一.电机概述

1.电机的简介

电机是一种可以在电能和机械能的之间相互转换的设备，其中发电机是将机械能转换为电能，电动机是将电能转换为机械能。发电机的主要用于产生电能，用途单一，但是电动机主要用于产生机械能，用途极其广泛。

2.电机的分类

电机的种类繁多，其可按工作电源、用途、转子结构、运转速度等进行分类。这里我们以

用途为例，对常见的电机进行分类，具体的框图如下图所示：

（1）直流有刷电机

直流有刷电机（BDC）是一种内含电刷装置，可以将直流电能转换成机械能的电动机。在

允许的范围之内，只需要调整电压，即可调整它的转速，因此这类电机拥有良好的调速性能。

（2）直流无刷电机

无刷电机是指无电刷和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机，它由电动机主体

和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。早在十九纪，就已经出现了无刷形式的电机，

即交流鼠笼式异步电动机，但是，其有着许多无法克服的缺陷，以至于人们不断地探索更好的

电机技术。直到上世纪中叶，晶体管诞生了，晶体管换向电路代替了传统的电刷与换向器结

构，这种新型无刷电机克服了第一代无刷电机的缺陷。

（3）舵机

舵机是一种“特殊”的直流电机，其构造不仅只有电机部分，而且还自带一个控制器，所

以舵机本身就是一个闭环的控制系统（伺服系统）。当我们给舵机发送指令信号时，它可以将

指令信号变换为输出轴的角度并保持住，即便是负载发生了变化，它也能够进行自动调节。

（4）步进电机

步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序

控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位

置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，不受负载变化的影响。

（5）伺服电机

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的电动机，它搭配上驱动器，形成一个完

整的伺服系统，就能够精准地控制速度、位置等。伺服电机具有线性度高、起动转矩大、运行范围较广、无自转现象等显著特点，遗憾的是，就目前来说，一整套伺服系统的成本是相对较高的。

（6）不同电机的特点对比

3.电机常用名词

为了让大家可以更好地学习电机控制，搭建更健全的电机知识架构，下面我们先学习一

些电机常用名词：

① 转速：电机输出轴的速度，一般单位是 r/min（转每分钟），也常用 RPM 表示。

② 输出扭矩：表示了电机输出轴可以输出力的大小，单位一般为 N·m 或者 kg·cm。

③ 工作电压：电机正常工作的电压。

④ 额定电流：电机正常工作时的电流。

⑤ 堵转电流：电机负载过大，驱动力不足，发生堵转时的电流

4.电机的应用场景

电机的应用场景可以说是遍布在生活中无处不在，只要涉及到可以旋转的场景，百分之 90 以上都会用到电机，工业上的打印机、雕刻机、机床；汽车上的空调、雨刷、电动车门安全气囊的驱动；生活中常见的电动自行车、平衡车、电动滑板车；就连我们每天不离手的手机振动都是有电机振动产生的，以上的例子足以证明电机的广泛市场。

二.FOC算法

1.FOC（field-oriented control）

FOC为磁场定向控制，又称为矢量控制（vectorcontrol），是目前无刷直流电机（BLDC）和永磁同步电机（PMSM）高效控制的最佳选择。FOC 可以精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。目前已在很多应用上逐步替代传统的控制方式，在运动控制行业中备受瞩目。

2.控制方式对比