德州仪器InstaSPIN-FOC引领电机控制新技术
电助力自行车的FOC控制技术
电助力自行车的FOC控制技术电助力自行车是一种采用电机驱动辅助骑行的新型交通工具，具有环保、健康、方便等优点。
而电助力自行车的FOC（Field Oriented Control，场向控制）技术则是电机控制的关键技术之一。
本文将详细介绍电助力自行车的FOC控制技术。
1. FOC控制技术的背景随着电助力自行车的普及，对其控制技术也提出了更高的要求。
传统的PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）控制技术虽然简单，但无法充分利用电机的动态特性，影响了骑行的舒适性和稳定性。
而FOC控制技术则能够更好地控制电助力自行车的电机，提高骑行的质量和效果。
2. FOC控制技术的基本原理FOC控制技术基于电机的电流空间矢量控制理论，将电流矢量分解为磁场定向和磁势定向两个方向的成分。
磁场定向的目标是使电机转子磁场与定子磁场垂直，从而最大限度地提高电机的效率。
磁势定向的目标是使电机输出的力矩最大，提高骑行的动力性能。
3. FOC控制技术的实现方法FOC控制技术的实现主要包括三个方面：磁场定向控制、磁势定向控制和速度闭环控制。
磁场定向控制通过测量电机的转子位置和定子电流，计算出应施加的定子电流，从而实现电机的磁场定向控制。
磁势定向控制通过测量电机的转子位置和定子电流，计算出应施加的磁势电流，从而实现电机的磁势定向控制。
速度闭环控制通过测量电机的转子速度和设定的期望速度，计算出应施加的转子电流，从而实现电机的速度闭环控制。
4. FOC控制技术的优势相对于传统的PWM控制技术，FOC控制技术具有以下优势：（1）提高了电机的效率：FOC控制技术通过磁场定向控制和磁势定向控制，能够使电机在不同负载下都能实现高效的工作。
（2）提高了骑行的舒适性和稳定性：FOC控制技术能够更精确地控制电机的输出力矩，使骑行更加平稳和舒适。
（3）提高了动力性能：FOC控制技术能够更好地控制电机的输出速度，提高了电助力自行车的动力性能。
新唐foc方案
新唐FOC方案引言新唐（New Tang）是一家全球领先的半导体解决方案提供商，他们提供了一系列的电机驱动器方案，其中之一是FOC（Field Oriented Control，矢量控制）方案。
本文将介绍新唐FOC方案的原理、特点以及应用领域。
什么是FOC？FOC是一种先进的电机控制技术，通过将电机坐标系变换到特定方向，使得电机的控制更加简单和精确。
通过FOC，可以实现电机的高效率、高性能和高精度控制。
FOC方案基于电流反馈控制，通过感知电机的位置和速度信息，以及外部控制信号，从而实现电机的精确控制。
FOC方案通过将电流分成两个部分：一个部分通过与电机的磁场同相（direct轴）流动，用于控制电机的磁场方向和强度；另一个部分通过与电机的磁场垂直（quadrature轴）流动，用于产生电机的转矩。
新唐FOC方案的原理新唐FOC方案基于先进的算法和控制器，通过以下步骤实现对电机的精确控制：1.电机模型建立：根据电机的参数和特性建立数学模型。
2.速度和位置估计：通过传感器获取电机的转速和位置信息，或者利用FOC算法进行估计。
3.控制器设计：设计合适的FOC控制器，包括速度环和电流环控制器。
4.电流控制：根据速度和位置估计值以及外部输入信号，通过FOC控制器计算出电流指令。
5.电流转换：将电流指令转换成电机驱动器可识别的信号，如PWM信号。
6.电机驱动：将转换后的信号输出到电机驱动器，控制电机的运动。
新唐FOC方案的特点新唐FOC方案具有以下特点：1.精确控制：FOC方案通过高精度的速度和位置估计，以及精确的控制算法，实现对电机的精确控制。
2.高效率：FOC方案可以最大限度地提高电机的转换效率，减少能量损耗，提高系统的能效。
3.高性能：FOC方案可以实现电机的高性能控制，包括高速响应、高力矩输出和高转矩精度。
4.噪音低：FOC方案通过控制电机的磁场方向和强度，减少电机的震动和噪音。
5.支持多种电机类型：新唐FOC方案适用于多种类型的电机，包括直流电机、异步电机和永磁同步电机等。
InstaSPIN
InstaSPIN有关调研数据显示，在电机驱动型系统中，电机功耗往往占总功耗的45%。
为了实现高可靠性、低成本和高效率，业界正从有刷向三相无刷电机以及有传感器向无传感器转型，市场亟需无传感器磁场定向控制技术(FOC)。
德州仪器(TI)MCU 业务拓展经理吴健鸿告诉记者，虽然无传感器FOC(磁场定向控制)电机技术可带来许多系统优势，许多行业都因缺乏电机控制系统知识而不得不延迟采用和推广这些技术。
针对上述问题，TI 日前推出最新InstaSPIN-FOC 电机控制解决方案，可帮助电机控制系统设计人员在5 分钟乃至更短的时间内识别、调节并通过可变速度及负载全面控制任何类型的三相同步或异步电机，无需花费数周乃至数月的时间来调节电机控制系统，从而可集中精力进行差异化设计。
