無刷直流 (BLDC) 電機壽命長、采用直流電源且相對經(jīng)濟實惠，因此廣泛應用于硬盤驅(qū)動器、冷卻風扇和 DVD 播放機等電子設備的設計。通常情況下，BLDC 的速度和扭矩由 MCU 使用標量技術控制。

現(xiàn)在一類新型應用正悄然興起，其中以四旋翼無人機最具代表性，這類應用正日益受到業(yè)余愛好者的青睞此外，無人機也正被監(jiān)控等眾多商業(yè)應用納入考量。對這些應用而言，尤其重要的是控制器的動態(tài)響應，以及控制器在低速和無傳感器的情況下平穩(wěn)控制 BLDC 的能力。

對于負載動態(tài)變化的應用來說，標量技術不夠精確。而磁場定向控制 (FOC) 技術能夠大大提高精度，因而廣泛用于驅(qū)動高端工業(yè) AC 設備。通過實施 FOC，BLDC 能夠以合理的成本為無人機和其他高性能應用（例如醫(yī)療機器人、萬向系統(tǒng)和自主駕駛車輛）提供精確控制。

設計這類產(chǎn)品在過去并非易事。其中需要精通 FOC 或直接扭矩控制 (DTC) 等某些其他高級先進的電機控制技術，以及專用軟件開發(fā)系統(tǒng)的操作知識。如果應用對成本敏感，例如可能在執(zhí)法行動中使用的帶監(jiān)控攝像頭的無人機，則設計經(jīng)濟實惠的 BLDC 電機也將面臨挑戰(zhàn)。

用于控制 BLDC 電機的傳統(tǒng)標量技術被稱為六步（梯形）控制。定子以六步過程驅(qū)動，會在產(chǎn)生的扭矩上振蕩。每一對繞組會通電，直到轉(zhuǎn)子到達下一位置，而此時電機將轉(zhuǎn)換到下一步。對于無傳感器的應用，在定子繞組中產(chǎn)生的反電動勢通常用于確定轉(zhuǎn)子的位置。

標量控制的動態(tài)響應無法處理動態(tài)負載快速變化的應用。因此，矢量控制正日益得到廣泛應用，從交流電機驅(qū)動的白色家電（如洗衣機）到以電池供電的產(chǎn)品。

FOC 是矢量控制最常用的方法之一。其工作原理為：管理定子繞組以確保轉(zhuǎn)子的永磁體所產(chǎn)生的磁通正交于定子的磁場。

FOC 最初是為控制三相交流電機而開發(fā)?？紤]到用于小型無人機的 BLDC 電源是電壓為 21 V （五節(jié)鋰聚合物電池）的電池，電子元器件必須包含低壓三相逆變器系統(tǒng)。其他主要的元器件還有電機驅(qū)動器、MCU 以及執(zhí)行 FOC 算法的軟件，其中軟件可能是最重要的。

FOC 處理在直軸 - 交軸 (d-q) 域中完成，該域是一個旋轉(zhuǎn)參照系。直軸和交軸分量是磁鏈狀態(tài)矢量分解的兩個分量，即產(chǎn)生磁通 (d) 和扭矩 (q) 的分量。此關系如圖 1 所示。電機定子繞組內(nèi)的電流處于受控狀態(tài)，以確保轉(zhuǎn)子的永磁體所產(chǎn)生的磁通正交（成 90°）于定子的磁場。除產(chǎn)生精確的電機控制之外，這種方式還能夠提供極其精確的扭矩控制，這才是在 d-q 坐標系中操作的真正優(yōu)勢。