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

今天我們介紹一個硬核開源項目：FPGA-FOC，它使用 Verilog 在 FPGA 上實現(xiàn)了完整的 FOC 電機控制系統(tǒng)。

項目簡介

基于 FPGA 的磁場定向控制 (FOC)，用于驅動永磁同步電機 (PMSM) 或無刷直流電機 (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 實現(xiàn)的 FOC 可以獲得更好的實時性，并且更方便進行多路擴展和多路反饋協(xié)同。

本庫實現(xiàn)了基于角度傳感器（也就是磁編碼器）的有感 FOC，即一個完整的電流環(huán)，可以進行扭矩控制。借助本庫，你可以進一步使用 純FPGA 或 MCU+FPGA 的方式實現(xiàn)更復雜的電機應用。

• 項目名稱：FPGA-FOC
• 作者：WangXuan95
• 實現(xiàn)語言：Verilog
• 控制目標：永磁同步電機（PMSM）

項目地址：

? 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，通過將三相電機電流變換到旋轉坐標系，實現(xiàn)對電機轉矩和磁通的獨立控制，就像控制直流電機一樣平滑、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（對轉矩與磁通分量獨立調節(jié)）

逆 Park 和 SVPWM 波形生成

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

項目結構簡析

該項目主要分為以下模塊：

從結構上來看，該項目構建了一個模塊化、可獨立仿真的完整電機控制架構，具備良好的教學與工程參考價值。

亮點特性

? 全流程仿真支持

項目內置了多個 testbench，包括對 Park/IPark、SVPWM 及整體系統(tǒng)的測試，初學者可以非常方便地觀察波形與理解運行機制。

? 控制器細節(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，結構良好，便于移植到不同平臺或用于 SoC 項目集成。

如何上手運行？

項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)的工程移植及應用，項目鏈接中很詳細：

總結

FPGA-FOC 是一個兼具工程價值與學習意義的開源 Verilog 項目。如果你對電機控制感興趣，或想親手寫出一個真實運行的 FPGA 控制系統(tǒng)，不妨從這個項目開始。