这种新型技术不仅无需机械电机转子传感器，降低了系统成本，而且还可通过嵌入在TI32 位C2000 Piccolo 微控制器上只读存储器(ROM)中的最新软件编码器(无传感器观察器)算法FAST(通量、角度、速度和转矩)来改进工作。
吴健鸿介绍说，InstaSPIN-FOC 技术的特性与优势主要体现在，一是设计时间能缩短数月：由于识别和控制调节几乎是全自动的，因此设计人员可在全电机转矩的基础上为其产品功能实现差异化。
二是接近编码器性能：采用嵌入式片上FAST 观察器算法对各种使用条件下的通量、角度、速度和转矩进行可靠、稳健估算。
有了准确的无传感器“估算器”，大多数情况下无需物理编码器。
三是支持所有三相电机：在同一解决方案中可支持同步(BLDC、SPM 与IPM)和异步(ACI)三相电机。
四是具有识别与调节功能：离线电机调试可识别所需的电机电气参数，调节FAST 算法，并初始化电流控制器，从而可确保稳定的工作此外，还提供可选在线电阻再评估模式，可在最恶劣条。
InstaSPIN-MOTION
日前，德州仪器(TI) 宣布推出最新InstaSPIN-MO TI ON 电机控制解决方案，终于将系统设计人员从有限的工作范围及耗时的调试流程中解放出来。
InstaSPIN-MO TI ON 是一款综合而全面的转矩、速度及运动控制软件解决方案，能够以最高效率实现稳健的系统性能，充分满足以不同运动状态转变工作的电机应用需求。
该产品基于TI InstaSPIN-FOC 电机控制解决方案，采用独特设计，不但可优化复杂的运动排序，而且只需调整单个参数，就可在不同工作范围内以无与伦比的高精度跟踪所需轨迹。
它是实现优化无传感器电机控制的最便捷最高效方法。
TI 今年早些时候发布的InstaSPIN-FOC 解决方案可利用FAST高级软件传感器实现转子磁通测量，可在磁场定向控制(FOC) 转矩控制器中提供电机识别、自动电流控制调整以及无传感器反馈功能，并可加速高效无传感器可变负载三相位电机解决方案的部署。
InstaSPIN-MOTION 进一步改进电机性能，缩短开发时间InstaSPIN-MOTION 新增更多电机控制功能，支持更多片上专业技术。
InstaSPIN-MOTION 的核心算法嵌入在TI 32 位C2000 Piccolo 微控制器(MCU) 的只读存储器(ROM) 中，集成LineStream Technologies 的多款SpinTAC 组件，从而支持优化运动配置文件、单个参数调整以及抗干扰控制器，可在各种变化速度与负载中加速开发，提高性能。
InstaSPIN-MOTION 可配合传感器反馈工作，也可配合配套提供的无传感器InstaSPIN-FOC 解决方案工作。
InstaSPIN-MOTION 的特性与优势：消除传统电机系统的运动控制挑战：InstaSPIN-MOTION 无需采用较陈旧的低效率设计方法。
例如，采用其它方法定义电机所需的运动往往需要过度简单的不灵活轨迹，带来机械应力。
手动编写代码并具有繁重计算的轨迹会占用宝贵的存储器空间。
基于C2000新型DSP的电气传动系统设计
ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.3电气传动2024年第54卷第3期基金项目：天津电气科学研究院有限公司科研基金（YF2023ZL009）作者简介：陆桂军（1986—），男，本科，工程师，Email ：**************基于C2000新型DSP 的电气传动系统设计陆桂军1，2，贾鹏飞1，2，王玉博1，2，刘静1，2，于守泉1，2（1.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；2.电气传动国家工程研究中心，天津300180）摘要：永磁同步电机高效率、高功率密度、良好的转矩性能和易于控制等优点在工业自动化、汽车、航空航天、家用电器等领域发挥着重要作用。
然而，在电气传动领域不仅需要精确地控制其运行状态，还需具备复杂的工业通信和人机接口。
传统电气传动大多采用比例积分环节进行速度控制，会存在积分器饱和问题，扰动消失后，积分响应变慢；复杂的工业通信和人机接口需要占用大量的芯片资源和芯片IO ，导致控制成本居高不下。
通过对传统的比例积分器进行改进，引入输出前馈控制，解决由于积分器饱和带来的响应延迟，并通过改进外部通信协议和外部人机交互接口硬件电路，解决了传统传动系统设计只能通过增加芯片数量来解决资源和IO 占用问题。
改进后的系统可以在单芯片280039C DSP 上完成全部功能，由于不存在芯片间通信，通信速率和响应速度都大幅提升，现场使用情况良好。
