最新のモータ駆動システムでは、アプリケーションの要件とコストを考慮して、一般的な制御方法として主に、センサ付きフィールドオリエンテッド制御（FOC）、センサレスFOC、スカラV/f制御、台形波6ステップ制御（BLDC）が採用されています。これら4つの方式は、制御原理、パラメータ調整プロセス、効率、電流/トルクリップル、適用シナリオの点で大きく異なります。以下の表は、これら4つの制御方式を体系的に比較し、それぞれの特徴を素早く理解して選択できるようにしたものです。
| 比較項目 | FOC （センサ付き） |
FOC （センサレス） |
V/f制御 （SVM） |
台形波6ステップ 制御（BLDC） |
|---|---|---|---|---|
| 制御 原理 |
三相電流をサンプリングし、クラーク 変換→パーク変換→iqとidのPI制御 →逆パーク変換→SVM→PWM制御 を実行。ローターの 磁界の位置は、エン コーダまたはホール センサからの位置 情報のフィード バックにより制御 |
センサ付きFOC と同様の構造で あるが、ロータ ーの位置と速度 は推定アルゴリ ズム（PLLやス ライディングモードオブザーバ（SMO）など）によって推測 |
一定の電圧周波 数比（V/f）に基 づいて基準電圧 を生成し、SVM によってPWM信 号を生成 |
転流位置の検出にホールセンサを使用し、6ステップ 転流ロジックが複 雑な変換なしで、 三相ブリッジを直 接駆動 |
| 効率 | 優れた性能。ベクトル非干渉制御とSVM の組み合わせにより、電圧利用率を 最適化し、低損失 と高効率を実現。 高性能アプリケー ションに適する |
センサ付きFOC よりわずかに低い。オブザーバ は推定誤差を導 入するため、低 速での性能は若干劣るが、全体的に高効率 |
中程度。SVMは 効率向上のため に使用（従来の 正弦波PWM （SPWM）よりも 高効率） |
最も低い。転流方 式が粗く、電流波 形が矩形であるため、高調波が多く、低効率 |
| パラメータ調整プロセス | ・エンコーダの ゼロ位置の調整 ・PI制御ループの パラメータ調整 （磁束連動制御 の場合はid、トルク 制御の場合はiq） ・磁束弱め領域で 使用する場合は、磁束弱め制御設定の追加調整を行う |
・初期推定パラ メータの校正 （速度推定パラ メータの帯域幅 など） ・PI制御ループ の調整 ・推定パラメー タの最適化（ゲ イン、フィルタ 時定数など） |
・V/f制御カーブ の設定（リニア またはセグメン ト制御） ・SVM変調イン デックスの調整 による変調効率 の向上と高調波 の抑制 |
・転流遅延時間の 設定 ・クローズドルー プ制御を追加した 場合の速度調整PI 制御 ・ホールセンサの 転流位相角とロジ ック遅延の調整 |
| 電流/トルクリップル | リップルは最小。滑らかで連続した電流 で、トルク変動は ほとんどなく、低速 時も高速時も優れた 性能を発揮 |
電流/トルクの リップルはセン サ付きFOCより わずかに高い。 速度や負荷が変 化すると誤差は 大幅に増加 |
リップルは中程 度。SVMにはベ クトル非干渉制 御を行わない が、電圧波形の 歪みを減らすこと ができ、リップル 制御は台形波制御 よりも優れている |
リップルは最大。 転流中の急激な電 流変化は、明らか なトルク変動（6 ステップの変動） を引き起こします |
| 適用可能なシナリオ | 高性能PMSM制御、 高精度トルクと速度 制御、および大負荷 対応サーボシステム |
外部センサを減 らしながら高性 能を必要とする シナリオ（コス ト/センサに制 約のある環境） |
シンプルな構造で、 デバッグが容易で、中程度の効率を持つ低価格の非同期モータシステム |
最も低価格でシン プルな制御ロジッ クであり、ファン や電動工具など、 トルクの滑らかさ があまり要求されないアプリケーション向き |
注記
- SVM（空間ベクトル変調）： 数学の三相空間ベクトルの概念を用いて駆動信号を生成する改良型PWM変調方式です。従来の正弦波PWM（SPWM）よりも直流電圧利用率が向上しています。
- SMO（スライディングモードオブザーバ）：状態推定アルゴリズムの一種で、センサレスベクトル制御（センサレスFOC）においてローターの位置と速度を推定するために一般的に用いられます。
- PLL（位相同期回路）：通信技術における一般的な用途（ここでは 「搬送波の位相同期」）とは異なり、センサレスFOCでは、ローター磁束の位相を追従させることで、ローターの位置と速度を検出するために使用されます。
要約
要約すると、センサ付きFOCは性能とトルクの滑らかさの点で最も優れており、高性能なPMSM制御シナリオに適しています。センサレスFOCはシステムコストを削減しながら高性能を維持します。V/f制御はシンプルな構造を持つ低コストの非同期モータシステムに適用できます。台形波6ステップ制御は実装が簡単でコストが最も低いため、トルクの滑らかさに対する要件が低いアプリケーション（ファンや電動工具など）に適しています。この表の比較を通じて、特定のプロジェクトにおけるさまざまな制御戦略の利点と限界をより明確に評価できます。
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関連アプリケーションノート
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FOCに関する他の資料
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