，24~48V電池供電，要求壽命長，效率高，運行平穩，安靜，響應快，一定范圍內負載可變。
本文探討以下2個問題：
為什么選擇無刷電機
為什么選擇FOC控制
1、為什么選擇無刷電機
常見的電機有步進電機、異步電機、有刷電機、無刷電機、伺服電機。
步進電機
價格較低，控制簡單，開環控制精度高，一般用在小力矩中低轉速需定位的場合，如3D打印、小型機器人。由于力矩小且動態性能差，不適用于服務機器人和載重機器人。
異步電機
價格較低，可以不需要控制器，效率低，一般用在交流電供電場合，如傳統風扇。不適用于電池供電的機器人。
有刷電機
價格較低，控制簡單，碳刷易壞，一般用在小電流低成本場合，如玩具車、小型機器人。在服務機器人和載重機器人中，由于電流大，碳刷易壞，往往不使用。
無刷電機
價格較高，控制復雜，無碳刷，壽命長，力矩波動小，動態響應好，一般用在稍大電流要求高的場合，如無人機、電動自行車、機器人。
伺服電機
價格昂貴，控制復雜，力矩波動最小，一般用在定位響應快要求高的場合，如數控機床。由于機器人行走一般不需要精度非常高的位置控制，所以也比較少選擇昂貴的伺服電機。
綜上所述，無刷電機擁有步進電機和有刷電機難以企及的優點，在無刷電機性能滿足的情況下，一般也不使用價格昂貴的伺服電機。因此，無刷電機在機器人中被廣泛使用。
2、為什么選擇FOC控制
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無刷電機最常用的控制方式有3種：方波控制、正弦電壓控制、FOC控制，這3種控制方式電機相電流波形如下：
方波控制
電流波動大、控制精度差，噪聲大，算法簡單，適用于成本敏感、性能要求低的場合。在變負載、動態響應快的機器人中效果不好。
電壓正弦控制
電壓正弦、控制精度差，噪聲小，算法略復雜、適用于成本敏感、對噪聲要求不高的場合。同樣在變負載、動態響應快的機器人中效果不好。
FOC控制
電流正弦、控制精度比方波控制和電壓正弦控制高20倍以上，噪聲最小，控制多樣化，算法復雜，適用于性能要求高的場合。非常合適應用在服務機器人和載重機器人中。
在服務機器人和載重機器人行走驅動中，無刷電機成為最廣泛的選擇，而FOC成為無刷電機最合適的控制技術。
這種驅動機器人行走的電機一般功率在30~600W，24~48V電池供電，要求壽命長，效率高，運行平穩，安靜，響應快，一定范圍內負載可變。
本文探討以下2個問題：
為什么選擇無刷電機
為什么選擇FOC控制
1、為什么選擇無刷電機
常見的電機有步進電機、異步電機、有刷電機、無刷電機、伺服電機。
步進電機
價格較低，控制簡單，開環控制精度高，一般用在小力矩中低轉速需定位的場合，如3D打印、小型機器人。由于力矩小且動態性能差，不適用于服務機器人和載重機器人。
異步電機
價格較低，可以不需要控制器，效率低，一般用在交流電供電場合，如傳統風扇。不適用于電池供電的機器人。
有刷電機
價格較低，控制簡單，碳刷易壞，一般用在小電流低成本場合，如玩具車、小型機器人。在服務機器人和載重機器人中，由于電流大，碳刷易壞，往往不使用。
無刷電機
價格較高，控制復雜，無碳刷，壽命長，力矩波動小，動態響應好，一般用在稍大電流要求高的場合，如無人機、電動自行車、機器人。
伺服電機
價格昂貴，控制復雜，力矩波動最小，一般用在定位響應快要求高的場合，如數控機床。由于機器人行走一般不需要精度非常高的位置控制，所以也比較少選擇昂貴的伺服電機。
綜上所述，無刷電機擁有步進電機和有刷電機難以企及的優點，在無刷電機性能滿足的情況下，一般也不使用價格昂貴的伺服電機。因此，無刷電機在機器人中被廣泛使用。
2、為什么選擇FOC控制
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無刷電機最常用的控制方式有3種：方波控制、正弦電壓控制、FOC控制，這3種控制方式電機相電流波形如下：
方波控制
電流波動大、控制精度差，噪聲大，算法簡單，適用于成本敏感、性能要求低的場合。在變負載、動態響應快的機器人中效果不好。
電壓正弦控制
電壓正弦、控制精度差，噪聲小，算法略復雜、適用于成本敏感、對噪聲要求不高的場合。同樣在變負載、動態響應快的機器人中效果不好。
FOC控制
電流正弦、控制精度比方波控制和電壓正弦控制高20倍以上，噪聲最小，控制多樣化，算法復雜，適用于性能要求高的場合。非常合適應用在服務機器人和載重機器人中。
在服務機器人和載重機器人行走驅動中，無刷電機成為最廣泛的選擇，而FOC成為無刷電機最合適的控制技術。
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