20块钱就能搞定的FOC无刷电机控制方案！miniFOC
你还在买十几块钱一个的直流有刷电机的驱动模块吗？你还在为有刷电机的高噪声、低响应速度和低寿命而烦恼吗？来看看这个项目吧，一个20块钱就能搞定的FOC无刷电机控制方案！miniFOC内置了力矩闭环控制器，为你提供一个通过3线UART口就能控制的无刷电机控制器。本项目的软件及硬件设计完全遵循AGPL-3.0开源协议。
简介
本开源项目旨在实现一种在国内（中国）就可以以及低成本实现的FOC (Field Oriented Control) 方案，示例电路中选用的元件均为国产芯片。FOC在控制BLDC (Brushless Direct Current)电机上有诸多的好处，主要有如下几点优势：
- FOC则完全没有转速的限制，不论在什么转速下都可以实现精确的控制。
- FOC的换向性能极其优秀，最高转速下正反转切换可以非常顺畅。
- FOC还可以以能量回收的形式进行刹车控制。
- FOC可以实现力矩、速度、位置三个闭环控制。
- FOC驱动器的噪音会比电调小很多，效率也比电调高很多。
但是由于FOC的计算量大、原理复杂，所以需要很高成本的控制器，这也使得FOC在很多场景下都没有得到推广和使用。在经过了半年的研究和迭代之后，本人将FOC涉及大量计算的代码进行了深度优化，也重新根据国内的供应链进行了选型，希望本开源项目能够帮助国内的广大开发者们用上有优秀性能的BLDC电机，为开源社区贡献一份力量。
开源方案对比
| 开源方案 | miniFOC | simpleFOC | ODrive | FpOC |
|---|---|---|---|---|
| 主控制器 | GD32F130G6U6 | ATmega328P | STM32F405RGT6 | FPGA |
| 驱动芯片 | EG2133 | L6234 | DRV8301 | MP6540 |
| 闭环频率 | 30kHz (max) | 830Hz (max) | 8kHz (typical) | 18kHz (typical) |
| 是否有电流环 | 否 | 否 | 是 | 是 |
| 驱动功率 | 90W | 120W | 960W | 90W |
| 成本价格（大约） | 20¥ | 100¥ | 300¥ | 150¥ |
从上表格中可以看出，miniFOC所采用的方案可以实现在低成本下达到较高的性能。同时由于重新根据国内的供应链进行了选型，所以在器件的选择上没有那么局限，提供了很多替代方案。在2021年芯片供应紧缺的情况下能将FOC的成本降至约20元，这也证明了本项目在成本上的优化程度和巨大潜力。
性能参数
- 输入电压范围：5V~18V（你可以根据这里的教程修改电路以适应更高的电压）。
- 最大驱动电流：5A（你可以根据这里的教程修改电路以实现更大的驱动电流）。
- FOC详细参数：无电流环控制，采用SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation)。
- 通信参数：UART串口通信波特率115200，采用中容量数传协议进行数据传输。
- 微控制器参数：Cortex-M3内核，72MHz主频，32KB Flash，4KB SRAM。
功能特性
- 采用空间矢量脉冲宽度调制方法
- 实现无电流传感器力矩控制
- 实现转动速度闭环控制
- 实现转动角度闭环控制
- 实现自动相序检测和相序矫正
项目地址：GitHub - ZhuYanzhen1/miniFOC: 你还在为有刷电机的高噪声、低响应速度和低寿命而烦恼吗？这个项目是一个20块钱就能搞定的FOC无刷电机控制方案！This project is a FOC (Field Oriented Control) BLDC Motor control scheme that can be done for 3$!
