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如今，不断上升的电力成本正在驱使更多的家用电器采用节能设计，可变速工作方式即是适应这种发展趋势的一种技术，业内权威人士认为，这种技术可以节省洗衣机消耗电量的30％，但要真正实现这种工作方式，需要全新的运动控制开发平台，以确保产品设计工程师更快速和更经济地配置各种可变速驱动工作方式。
传统的固定速度家用电器一般使用电感电机，这种固定速度的电机驱动模式比较容易实现。但随着能源问题越来越大突出，家用电器的节能要求也越来越高，再加上如钢材、铜材等不断攀升的原材料成本，正在促使传统的电感电机模式向可变速、永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Motors，PMSM)过渡，这种趋势在家用洗衣机、空调机、电风扇以及加热泵(Heating Pumps)等各式各样电器设备中都有所体现。一般情况下，与传统的电感电机相比，永磁同步电机在同样的电流下可以实现更大的力矩，因此用一个较小的永磁同步电机即可以完成一个较大的电感电机的工作。
但对于永磁同步电机而言，要想在家用电器中得到较好地应用，并非没有任何挑战，一个比较突出的问题是相对较为复杂的控制架构，需要确定转子的位置信息。霍尔效应(Hall Effect)传感器可以完成传递转子位置信息的任务，但此类传感器组装和实现增加了系统成本，并且也使系统潜在故障因素增加。目前比较流行、也是比较现实的方式是通过无传感器电机控制算法，通过测量电机的绕组电流来得到转子的位置信息。
根据在反相器直流链路(DC link)(图1)中测定的电流可以准确地推算出电机中的绕组电流，这样一来就可以去除motor phases中直接测定电流所需要的信号隔离电路。这种方法的依据是，在每一个脉冲宽度调制(PWM)周期中，当流经DC总线的电流满足一个马达绕组时，存在有两个反相器开关态(switching states)，因此可以通过在一个脉冲宽度调制周期取样DC link电流两次，可以测定马达相电流中的两个，然后再通过两个测定的电流来计算得出第三个相电流，三个电流的总和应该为零。
依据所需要的转子速度和测定的DClink电流，可以通过数字控制算法产生所需要的PMSM控制信号，如图2所示。利用该算法，从绕组电流和电压计算得出后端(back EMF)，然后再推导出转子的位置信息。利用PMSM电路的两相等效模型有助于简化角度的估算，因此需要利用Clarke变换公式(ClarkeTransformationFunction)将三个推算出来的电流大小转化成两相等效模型大小，两相绕组电压即是空间矢量(Space-Vector)PWM计时器(timer)的输入电压，该电压直接控制加到马达上的电压大小，利用两相等效电路模型公式计算得出rotor slnusoldal flux functions，转子角度PLL也可以保证估算出转子本身的角度和速度。
上述得到的相电流和转子本身角度的估算公式，结合于现场定位控制算法(Field Oriented Control，FOC)，最终来控制马达的力矩，现场定位控制算法(FOC)的一个特性是将矢量转动将交流绕组电流分解为两个直流分量，分别是代表力矩的ID和代表磁通量的ID，这样的方式最终通过使电流环路调谐独立于速度之外，简化了控制器设计，速度环路则变成一个外部环路，其中得来的速度误差用来为IQ计算力矩参考指令，加速度和马达电流则依据算法中的RAMP和LIMIT功能设置受限于一定的范围内，如图2所示。
在所示算法中，还有另外一些功能可以实现，如field weakening function扩展了马达速度范围，IPM功能则使马达效率更加优化。一个内在永磁马达(Interior Permanent Manet，IPM)产生一个额外的力矩分量，这些没有在表面永磁马达(Surface Permanent Magnet，SPM)中出现，内在永磁马达IPM作用是用来调整相位超前，以便根据由转子位置改变导致的电感变化使单位安培的电流得到最大的力矩输出。