关键词：C2000新型DSP ；矢量控制；环路控制中图分类号：TM346文件标识码：ADOI ：10.19.457/j.1001-2095.dqcd25208Design of Electrical Transmission System Based on C2000Series DSPLU Guijun 1，2，JIA Pengfei 1，2，WANG Yubo 1，2，LIU Jing 1，2，YU Shouquan 1，2（1.Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ；2.National Engineering Research Center for Electric Drive ，Tianjin 300180，China ）Abstract ：Permanent magnet synchronous motors play an important role in industrial automation ，automotive ，aerospace ，household appliances ，and other fields due to their high efficiency ，high power density ，good torque performance ，and ease of control.However ，in the field of electrical transmission ，it is not only necessary to accurately control its operating status ，but also to have complex industrial communication and human-machine interfaces.Traditional electrical drives mostly use proportional integral components for speed control ，which may lead to integrator saturation issues ，resulting in slower integration response after disturbance plex industrial communication and human-machine interfaces require a large amount of chip resources and chip IO ，resulting in high control costs.By improving the traditional proportional integrator and introducing output feedforward control ，the response delay caused by integrator saturation was solved.By improving the external communication protocol and external human-machine interface hardware circuit ，it solved the problem of resource and IO occupation that traditional transmission system design can only solve by increasing the number of chips.The improved system can complete all functions on a single chip 280039C DSP.Due to the absence of inter chip communication ，the communication speed and response speed is greatly improved ，and the on-site use is good.Key words ：C2000serise DSP ；vector control ；loop control近年来，永磁同步电机系统设计应用范围越来越广，例如基于ARM+DSP+FPGA 的电气传动设计，采用ARM 开发人机接口，DSP 进行算法处理，FPGA 对数据信号采集和脉冲调制。
电助力自行车的FOC控制技术
电助力自行车的FOC控制技术FOC技术中文全称为“磁场定向控制”(Field Oriented Control)，也被称为向量控制技术（Vector Control Technology）。
由于其优良的调节性能，FOC技术被广泛应用于交流无刷直流电机的转速和位置调节控制。
FOC控制技术的核心思想是将电机的三相电流与磁场分解为两个正交电磁场，即磁通定向控制(Orientation Control of Magnetic Flux)和转矩定向控制（Torque Orientation Control）。
FOC控制技术的优势在于最终可以产生精确的速度控制和位置控制。
对于电动助力自行车，在电机控制方面使用FOC技术具有很多优势。
电动助力自行车的电机转速相对比较低，FOC控制技术可以很好地控制住电机的驱动力矩，并且可以根据需求快速调整电机的行驶速度和转矩输出。
在电机启动和加速阶段，FOC技术能更好地控制电机转矩，避免了电机因为突然输出导致的过大电流。
FOC技术不仅可以提高电机的控制性能，而且可以降低电机系统的能耗。
