1.电机控制的结构框图

电机控制的结构框图如图1所示。一个电机系统包括四个大部分：被控对象、控制器、执行器、反馈，硬件上分别对应电机、MCU、驱动电路、信号调理电路，这样就构成了一套反馈控制系统

一套电机系统的完成主要包括以下两个方面：硬件电路的搭建以及控制算法的实现。硬件电路组成如图2所示，一套电机系统硬件主要包括：MCU、功率器件（MOSFET/IGBT）、驱动电路、信号调理电路、保护电路。控制理论的组成如图3所示，主要是电机理论与控制算法，其中电机理论的学习让我们知道控制对象的外特性，而控制算法主要实现怎么控制好电机这个被控对象。

下面分别讲一下自己对于硬件电路选型和控制算法的理解。

2.硬件电路器件选型

2.1MCU

MCU就是微控制器，是电机系统实现自动控制的“中枢大脑”，大脑里其中包含了最精华的控制算法的实现。目前控制器大概分四大类：单片机、ARM、DSP、FPGA。

2.1.1 单片机

单片机适用的场合私以为是一些算法简单、成本低廉或者某些专用场合。比如4位的用于钟表之类。以前由于微机课程的原因，对单片机的了解仅仅局限于8051，现在才知道8位的或者16位的单片机依旧市场广泛。以项目中用到的STM8和S12ZVM为例，一个ST公司8位的或者16位的单片机足够满足汽车某一方面的电机控制需求，甚至能够将芯片电源、微控制器、MOSFET预驱动、LIN/CAN/PWM通信集于一身，功能足够满足项目要求。

2.1.2 ARM

ARM目前没用过做主控芯片，只听说过ST公司的STM32F103和F407，对于ARM和DSP的区别我还是认同网上以为DSP培训工程师的说法：ARM接口资源多一些，方便做一些展示型的东西，比如显示屏之类的，如果要做控制，还是DSP专业一些。

2.1.3 DSP

DSP得益于TI公司强大的实力以及各种针对中国的大学计划、培训课程之类，是电机控制器的首要之选。各种例程、教学资源网上都可以找得到，在此不多赘述。

2.1.4FPGA

FPGA并行运算、硬件实现，具有进行大规模矩阵运算的优势。不过根据自己的经验，用FPGA写算法还是比较难做，因为没有那么多的库可以用，写到最后连最基础的功能都需要自己去写，着实难写，不过也可能是自己水平有限，没有找到合适的途径。

对于目前FPGA的发展，我觉得DSP+FPGA是一条不错的道路，DSP做主控芯片，FPGA做协处理器，将FPGA挂在DSP总线上，适合FPGA的运算交给它去处理，然后读回来进行处理。目前XILINX和Intera(Altera)公司好像都在按照这个思路去做。当然还有一些比如SOPC、高级语言编程、MATLAB转化HDL的思路。目前觉得FPGA还是不太适合作为主控芯片，需要看两大公司发展思路。

2.1.5 选型

在进行MCU选型的时候，我觉得主要要考虑以下几个因素：主频、内部资源、成本、实际项目需求等。

主频决定了MCU能够以多快的速度运行，是非常重要的一点；

内部资源要保证功能能够实现；

成本问题也要注意，这是做了横向项目之后才有的感受。以前做纵向，作为学生虽然知道成本问题，但是还是不敏感，花钱难免大手大脚，留的裕量没有5倍也有3倍，总觉得MCU有什么可选的，DSP都可以解决，但是DSP一片28335裸片90块，可能占掉了绝大部分成本要求，属于浪费。

实际项目需求上，选型时要考虑不同器件的特点。比如，DSP属于通用器件，资源多，功能强大。但是这也说明一件事：资源多归多，可是对哪一方面也可能不是最精的，如果需要某一方面还是要去找一些专用芯片，不能上来就是DSP，汽车级芯片还是NXP、Infineon更专业。

2.2 MOSFET

MOSFET主要就两类IGBT和MOSFET，选型网上有很多资料，我觉得最主要的参数就是：耐压、耐受电路、开关频率。

关于IGBT和MOSFET的区别我还是想再敲一遍，加深自己的印象：

IGBT耐压高于MOSFET；MOSFET耐流高于IGBT；IGBT功率大于MOSFET，电压电流都可以，一个缺点就是开关频率不如MOSFET，100KHz就不错了，而MOSFET可以做到上百MHz。

所以一般的选型低压、高速电机、成本低时用MOSFET，高压、大功率用IGBT。

2.3驱动电路

驱动电路的功率我始终记得杭州飞仕得工程师洪磊说的：驱动的核心功能就是隔离+放大+保护。驱动隔离方案主要分三种：光耦/光纤、脉冲变压器、磁耦，如图4所示。目前我使用的主要是脉冲变压器式，主要是SCALE公司的2SD106以及315还有0108系列，好用是好用，就是一块300起，烧一块心疼。驱动电路的设计主要考虑驱动电流和驱动功率能否将功率器件驱动起来，这要看驱动芯片手册和功率器件手册中的Qg、Vgs等关键参数。

2.4 信号调理电路（Signal Conditioning Circuit）

信号调理电路（signal conditioning circuit）是指把敏感元件检测到的各种模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号的电路。其实这是我第一次去注意信号调理的英文名是怎么翻译的，还挺有意思的。数字量输入通道中的信号调理主要包括：消抖、滤波、保护、电平转换、隔离等。

电机伺服控制主要需要两种信号，三相电流和转子位置信号。三相电流需要采用电流传感器或者采样电阻采采集，然后通过调理电路将输出至AD的信号调理成0-3.3V(DSP和FPGA的电平）或者0-5V（部分单片机的要求）进行处理。转子位置信号可以计算出转子位置和电机转速，一般通过对电机编码器信号处理得到。常用的光电码盘得到的是ABZ信号或者他们的差分，属于TTL电平信号，直接可以输给DSP或者差分转单端电路处理。如果是旋转变压器、正余弦编码器则需要一块转接板来将信号在处理时转化，转成TTL电平。转接板价值不菲，便宜的1000左右，贵的5000-10000左右。

2.5保护电路

强电侧的保护电路：过压、过流、短路、故障。

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