前言：

會(huì)FOC底層算法的軟件工程師相對比較少，能夠把FOC算法做好的工程師更加少。但是本文討論的是即使FOC算法你已經(jīng)打磨的很好了，但是依舊很難做好11萬轉(zhuǎn)高速吹風(fēng)筒項(xiàng)目。如圖所示：FOC算法框架各子函數(shù)

很多人不經(jīng)要問：那難點(diǎn)究竟在哪里呢？

其實(shí)最大的難點(diǎn)就是FOC電機(jī)算法是高速依賴電機(jī)負(fù)載這樣的場景，對于電機(jī)本體來說，有多種負(fù)載模型：高壓大電感量，高壓小電感量，低壓大電感量，低壓小電感量，速度輸出型，扭矩輸出型等等。

針對以上不同的應(yīng)用負(fù)載模型，應(yīng)該采用不同的控制策略，比如：不同的觀測器：滑模觀測器，龍伯格觀測器，磁鏈觀測器，PLL觀測器等。

不同的觀測器的代碼運(yùn)算量不一樣，適用場景不一樣。但是除了匹配不同的應(yīng)用負(fù)載模型的觀測器外，還有一個(gè)更重要的難點(diǎn)在于能否用最低的成本的MCU來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在市場競爭已經(jīng)不在能否做出來這個(gè)賽道了，而是能否用低成本的MCU來實(shí)現(xiàn)才真正具有商業(yè)價(jià)值。

那么第一個(gè)難點(diǎn)就是軟件工程需要對電機(jī)負(fù)載特性比較了解，大多數(shù)工程師都是用滑模觀測器來寫，對于啟動(dòng)來說一般都是采用預(yù)定位的三段式啟動(dòng)方式。

我想大家寫過代碼的都心有體會(huì)。但是實(shí)際上你的啟動(dòng)方式跟電機(jī)的電感量，轉(zhuǎn)速，負(fù)載類型有很大的關(guān)系，需要適配好不同觀測器的算法以及啟動(dòng)方式才是最重要的。

對于11萬轉(zhuǎn)高速吹風(fēng)筒來說，由于電機(jī)安裝位置在手柄的位置，稍微啟動(dòng)不絲滑，抖動(dòng)等人手就能敏銳地感知到，帶來很差的體驗(yàn)感。我們在分解需求后，發(fā)現(xiàn)11萬轉(zhuǎn)這樣的高轉(zhuǎn)速馬達(dá)，在60度換向周期內(nèi)只剩下幾十微秒，那么要想電機(jī)換向精度高，就需要60度電周期內(nèi)至少有接近2個(gè)SVPWM周期，這樣換算下來你的SVPWM載頻就需要不能低于20KHz，最好是22到25KHz。

這樣的話，就帶來了第一個(gè)問題：FOC算法必須要求在25us之內(nèi)算完（還要考慮單斜坡影響因素）。這樣的話，滑模觀測器就只能排除了。那么分析下來，鎖相環(huán)PLL觀測器是較佳選擇。

第二個(gè)問題，市場越來越卷，由于電機(jī)越來越便宜，一致性很差，還要求寬電壓輸入（AC150V-270V都要能工作）對啟動(dòng)要求就特別高。通常軟件工程師都是采用預(yù)定位三段式啟動(dòng)，結(jié)果是在進(jìn)行開關(guān)開快速切換的時(shí)候容易啟動(dòng)失敗，電機(jī)過流等現(xiàn)象，這是產(chǎn)品中是絕對禁止的。

而我們張飛電子采用了自研的自適應(yīng)電流閉環(huán)啟動(dòng)算法，更廣大范圍內(nèi)適應(yīng)了不同電機(jī)的參數(shù)需求，優(yōu)點(diǎn)：啟動(dòng)快（最快170ms），啟動(dòng)零失敗，啟動(dòng)絲滑，無抖動(dòng)現(xiàn)象，不同廠家電機(jī)無差別適應(yīng)。特別適合大批量生產(chǎn)。

如下圖：啟動(dòng)電流波形

上圖明顯表達(dá)了啟動(dòng)電流波形無過充（MOSFET無過充應(yīng)力）這樣MOSFET無過電流沖擊，更加安全可靠，不炸雞。

從上圖還能看出從0到11萬轉(zhuǎn)時(shí)間極短，總共就200毫秒就達(dá)到最大速度。

從上圖還能看出啟動(dòng)絲滑，無電流波動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)電機(jī)無抖動(dòng)現(xiàn)象。

我們繼續(xù)看一下張飛電子11萬轉(zhuǎn)高速風(fēng)筒FOC算法 從啟動(dòng)到最大轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)速度11萬轉(zhuǎn)，再到剎車停止全過程電流波形。

如下圖所示（啟停全過程電流波形）

上圖是啟動(dòng)到11萬轉(zhuǎn)最大轉(zhuǎn)速再到停機(jī)全過程電流波形，我們可以看到整個(gè)全局沒有過充電流，帶來的好處是MOSFET沒有過充電流，就不會(huì)有過載應(yīng)力，也不會(huì)溫度很高。最重要的一點(diǎn)就是過電磁兼容EMC相對比較容易，輻射會(huì)比較好過。

另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是電流做了紋波電壓補(bǔ)償（采用張飛電子自研算法），整個(gè)電流峰值比較水平，這樣帶來的好處就是電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，手感好，不麻手。因?yàn)闆]有嚴(yán)重的諧波分量，用戶吹頭發(fā)10分鐘后，也不會(huì)出現(xiàn)頭暈，耳鳴等不舒服的癥狀。這才是優(yōu)秀的吹風(fēng)筒的技術(shù)保障。

我們再來看第四幅圖

上圖展示的是從11萬轉(zhuǎn)最高轉(zhuǎn)速到零速的剎車過程的電流波形。

從上圖可見：整個(gè)剎車過程沒有過沖，市面上有的算法剎車電流極大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最高轉(zhuǎn)速的電流，另外根據(jù)三相橋電路原理，剎車過程是Vbus電壓會(huì)有過沖現(xiàn)象（電壓會(huì)有一段時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電解電容的耐壓值）

由于是友商關(guān)系，我這里不便把友商的波形放出來，畢竟是需要良性競爭才行，希望大家理解。

那么根據(jù)上圖波形，我們可以發(fā)現(xiàn)我們張飛電子的算法，實(shí)現(xiàn)了在剎車階段沒有電流過沖，MOSFET也安全，不發(fā)熱，Vbus母線電解電容也過充電壓也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電容本身的耐壓值，這樣才能保證的MOSFET和電解電容的長壽命和雙安全。

綜上所述，我們張飛電子的11萬轉(zhuǎn)高速吹風(fēng)筒的算法實(shí)現(xiàn)了MOSFET的溫度比同行要低，整個(gè)系統(tǒng)硬件由于搭載了優(yōu)秀的自研算法，細(xì)節(jié)處理到位，既能夠輕松過電磁兼容EMC,也能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)PCBA的安全可靠，不炸雞等。

最后，搭載我們自研的張飛電子高速吹風(fēng)筒算法的MCU成本比市面上大多數(shù)的價(jià)格低3毛錢左右，十分具有競爭優(yōu)勢，歡迎大家來垂詢！