FOC技术有着不同于传统PWM控制技术的调制方法，其拥有更加紧凑的电流传递路径和波形控制，可以减少电机的漏电磁暴，减少了电机系统的能量损失，提高了电机效率和功率因数。
尤其是在低速情况下，FOC技术可以优化电机控制和电机自身磁通特性，减少摩擦力和噪音。
在具体的电助力自行车应用场景中，FOC控制技术可以很好地实现配合行驶模式，提供骑行数据，提升骑行品质。
例如，在骑行的一些情况下，FOC控制技术可以根据用户的需求输出合适的转矩和速度，使得驾驶者的骑行姿态更加自然，造成的刹车和加速时的颠簸更小，使得骑行更加舒适、平稳。
同时，在FOC控制技术的帮助下，电助力自行车还能够实现一些类似智能助力、滑行等功能，广泛应用于电子行车卡片、导航等方面。
总之，FOC技术在现代电助力自行车控制领域中，具有高效、节能、安全、智能的优良特性，可以实现电机转速、位置的精确控制，配合合适的骑行模式和传感器，可以很好地实现智能助力等具有高附加值的功能，为电助力自行车的发展和普及奠定了坚实的技术基础。
基于TI的InstaSPIN-FOC的空调驱动器研究
基于 TI 的 InstaSPIN-FOC 的空调驱动器研究摘要：本文介绍了利用 TI 的InstaSPIN-FOC 技术来设计家用空调系统的电机驱动器的方法和优势。
该技术通过先进的磁场定位和速度控制算法，能够实现高精度、高效能和快速响应的电机控制，从而提高空调系统的性能和能效。
本文通过实验和分析，展示了该技术在家用空调系统中的应用效果，并探讨了其在未来空调技术发展中的潜在价值。
关键词：InstaSPIN-FOC；驱动器；家用空调；电机控制中图分类号：TM921.5 文献标识码：A一、引言设计家用空调系统时，压缩机及电机驱动器的效率和性能至关重要。
随着技术的不断发展，基于数字信号处理器（DSP）的驱动器方案在提高电机控制精度和系统效率方面发挥着关键作用。
德州仪器（TI）的InstaSPIN-FOC技术作为一种先进的电机控制解决方案，为家用空调领域的电机驱动器设计提供了全新的可能性。
家用空调的广泛应用使得电机驱动器在系统性能方面的要求变得越来越高。
高效能和精确的电机控制不仅可以提高空调系统的能效，还可以改善用户体验。
然而，传统的驱动器设计常常受到控制精度和系统复杂性的制约。
InstaSPIN-FOC技术通过其先进的磁场定位和速度控制算法，能够实现更精确的电机控制，从而在家用空调系统中带来更高的性能水平。
本论文旨在探讨如何利用TI的InstaSPIN-FOC技术来加速家用空调领域的电机驱动器设计。
我们将深入研究该技术在电机控制精度、系统效率和响应速度等方面的优势。
通过详细的实验和分析，我们将展示InstaSPIN-FOC在家用空调系统中的实际应用效果，并对其在未来空调技术发展中的潜在影响进行探讨。
二、空调系统中电机驱动器设计家用空调系统在现代生活中起着重要作用，其性能和能效要求不断提升。
电机驱动器作为系统的核心组成部分，对于系统的性能和效率具有关键影响。
然而，在家用空调领域，电机驱动器设计面临着一些挑战，例如精确控制、高效能和系统复杂性。
老算法的新应用（中）无感FOC电调在无人机航模无刷电机上的运用
老算法的新应用（中）无感FOC电调在无人机航模无刷电机上的运用打开文本图片集采用方波控制算法的电调，让无刷电机真正被引入航模及无人机领域。
不过在使用过程中，这种控制算法的劣势也越来越明显。
这也让一种早已有之的算法——FOC被引入无刷电调的设计中。
传统电调的控制方式传统电调控制无刷电机内线圈绕组换向，多用六步换向法，控制方式则是方波控制（图1）。
所谓方波控制，就是上述切换只负责开关电路，绕组的电流只有“通”和“断”两种状态；电调通过控制接通的频率来调节转速，通过控制“通”和“断”的比例来控制平均电流大小。
在一个控制周期内，绕组线圈的“通”、“断”比例被称为“占空比”，这种控制称为占空比控制（PWM，图2）。
在方波控制方式下，电调只需控制电路的“通”、“断”。
这种方法的控制率算法较为简单：电调无需获得电机转子的具体角度值，只需判断感应到的反向电动势是否过零点，过零点后即可执行换向操作。
图3所示的是方波控制模式下无刷电机线圈绕组的感应反向电动势波形。
由于存在绕组感抗，因此理想状态下的矩形方波，变成了实际反馈感应到的类似于梯形的波形。
方波控制的缺陷基于前文所述六步换向法、采用方波控制算法的电调，在使用过程中暴露了其固有缺陷，具体表现为以下4点。
1.驱动电流的峰值较高方波控制模式下的电机，电机绕组线圈内的电流只有“通”和“断”两种状态。
即使在占空比很小的低功率状态下，电机电流平均值较小，绕组线圈的脉动电流峰值也会很大。
由于绕组线圈的电阻发热量与其电流值的平方成正比，因此电机的发热损耗较大（图4）。
2.存在脉动转矩如果电调采用方波控制，那么与之相连的电机内部磁场强度和方向实际是跳跃的，由此产生的扭矩自然也是脉动的。
在对控制精度要求很高的动力系统中，这种脉动会降低飞行器的稳定性，尤其是依赖扭矩控制航向的多旋翼无人机，会给自动控制带来更多的干扰因素。
3.震动和噪声较大电机内存在脉动扭矩，带来的直观感受是飞行器的震动和噪声较大。