Feldorientierte Regelung (FOC) erklärt
Was ist feldorientierte Regelung?
Feldorientierte Regelung (Field Oriented Control, FOC), auch Vektorregelung genannt, ist der grundlegende Drehmoment-Regelalgorithmus für bürstenlose Servoantriebe. FOC transformiert die dreiphasigen Motorströme in ein rotierendes Bezugssystem, das am Magnetfeld des Rotors ausgerichtet ist. Dadurch lassen sich die drehmomentbildende und die feldbildende Stromkomponente unabhängig voneinander regeln.
Warum ist das wichtig?
Ohne FOC ist es extrem schwierig, einen PMSM- oder BLDC-Motor über alle Drehzahlen und Lastbedingungen hinweg effizient zu betreiben. FOC ermöglicht:
- Maximales Drehmoment pro Ampere — der Motor erzeugt die größte Kraft bei geringstem Strom, was thermische Verluste reduziert
- Laufruhiger Betrieb bei niedrigen Drehzahlen — entscheidend für Robotik, Cobots und Präzisionspositionierung
- Dynamische Drehmomentantwort — essenziell bei schnell wechselnden Lastbedingungen
- Gleichbleibende Performance über den gesamten Drehzahlbereich
Wie funktioniert es?
Ein PMSM-Motor hat drei Phasenwicklungen (U, V, W), die sinusförmige Ströme führen. Diese drei zeitveränderlichen Signale direkt zu regeln, ist komplex. FOC vereinfacht dies durch zwei mathematische Transformationen:
- Clarke-Transformation — wandelt die dreiphasigen Ströme (U, V, W) in ein zweiachsiges Standkoordinatensystem (α, β) um
- Park-Transformation — dreht das Standkoordinatensystem in ein mit dem Rotor mitrotierendes Bezugssystem und liefert zwei quasi-Gleichstromwerte:
- Id (Direktstrom) — steuert die magnetische Feldstärke (im Normalbetrieb auf null gehalten)
- Iq (Querstrom) — direkt proportional zum Drehmoment
Da Id und Iq im stationären Betrieb praktisch Gleichstromwerte sind, können sie mit einfachen, schnellen Reglern beherrscht werden. Die Ausgangsspannungen werden anschließend über inverse Transformationen zurück in dreiphasige PWM-Signale umgewandelt.
Dieser Ansatz erfordert die Echtzeit-Kenntnis der Rotorposition — deshalb ist Encoder- oder Sensor-Feedback für FOC unerlässlich.
Wie setzt SOMANET das um?
SOMANET Servoantriebe nutzen FOC als Kern ihrer Stromregelarchitektur, erweitert um Model Predictive Deadbeat Control (MPD+I) für den inneren Regelkreis. Der Drehmoment-Regelkreis läuft mit 16 kHz und sichert so die notwendige Bandbreite auch für anspruchsvollste Anwendungen.
OBLAC Drives übernimmt die FOC-Inbetriebnahme automatisch: Kommutierungsoffset-Erkennung, Encoder-Konfiguration und Stromregler-Setup erfolgen im geführten Setup-Wizard.
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