1. 無刷電機驅動原理

上方開關是 n 極，中間是控制的相，下面開關是 s 極，兩個電磁鐵共同作用轉動轉子。

工作原理

1. 電源電路為整個系統供電
2. 霍爾傳感器檢測無刷電機轉子的位置，產生位置信號
3. 單片機接收位置信號，經過邏輯判斷，生成相應的控制信號
4. 三相橋根據控制信號，將直流電源轉換為三相交流電，驅動無刷電機的三相繞組
5. 電機根據三相電流的變化產生旋轉運動

2. 無刷電機驅動電路的基本框架設計

核心是用 MCU採集霍爾信號、輸出驅動指令，經半橋驅動芯片控制功率 MOS 管，實現電機調速 / 換向。

設計產品時，先根據產品需求，設計基本功能，再不斷完善

3. 無刷電機主迴路設計

隔離方式

1. 電阻
2. 二極管
3. 緩衝器
4. 光耦

為什麼要隔離

防止浪涌 or 靜電反向倒灌損壞MCU

FOC算法介紹

為了能對電機進行更精準的控制，令其以任意速度旋轉，停留在任意位置，可以任意調節其扭矩。FOC控制則是一種更為精確、先進的控制方式。它將電機的空間磁場分解成水平和垂直兩個分量，然後對這兩個磁場分量分別進行控制。

通過調節兩個磁場分量的大小和相位差，就可以實現對電機的精確控制，包括轉速、轉矩、效率等方面。相對於六步換相控制，FOC控制可以使電機效率更高，噪音更小，並且可以實現更佳的控制性能。缺點是FOC控制需要更高的計算能力和控制算法，因此複雜度比六步控制要高，對控制芯片會有更高的要求。

核心原理

1. 座標變換是核心，將三相靜止座標系的電流轉換為兩相旋轉座標系（d/q 軸）。
2. d 軸控制勵磁電流，維持電機磁鏈穩定；q 軸控制轉矩電流，直接決定電機輸出轉矩。
3. 通過閉環調節使 d/q 軸電流獨立可控，實現轉矩和轉速的精準控制。

座標變換公式

• Clarke 變換（三相靜止→兩相靜止 αβ 軸）：

• iα = (2/3)×(ia - 0.5ib - 0.5ic)
• iβ = (2/3)×[(√3/2) ib - (√3/2) ic]（注：無中性線時，ia + ib + ic = 0，可簡化計算）

• Park 變換（兩相靜止 αβ→兩相旋轉 dq 軸）：

• id = iα×cosθ + iβ×sinθ

• iq = -iα×sinθ + iβ×cosθ

• 逆 Park 變換（兩相旋轉 dq→兩相靜止 αβ 軸）：

• uα = ud×cosθ - uq×sinθ

• uβ = ud×sinθ + uq×cosθ

2. 電流閉環 PI 調節公式

• 比例積分調節核心式：

• ud = Kp_d×(id_ref - id) + Ki_d×∫(id_ref - id)dt + Ud0
• uq = Kp_q×(iq_ref - iq) + Ki_q×∫(iq_ref - iq) dt + Uq0（Kp_d/Ki_d 為 d 軸 PI 參數，Kp_q/Ki_q 為 q 軸 PI 參數；Ud0/Uq0 為前饋補償項）

3. 轉矩與轉速相關公式

• 電磁轉矩公式：Te = (3/2)×p×ψf×iq（p 為電機極對數，ψf 為永磁體磁鏈）
• 轉速計算（差分法）：n = (θk - θk-1)/Δt × (60/(2πp))（θk 為當前電角度，θk-1 為上一時刻電角度，Δt 為採樣週期）