前言：

會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)高速吹風筒項目。如圖所示：FOC算法框架各子函數(shù)

很多人不經(jīng)要問：那難點究竟在哪里呢？

其實最大的難點就是FOC電機算法是高速依賴電機負載這樣的場景，對于電機本體來說，有多種負載模型：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)用負載模型的觀測器外，還有一個更重要的難點在于能否用最低的成本的MCU來實現(xiàn)?，F(xiàn)在市場競爭已經(jīng)不在能否做出來這個賽道了，而是能否用低成本的MCU來實現(xiàn)才真正具有商業(yè)價值。

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

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

對于11萬轉(zhuǎn)高速吹風筒來說，由于電機安裝位置在手柄的位置，稍微啟動不絲滑，抖動等人手就能敏銳地感知到，帶來很差的體驗感。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，在60度換向周期內(nèi)只剩下幾十微秒，那么要想電機換向精度高，就需要60度電周期內(nèi)至少有接近2個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。

第二個問題，市場越來越卷，由于電機越來越便宜，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，結(jié)果是在進行開關(guān)開快速切換的時候容易啟動失敗，電機過流等現(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)啟動算法，更廣大范圍內(nèi)適應(yīng)了不同電機的參數(shù)需求，優(yōu)點：啟動快（最快170ms），啟動零失敗，啟動絲滑，無抖動現(xiàn)象，不同廠家電機無差別適應(yīng)。特別適合大批量生產(chǎn)。

如下圖：啟動電流波形

上圖明顯表達了啟動電流波形無過充（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)時間極短，總共就200毫秒就達到最大速度。

從上圖還能看出啟動絲滑，無電流波動，就能實現(xiàn)啟動時電機無抖動現(xiàn)象。

我們繼續(xù)看一下張飛電子11萬轉(zhuǎn)高速風筒FOC算法 從啟動到最大轉(zhuǎn)速運轉(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）

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

另外一個優(yōu)點就是電流做了紋波電壓補償（采用張飛電子自研算法），整個電流峰值比較水平，這樣帶來的好處就是電機高速運轉(zhuǎn)的時候，手感好，不麻手。因為沒有嚴重的諧波分量，用戶吹頭發(fā)10分鐘后，也不會出現(xiàn)頭暈，耳鳴等不舒服的癥狀。這才是優(yōu)秀的吹風筒的技術(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：整個剎車過程沒有過沖，市面上有的算法剎車電流極大，遠遠高于最高轉(zhuǎn)速的電流，另外根據(jù)三相橋電路原理，剎車過程是Vbus電壓會有過沖現(xiàn)象（電壓會有一段時間遠遠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遠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)高速吹風筒的算法實現(xiàn)了MOSFET的溫度比同行要低，整個系統(tǒng)硬件由于搭載了優(yōu)秀的自研算法，細節(jié)處理到位，既能夠輕松過電磁兼容EMC,也能實現(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筒算法的MCU成本比市面上大多數(shù)的價格低3毛錢左右，十分具有競爭優(yōu)勢，歡迎大家來垂詢！