Comprendre le FOC (Field-Oriented Control) dans les contrôleurs BLDC

Introduction : L'importance des algorithmes de contrôle dans les entraînements électriques

Avec l'évolution de la mobilité électrique, les utilisateurs attendent des moteurs non seulement puissants, mais aussi souples, silencieux et économes en énergie.

C'est ici que FOC - Field-Oriented Control (contrôle orienté sur le terrain) - devient une technologie déterminante.

En termes simples, le FOC permet au contrôleur de piloter un Moteur BLDC (Brushless DC) comme un instrument accordé avec précision, Le système de contrôle de la qualité permet d'ajuster le couple et la vitesse en temps réel.

Pour les vélos, scooters et motos électriques, cela signifie une réponse instantanée, une accélération plus souple, une efficacité accrue et un bruit réduit.

Au JRAHK, notre Contrôleurs FOC sinusoïdaux à trois modes de la série Gold sont construits autour de ce concept de contrôle avancé, apportant des performances de premier ordre à la prochaine génération de véhicules électriques personnels et industriels.

L'évolution de l'onde carrée au FOC

Les contrôleurs de moteurs BLDC traditionnels utilisés onde carrée (ou trapézoïdale) Commutation - méthode simple qui fait passer le courant d'une phase du moteur à l'autre tous les 60 degrés.

Bien qu'elle soit efficace, elle comporte des limites :

• Bruit audible du moteur
• Une utilisation moins efficace de l'énergie
• Ondulation du couple à faible vitesse

Pour résoudre ces problèmes, les ingénieurs ont mis au point onde sinusoïdale commande - pilotage du moteur avec des formes d'ondes de courant sinusoïdales.

Cela a déjà permis de faciliter les opérations.

Mais l'OFC est allé plus loin :

Au lieu de contrôler chaque phase indépendamment, il transforme la commande du moteur en un cadre de référence rotatif, L'alignement dynamique des champs magnétiques pour couple maximal et perte minimale.

En d'autres termes, l'OFC ne se contente pas d'injecter du courant dans le moteur, il “réfléchit” à ce qui se passe dans le moteur. où pour le pousser.

Le principe du contrôle sur le terrain

Pour comprendre le FOC, imaginez qu'un moteur BLDC possède deux champs magnétiques :

• Le champ du rotor (créé par les aimants permanents)
• Le champ statorique (créée par le courant dans les enroulements du moteur)

L'objectif est de conserver ces deux champs perpendiculaires (à 90° l'un de l'autre) à tout moment, ce qui permet d'obtenir le couple le plus élevé pour la puissance électrique la plus faible.

La transformation des coordonnées d-q

Au lieu de penser en trois phases motrices (A, B, C), FOC les convertit mathématiquement en deux composantes virtuelles :

• Axe d (axe direct) - s'aligne sur le champ magnétique du rotor
• Axe q (axe de quadrature) - perpendiculaire au champ du rotor

Le contrôleur alors :

1. Mesure ou estime la position du rotor (à l'aide de capteurs à effet Hall ou de la force électromotrice inverse).
2. Convertit les courants triphasés dans le cadre d-q (à l'aide de Transformations de Clarke et Park).
3. Régule séparément le courant de l'axe d (flux magnétique) et le courant de l'axe q (couple).
4. Les convertit à nouveau en signaux triphasés et les applique aux MOSFET par le biais d'une modulation de largeur d'impulsion.

Cela permet contrôle vectoriel - un contrôle du couple linéaire, rapide et efficace.

FOC en action : Exemple concret de JRAHK

Prenons l'exemple de la Contrôleur FOC sinusoïdal à trois modes de la série Gold de JRAHK à titre d'exemple.

Lorsque vous tournez l'accélérateur ou commencez à pédaler :

• Le contrôleur calcule instantanément la position et la vitesse du rotor.
• Les algorithmes FOC déterminent les valeurs idéales du courant d-q.
• Les MOSFET sont commutés par des signaux PWM à haute fréquence pour façonner la forme d'onde du courant.
• Résultat : un couple souple, un fonctionnement silencieux et une utilisation efficace de la batterie.

Même lors d'une accélération rapide ou d'une charge importante (montée d'une colline ou transport d'un chargement), le moteur est stable et prévisible, car la boucle FOC optimise le couple et le flux magnétiques en temps réel.

Exigences matérielles pour l'OFC

La mise en œuvre du FOC nécessite une précision de calcul et un retour d'information du capteur supérieurs à ceux d'un système à ondes carrées.

C'est pourquoi les contrôleurs FOC avancés comme ceux de JRAHK utilisent une combinaison de.. :

Cette intégration de la détection, du calcul et de l'électronique de puissance est ce qui rend un contrôleur FOC beaucoup plus “intelligent” qu'un simple pilote à onde carrée.

