通过微控制器架构来控制和优化电机的实时性能和效率

几十年来，大多数电机控制应用都依赖于通用电机、有刷直流电机和步进电机，因为它们成本低，实施简单。然而，微控制器（MCU）架构的不断创新和集成，使今天的开发者能够通过使用更复杂、更智能的电机类型和控制机制，以成本效益的方式提高电机精度、性能、功率效率和电机寿命。开发人员对如何控制每一种类型的电机有许多选择，这取决于电机需要在什么工作范围内有效（即低/高速度，高扭矩）以及需要多少精度（即位置、速度、扭矩），每种控制机制都要平衡成本、功率效率、精度和性能。

简单的标量控制（也被称为V/f或伏特/赫兹）是驱动交流感应电机的一种流行方法，因为它的实现很简单，相应的处理要求也很低。通过改变用于驱动电机的正弦波的频率来管理速度，不需要努力控制电流或优化扭矩。然而，简单的标量控制往往在低速和高速时提供低效的扭矩，动态性能差，对变化的反应慢，过冲设定点，并且在低速时有高的内部功率损失。

面向现场的控制是一种比简单的标量控制更智能的控制机制，根据不同的应用，它可以提供相对可观的成本节约、电源效率和更高的精度和性能，以换取其增加的复杂性，也被称为矢量控制，方便在交流感应电机和永磁同步电机的整个扭矩和速度范围内提供最佳控制。矢量控制不仅提高了启动转矩，同时最大限度地减少了转矩纹波，它的效率支持在所有速度下的最大转矩。由于对变化的快速响应以及在全负荷下保持零速的能力，在电机的整个速度范围内性能都很稳定。由于是电流控制的，开发人员可以根据特定的应用来优化功率逆变器电路以及电机尺寸。

梯形和正弦控制是无刷直流电机控制的两个主要选择，梯形控制由于其简单性和低成本，传统上一直是首选方法。然而，许多开发者正在转向正弦控制，以实现更平滑的操作、更好的扭矩响应和更低的电气噪声。由此带来的性能和效率的提高，以及与分布式绕组一起工作的能力和在更高速度下表现出更好的控制能力，使原始设备制造商能够使其系统与众不同。例如，梯形控制的较高电磁干扰会给电机系统带来不稳定，大大降低性能并增加干扰性的可听噪声。

反馈

高级控制机制的部分附加性能和复杂性是通过使用调节速度、位置/角度、电流、磁通量和扭矩的反馈循环实现的。矢量控制需要测量速度和转子与定子之间的角度，梯形和正弦控制需要测量速度、位置和电流。开发人员可以用传感器或使用无传感器的方法实现反馈。对于基于交流感应电机的应用，可以使用转速计来直接测量速度。基于永磁同步电机的设计可以使用编码器或旋转变压器来跟踪位置，同时通过测量位置随时间的变化来计算速度。传感器确实增加了系统的成本和组件，但在高精度系统中往往已经需要。

另外，无传感器方法基于实时电流和电压测量，使用滑动模式和模型参考自适应系统（MRAS）等 "状态观察器 "对电机的速度和角度进行建模（即估计）。这里的权衡是，电流和电压传感器比位置传感器便宜得多（电流可以用一个直流分流器廉价而可靠地测量），但系统微控制器将需要一定数量的每秒百万条指令来实现数学电机模型。