以下文章來源于OpenFPGA，作者碎碎思

在自動駕駛、電動滑板車、無人機(jī)甚至工業(yè)自動化領(lǐng)域，高性能電機(jī)控制是不可或缺的核心技術(shù)。而如果你對硬件有足夠的熱情，你會發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)用 MCU 實(shí)現(xiàn) FOC(Field-Oriented Control，磁場定向控制)也能“搬”到 FPGA 上運(yùn)行，并大大提升實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性。

今天我們介紹一個(gè)硬核開源項(xiàng)目：FPGA-FOC，它使用 Verilog 在 FPGA 上實(shí)現(xiàn)了完整的 FOC 電機(jī)控制系統(tǒng)。

項(xiàng)目簡介

基于 FPGA 的磁場定向控制 (FOC)，用于驅(qū)動永磁同步電機(jī) (PMSM) 或無刷直流電機(jī) (BLDC)

FOC控制算法對傳感器采樣速率和處理器算力提出了一定的要求，使用 FPGA 實(shí)現(xiàn)的 FOC 可以獲得更好的實(shí)時(shí)性，并且更方便進(jìn)行多路擴(kuò)展和多路反饋協(xié)同。

本庫實(shí)現(xiàn)了基于角度傳感器（也就是磁編碼器）的有感 FOC，即一個(gè)完整的電流環(huán)，可以進(jìn)行扭矩控制。借助本庫，你可以進(jìn)一步使用 純FPGA 或 MCU+FPGA 的方式實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的電機(jī)應(yīng)用。

項(xiàng)目名稱：FPGA-FOC

作者：WangXuan95

實(shí)現(xiàn)語言：Verilog

控制目標(biāo)：永磁同步電機(jī)（PMSM）

項(xiàng)目地址：

https://github.com/WangXuan95/FPGA-FOC

什么是 FOC？

磁場定向控制（FOC）是一種現(xiàn)代矢量控制算法，通過將三相電機(jī)電流變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁通的獨(dú)立控制，就像控制直流電機(jī)一樣平滑、精確。

核心流程通常包括：

Clarke 變換（三相 → 兩相 αβ）

Park 變換（靜態(tài) αβ → 動態(tài) dq）

PI 控制（對轉(zhuǎn)矩與磁通分量獨(dú)立調(diào)節(jié)）

逆 Park 和 SVPWM 波形生成

而 FPGA 相比 MCU 在這些高頻率、高并發(fā)的運(yùn)算中具有天然優(yōu)勢。

項(xiàng)目結(jié)構(gòu)簡析

該項(xiàng)目主要分為以下模塊：

從結(jié)構(gòu)上來看，該項(xiàng)目構(gòu)建了一個(gè)模塊化、可獨(dú)立仿真的完整電機(jī)控制架構(gòu)，具備良好的教學(xué)與工程參考價(jià)值。

亮點(diǎn)特性

全流程仿真支持

項(xiàng)目內(nèi)置了多個(gè) testbench，包括對 Park/IPark、SVPWM 及整體系統(tǒng)的測試，初學(xué)者可以非常方便地觀察波形與理解運(yùn)行機(jī)制。

控制器細(xì)節(jié)還原度高

包括 PI 控制器、速度環(huán)、電流環(huán) 等核心部分都有獨(dú)立模塊定義，清晰可讀。

Verilog 寫法規(guī)范

模塊接口統(tǒng)一，信號命名清晰，結(jié)構(gòu)良好，便于移植到不同平臺或用于 SoC 項(xiàng)目集成。

如何上手運(yùn)行？

項(xiàng)目鏈接中有開源的硬件，方便移植使用

https://oshwhub.com/wangxuan/arduino-foc-shield

后續(xù)的工程移植及應(yīng)用，項(xiàng)目鏈接中很詳細(xì)：

總結(jié)

FPGA-FOC 是一個(gè)兼具工程價(jià)值與學(xué)習(xí)意義的開源 Verilog 項(xiàng)目。如果你對電機(jī)控制感興趣，或想親手寫出一個(gè)真實(shí)運(yùn)行的 FPGA 控制系統(tǒng)，不妨從這個(gè)項(xiàng)目開始。