在低速运转时，控制环路将会使输出的力矩达到最大，这种模式在洗衣机中很常见。但值得注意的是，当绕组中的电压接近总线电压时，反相器此时不再使更多电流流入马达，FOC算法能够控制ID电流分量来抵消由磁体导致的磁通量分量，因此对于任何速度FOC算法都能够降低后端EMF，从而使马达的工作速度得到扩展。field weakening function通过计算最佳ID电流参考值，从而最大限度利用反相器电压。
但在数字信号处理器(DSP)和RISC微处理器中实施上述算法从软件开发的角度并非易事，从性能方面看，一般来说，DSP和RISC微处理器指令读取(instruction fetch)和执行周期相对较慢，这些限制了指令执行速度，其结果是限制动态力矩控制效果。在目前市场最新式的洗衣机中，洗衣周期的确定需要考虑最大限度的节约用水量，而实现这些需要准确的速度控制和快速的动态力矩响应，根据衣物的重量来决定洗衣的运转速度。从另一方面分析，把运动控制功能交由硬件实现，有效地设置一个运动控制引擎，可以是指令执行速度加快2．5倍，但无论在何种条件下，一些特定应用的目标参数和马达指标如绕组阻抗和感抗等等必须在设计实施时统筹考虑，如果设计工程师没有准确了解系统特性，可能就需要在控制器设置点、控制环路增益以及其他参数设置过程中，花费很多时间去重新编译程序和修改设计等等。这里介绍一种工作量的方法，把完成特定应用层面功能的微控制器与无传感器马达控制算法主控制器紧密耦合联结在一起考虑，国际整流器公司(International Rectifier，IR)已经在iMOTION平台上采用了这种技术，通过把一个805lMCU与一个运动控制引擎IP和主要的模拟功能整合在一起，可以帮助设计工程师更容易地实现性能优化的控制器设计，如图3所示。其中采用一个MCU和运动控制引擎共用的存储器架构，可以对一些目标参数如运转速度等等进行设定，也可以通过应用软件把一些新的参数值写入。
由于基于8051的应用处理器已经为市场长期接受，人们对于其应用技术也有相当深入的了解，因此设计工程师可以通过合适的配置工具，很容易地读取和改变其他存储于共享存储器中的控制参数和其他系统指标，如果这些配置工具能够依据提供的马达和系统筹措计算出所需要的数字控制参数，设计工程师甚至可以在一些最初没有完全设置好的系统中很快地完成微调工作，极大地加快了产品的面市时间，降低工作复杂度。
传统的固定速度家用电器一般使用电感电机，这种固定速度的电机驱动模式比较容易实现。但随着能源问题越来越大突出，家用电器的节能要求也越来越高，再加上如钢材、铜材等不断攀升的原材料成本，正在促使传统的电感电机模式向可变速、永磁同步电机(Permanent-Magnet Synchronous Motors，PMSM)过渡，这种趋势在家用洗衣机、空调机、电风扇以及加热泵(Heating Pumps)等各式各样电器设备中都有所体现。一般情况下，与传统的电感电机相比，永磁同步电机在同样的电流下可以实现更大的力矩，因此用一个较小的永磁同步电机即可以完成一个较大的电感电机的工作。
但对于永磁同步电机而言，要想在家用电器中得到较好地应用，并非没有任何挑战，一个比较突出的问题是相对较为复杂的控制架构，需要确定转子的位置信息。霍尔效应(Hall Effect)传感器可以完成传递转子位置信息的任务，但此类传感器组装和实现增加了系统成本，并且也使系统潜在故障因素增加。目前比较流行、也是比较现实的方式是通过无传感器电机控制算法，通过测量电机的绕组电流来得到转子的位置信息。
根据在反相器直流链路(DC link)(图1)中测定的电流可以准确地推算出电机中的绕组电流，这样一来就可以去除motor phases中直接测定电流所需要的信号隔离电路。这种方法的依据是，在每一个脉冲宽度调制(PWM)周期中，当流经DC总线的电流满足一个马达绕组时，存在有两个反相器开关态(switching states)，因此可以通过在一个脉冲宽度调制周期取样DC link电流两次，可以测定马达相电流中的两个，然后再通过两个测定的电流来计算得出第三个相电流，三个电流的总和应该为零。
