无刷电机凭借效率、低噪音和长寿命等优势，广泛应用在现代自动化工业领域。通常无刷电机的控制方法包括无感控制、有感控制、磁场矢量控制（FOC）、正弦波控制、直接转矩控制（DTC）、模型预测控制（MPC）几种方式。这几种控制策略应用在不同的场景下，其实现的难易程度也是十分明显。这篇文章主要聊一下我熟悉的三种控制方式——无感、有感和FOC。

1 无感控制

无感控制，无刷电机在无转子位置传感器（霍尔传感器）的情况下，通过相应的算法和控制策略控制无刷电机的启动和稳定运行。特定的算法一般采用观测反电动势或者其他非直接位置传感器。

过零检测，无感控制的常用策略是通过检测反电动势的变化，判断无刷电机的转子位置，如图所示为无感控制的反电动势检测电路。

       在无刷电机换相原理中，当无刷电机任意俩相通电的情况下，剩余的悬空相就能够检测到反电动势。在转子由0°转到60°期间，反电动势过零一次，这种操作也就是常说的过零检测。

       当无刷电机任意两相通电情况下，剩余悬空相就能检测到反电动势，检测到反电动势处于零点位置时，转子处于与悬空相同一方向（平行方向），即处于相位换相后移动30°，再移动30°角即为换相点。所以，在借助六个过零事件控制无刷电机，为了实现精确换相点，利用上一个换相周期的时间推算本周期30°延迟角的时间延迟。

无感控制的启动分为三个阶段，预定位、启动加速、闭环控制。

1）预定位    先给某两相通电一段时间，让转子转到预定的位置；通电占空比（一般30~50）和时间不要太大，易引起发热；通电时间、占空比需要依据不同的电机和负载情况确定；否则可能会由于长时间在一个线圈上加电烧坏，或者时间太短不能预定位。

2）启动加速    依据所要转动的方向，按转向顺序依次给各相通断电（换相）；启动的过程，需要多次换相，并逐渐加速；同预定位一样，这个加速过程也与具体的电机和负载相关，需要结合实际测试来确定输出占空比的大小，换相频率太低，电机加速慢，会抖动反转，线圈也会发热严重；换相频率太高，电机运行起来容易失步，导致加速失败。

3）闭环控制    当启动加速到一定转速时，反电动势及其过零点可以被稳定的检测到时，就可以切换到闭环控制状态。

2 有感控制

无刷电机的有感控制指在无刷电机（BLDC）中，一般采用3个开关型霍尔传感器检测转子位置，根据3个霍尔传感器输出的编码控制MOS管的通断，进而实现换相。

       在无刷电机中一般把3个霍尔传感器间隔120°的圆周分布安装如图所示。输出信号高低电平各占180°角。设输出的高电平为1，低电平用0表示，则输出三个信号用二进制编码表示如上表。

        转子每转动一周可以输出6个信号，正好可以对应六步方波换相的6个过程。我们可以按照出厂的真值表顺序去控制MOS管的开通和关断

3 磁场定向控制（FOC）

FOC（Field-Oriented Control），直译是磁场定向控制，也被称作矢量控制 （VC，Vector Control） ，是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最优方法之一。FOC旨在通过精确地控制磁场大小与方向，使得电机的运动转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。

      定子磁场是固定的，而转子磁场随着转子的旋转而移动。当这两个磁场之间的夹角为90∘时，转子中的导体切割定子磁场的磁力线速度最快，这导致在转子导体中产生最大的感应电流。这些感应电流在定子磁场中受到的洛伦兹力也最大，因此产生的旋转力矩（即电磁转矩）也最大。所以如何使定子磁场和转子磁场一直相差90°，让电机一直产生最大力矩，就是FOC矢量控制所解决的问题。

FOC控制流程

FOC控制无刷电机过程，通过对无刷电机的三相电流采样进行Clarke变换，将三相正弦电流信号转换为两相正弦信号，再经Park变换（旋转变换），转换为两个直流信号作为电流闭环的输入，再经反Park变换和空间矢量脉宽调制控制三相全桥的开断，从而实现无刷电机的控制。

对上图的解释如下：

(1) 对电机的三相电流采样得到Ia Ib Ic,

(2) 将Ia Ib Ic, 经Clark变换得到   

(3) 将  经Park变换得到Iq Id

(4) 计算Iq Id和设定值Iq_ref Id_ref误差

(5) 将上述的误差作为pid控制器中，得到输出控制电压Uq，Ud

(6) Uq，Ud进行反park变换   

(7)   经svpwm模块（clark反变换）输出到mos管，产生定转子正交磁场，控制电机运转。