我们将撕开FOC神秘而虚伪的面纱，以说人话的方式讲述它。真正的做到从零开始，小白一看就会，一学就废。 如果觉得有用的话，就点个赞呗，纯手码。 一、什么是FOC？ FOC是Field Orientation Control的缩写，字面意思是场方向控制，在电机应用场景下就是磁场方向控制。 现在问题来了，挖掘技术哪家强？不是，走错了再来，那么问题来了，就不能像小时候四驱赛车马达一样，通个电直接就转了，不简单粗暴多了，为啥电机控制就要用到FOC呢？这个问题得问你啊，你不用它不就没有那么多屁事了。 二、学习门槛 FOC是关于电机的一种驱动方式，由于这个东西过于高深，不建议啥都不懂的小伙伴学习，所以要了解并使用它，得具有以下理论基础： 初中物理，部分电磁学，需要明白如何由电生磁。 高中物理，力的分解与合成。 高中数学，向量运算，向量=矢量；三角函数。 电路、程序基础，这个就不用多说了，懂的都懂。 三、电机构成 电机分类大概如下所示。
一般的移动或小型的应用场景因为电源是电池类型为低压直流，所以较为常见的为直流电机。 3.1 有刷电机 有刷电机，也就是四驱车马达电机那种，内部结构如下图所示。
正常情况下，要让电机转动很简单，用手拨就可以让电机转动，现在都什么时代了，还要自己动手？那有什么能够代替我的手呢，就是用另外一种力替代我手拨动的这个力就行了，万有引力行不行呢，不行，虽然说两个物体相互吸引，但是这个力太小了，而且不能控制大小，所以我需要一种力气大小可控的力。 磁铁大家应该都玩过，磁场越强的磁铁吸到一起后就越难分开。根据电磁学第二定律，通电电流约大，磁场越强，那么磁力也就越大，那这力气不就来了嘛。 有了力气，那么我就用上去呗，我们定义上面能转动的磁铁叫做转子，下面固定不动的磁铁叫做定子，用了之后发现，也只能动一下，要让它连续转动，好像还要合计合计。如果当要达到稳定状态时,改变定子的磁极，这时候会产生一个排斥力，让它继续转动，只要我在合适的时间变换定子的磁极，那转子不就一直在转动。 用手动变化定子磁极的话太累了，根据初中物理的安培定则即右手螺旋定则，线圈+电流=磁铁，而且方向可控，同时磁力大小与电流成正比。PS：电磁学三大定律：法拉第电磁感应定律、安培环路定理、麦克斯韦-安培定律，描述了电场和磁场之间的相互作用关系。
于是乎有了下面的状态，
当要达到稳定状态时,改变一下电流方向，线圈磁极也跟着改变后，就会产生一个继续波动的力，如下图。
有刷电机，刷子和换向器的作用，就是更换电流方向。一个线圈、一个磁极、一个刷子+换向器就能实现转动了，一台电机原型机就出来了。 为什么拆过的那些电机有好几个磁铁和线圈呢？不是一个就够了么，搞那么多不是浪费。你听我解释，我有借口，不是，我有理由这么做，多线圈和磁极的设计有以下目的和优势：1、增强转矩，可以提供更多的磁场与线圈的相互作用，进一步增强转矩。2、平滑转动，通过交替激活不同的线圈，可以使电机的输出转矩更加连续和均匀，减少震动和振动。3、改善运行特性和控制性能等。 不过话说回来，咱还没搞懂原型机怎么转动呢，你就跟我扯什么性能，我这不是话说开了就收不住，书接上回，以有刷电机的原型机为例分析原型机怎么转动的，直接花大价钱拿一个奥迪双钻梦之队经典四驱车马达来分解说明。 四驱马达车实物内部图如下所示。
根据线圈与电刷的接触程度可以分为以下四个过程，电机转动就在这四个过程之前依次不断循环。这里驱动电源始终是直流不用变化，变化的是线圈的接触改变线圈里面流过的电流，从而完成磁场的转换。
至此有刷电机的转动分析完成，而实际有三个线圈是为了规避图1的状态，避免卡死到中间不转的情况。其他电机也是从这个基础上延伸出来，俗话说的好，万丈高楼平地起，基础了解完了就可以开始深一步的学习。 3.2 无刷电机 无刷电机，常见四旋翼无人机电机，内部结构如下图所示。
无刷电机，顾名思义相比较上面的有刷电机，无刷就是没有刷子，那没有刷子的话，如何完成换向，同时这么做的优点是什么，对吧，没有好处你跟我整这么一出，那别人肯定不买账，那么听我慢慢道来。还有就是为啥是三相的？ 了解一下三相电机的优点，主要原因：三相电源不是同时交替，而是同一时刻每相相差120°相位，这就意味着在任意时刻，三相提供的电压总和相同，相当于一个恒定的电源，这是单向系统不具备的。 其他优点： 增加带负载能力，同等条件下，三相能运输的功率是单向的三倍，因为有三根线。 三相电机还具有更高的功率因数，这意味着它们在给定负载和效率下消耗更少的能量。 相比较单向的脉冲，三相提供恒定功率，使电机运行更加稳定。 等等，但是也有缺点，相比较单向电机应用起来复杂等。 反正就是优胜劣汰的结果，导致这玩意就是三相结构，而你就是要了解学习它。 好了既然定下了电机构造，然后来分析一下，由上面有刷电机的了解，线圈内的电流是需要换向才能让电机转起来的。 单向有刷电机，通电就转，因为内部有电刷和换向器完成线圈电流的换向，三相无刷电机没有电刷，外部驱动用MOS管开关，完成线圈内电流的换向。 按照有刷电机的逻辑去驱动三相电机，按一定顺序依次将每一个线圈通电，这个过程称为六步换向法。三相电机线圈的控制一共有8种状态，去掉全开（111）和全关（000）两种运行过程中没用的状态，剩6种，把它分布到电机上去，如图所示。
按照顺序驱动电机就可以控制正反转了，如下图，霍尔传感器数据代表线圈状态，下表是力矩情况。
可以看出转矩一点都不平滑，有大有小，为了使电机转动更快，能源转换效率更高，就不能使用这种驱动方式。 那可能就会有人问了，有没有一种方式，可以控制磁场的大小，每时每刻都让转动方向的磁力维持最大，那么这样的情况下，能量的转换效率也越高，电机的转速就越快，是不是很妙啊。 不知道怎么做之前，先取个名字吧，不如就叫做磁场方向控制Field Orientation Control，简称FOC。 四、FOC学习 需要控制磁场力，首先要分析磁场力，然后根据想要达到的状态去控制磁场最后达到目标状态。可以分解为下面三个步骤： 分析磁力：目的在于要知道如何去控制它 采集数据和计算误差：采集到实际的数据并与设定的数据与实际数据误差 调节输出：将误差反馈控制输出。
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