Avantages du contrôle des flux de trésorerie

Le contrôle orienté terrain apporte des améliorations mesurables en termes de performance, de confort et d'efficacité :

Lors de tests menés sur de multiples applications de véhicules électriques, le FOC a démontré 5-15% rendement global plus élevé par rapport à la commande standard à six étapes, en particulier dans des conditions de charge variable.

FOC avec ou sans capteur

Les contrôleurs FOC de JRAHK prennent en charge les deux modes de contrôle :

FOC avec capteur

Utilise des capteurs à effet Hall ou des encodeurs pour déterminer la position du rotor.

• Avantages : Excellent démarrage à basse vitesse et couple en côte.
• Idéal pour : Vélos cargo, motos électriques, applications industrielles.

FOC sans capteur

Estimation de la position à partir de la rétroaction du champ électromagnétique et du courant.

• Avantages : Moins de fils, coût moins élevé, plus durable (pas de défaillance des capteurs).
• Idéal pour : Les scooters partagés, les vélos électriques à vitesse moyenne et les systèmes étanches.

Détection automatique bimode

De nombreux modèles JRAHK présentent les caractéristiques suivantes détection automatique - le contrôleur identifie la présence de capteurs et passe à l'algorithme correct, ce qui garantit une polyvalence prête à l'emploi.

Comparaison entre l'OFC et les contrôleurs conventionnels

En combinant matériel sinusoïdal avec Algorithmes FOC, JRAHK permet d'obtenir à la fois douceur et efficacité, sans compromettre la fiabilité.

Points forts de la conception des contrôleurs JRAHK FOC

JRAHK's Série or à trois modes montre à quoi ressemble une plateforme avancée de contrôle de l'accès à l'information :

• Gamme de puissance : 250 W - 5000 W
• Options de tension : 36 V - 84 V
• Variantes du tube MOS : 6 / 9 / 12 / 15 / 18 / 24
• Traitement actuel : Jusqu'à 80 A en continu
• Modes de contrôle : Onde sinusoïdale, FOC, onde carrée
• Protocoles : Interface UART pour la communication avec l'écran
• Protection : Surtension, surintensité, surchauffe, inversion de polarité

Chaque modèle est construit dans un boîtier en aluminium haute résistance pour une dissipation efficace de la chaleur, garantissant un fonctionnement fiable dans des conditions de charge élevée et de service continu.

Applications des contrôleurs FOC

En raison de leur couple régulier et de leur haute précision, les contrôleurs FOC sont largement utilisés dans.. :

• Vélos électriques et vélos-cargos haut de gamme - pour une sensation de pédalage silencieuse et naturelle
• Scooters électriques - Accélération en douceur et freinage par récupération
• Motos électriques - couple élevé et forte accélération
• Robotique et AGV - contrôle précis des mouvements et faible niveau de bruit
• Entraînements industriels - un fonctionnement continu efficace

Dans tous les cas, les avantages se traduisent directement par une plus longue durée de vie de la batterie, fonctionnement du refroidisseur, et un meilleur confort pour le pilote.

Perspectives d'avenir : Vers des systèmes de contrôle d'accès intelligents

À mesure que les technologies de l'IoT et de l'IA continuent d'évoluer, la prochaine génération de contrôleurs FOC s'intégrera :

• Algorithmes d'apprentissage adaptatif pour les boucles de contrôle à réglage automatique
• Connectivité dans le nuage pour le contrôle des performances
• Diagnostic prédictif pour la santé du moteur et de la batterie
• Communication CAN et BLE pour l'intégration des véhicules intelligents

La feuille de route de JRAHK en matière de R&D est déjà alignée sur ces tendances. Contrôleurs BLDC intelligents qui regroupent la gestion intelligente de l'énergie et la connectivité des données en une seule plateforme transparente.

Conclusion

La commande orientée champ est à la pointe de la technologie des moteurs sans balais.

En alignant continuellement les champs magnétiques à l'intérieur du moteur, le FOC obtient un équilibre parfait entre puissance, efficacité et souplesse.

Pour les fabricants comme pour les conducteurs, cela signifie :

• Des véhicules plus silencieux
• Une réponse plus rapide
• Portée plus longue
• Une gestion plus intelligente de l'énergie

Au JRAHK, Notre mission est de rendre ces avantages accessibles à l'ensemble de la mobilité électrique, des vélos électriques légers aux motos à hautes performances.

Grâce à des années de R&D dans le domaine de la commande intelligente des moteurs, notre Contrôleurs sinusoïdaux FOC ne sont pas de simples composants - ils constituent la base d'un avenir plus fluide et plus efficace pour le transport électrique.