依据所需要的转子速度和测定的DClink电流，可以通过数字控制算法产生所需要的PMSM控制信号，如图2所示。利用该算法，从绕组电流和电压计算得出后端(back EMF)，然后再推导出转子的位置信息。利用PMSM电路的两相等效模型有助于简化角度的估算，因此需要利用Clarke变换公式(ClarkeTransformationFunction)将三个推算出来的电流大小转化成两相等效模型大小，两相绕组电压即是空间矢量(Space-Vector)PWM计时器(timer)的输入电压，该电压直接控制加到马达上的电压大小，利用两相等效电路模型公式计算得出rotor slnusoldal flux functions，转子角度PLL也可以保证估算出转子本身的角度和速度。
上述得到的相电流和转子本身角度的估算公式，结合于现场定位控制算法(Field Oriented Control，FOC)，最终来控制马达的力矩，现场定位控制算法(FOC)的一个特性是将矢量转动将交流绕组电流分解为两个直流分量，分别是代表力矩的ID和代表磁通量的ID，这样的方式最终通过使电流环路调谐独立于速度之外，简化了控制器设计，速度环路则变成一个外部环路，其中得来的速度误差用来为IQ计算力矩参考指令，加速度和马达电流则依据算法中的RAMP和LIMIT功能设置受限于一定的范围内，如图2所示。
在所示算法中，还有另外一些功能可以实现，如field weakening function扩展了马达速度范围，IPM功能则使马达效率更加优化。一个内在永磁马达(Interior Permanent Manet，IPM)产生一个额外的力矩分量，这些没有在表面永磁马达(Surface Permanent Magnet，SPM)中出现，内在永磁马达IPM作用是用来调整相位超前，以便根据由转子位置改变导致的电感变化使单位安培的电流得到最大的力矩输出。
在低速运转时，控制环路将会使输出的力矩达到最大，这种模式在洗衣机中很常见。但值得注意的是，当绕组中的电压接近总线电压时，反相器此时不再使更多电流流入马达，FOC算法能够控制ID电流分量来抵消由磁体导致的磁通量分量，因此对于任何速度FOC算法都能够降低后端EMF，从而使马达的工作速度得到扩展。field weakening function通过计算最佳ID电流参考值，从而最大限度利用反相器电压。
但在数字信号处理器(DSP)和RISC微处理器中实施上述算法从软件开发的角度并非易事，从性能方面看，一般来说，DSP和RISC微处理器指令读取(instruction fetch)和执行周期相对较慢，这些限制了指令执行速度，其结果是限制动态力矩控制效果。在目前市场最新式的洗衣机中，洗衣周期的确定需要考虑最大限度的节约用水量，而实现这些需要准确的速度控制和快速的动态力矩响应，根据衣物的重量来决定洗衣的运转速度。从另一方面分析，把运动控制功能交由硬件实现，有效地设置一个运动控制引擎，可以是指令执行速度加快2．5倍，但无论在何种条件下，一些特定应用的目标参数和马达指标如绕组阻抗和感抗等等必须在设计实施时统筹考虑，如果设计工程师没有准确了解系统特性，可能就需要在控制器设置点、控制环路增益以及其他参数设置过程中，花费很多时间去重新编译程序和修改设计等等。这里介绍一种工作量的方法，把完成特定应用层面功能的微控制器与无传感器马达控制算法主控制器紧密耦合联结在一起考虑，国际整流器公司(International Rectifier，IR)已经在iMOTION平台上采用了这种技术，通过把一个805lMCU与一个运动控制引擎IP和主要的模拟功能整合在一起，可以帮助设计工程师更容易地实现性能优化的控制器设计，如图3所示。其中采用一个MCU和运动控制引擎共用的存储器架构，可以对一些目标参数如运转速度等等进行设定，也可以通过应用软件把一些新的参数值写入。
由于基于8051的应用处理器已经为市场长期接受，人们对于其应用技术也有相当深入的了解，因此设计工程师可以通过合适的配置工具，很容易地读取和改变其他存储于共享存储器中的控制参数和其他系统指标，如果这些配置工具能够依据提供的马达和系统筹措计算出所需要的数字控制参数，设计工程师甚至可以在一些最初没有完全设置好的系统中很快地完成微调工作，极大地加快了产品的面市时间，降低工作复杂度。