FOC技术优于基于霍尔传感器的无刷直流电机的标准梯形波换相技术，同时可以通过更为复杂而先进的正弦波换相技术为电机提供更为宽泛的速度范围。对于感应电机而言，FOC技术是对标准变频驱动技术的一种重大改进。FOC技术与磁通矢量控制技术十分接近，后者可以控制廉价的三相交流感应电机，使其获得类似于昂贵的无刷直流电机的性能，其实，许多供应商都在交替采用这两种方法。
与其他类型的伺服电机相比，比如仍旧应用于不少重要领域的有刷直流电机，无刷直流电机和交流感应电机可以提供更高的功率密度和可靠性，而且交流感应电机也更为便宜。为充分发挥这些优势，运动控制设计人员都在采用由数字信号处理器（Digital Signal Processors，简称DSP）或专用微处理器构成的高速算法平台，力图改善性能，增进效率。
在无刷直流电机应用中，更高的性能就意味着更加平稳的运动和更为宽泛的运行速度。应用于交流感应电机时，其潜在优势则可能具有更为深远的意义，与简单的全开全关控制相比，FOC技术可以使电机的运行效率更高，发热更少，因而电机本身也可以更小，FOC技术还可以支持反向旋转等特性，从而不再需要制动器和离合器等。考虑到美国全部能耗的60％到65％都在用于驱动电机，这无疑将促进市场对于更高能效的需求。
磁吸力
从如何产生力矩的视角出发，对于大多数电机而言，简洁的磁棒就是一种很好的工作模型，作为电机转子模型的磁棒围绕自身中心旋转，并与安装于定子的固定线圈所产生的磁场相互作用。无刷直流电机的转子磁场由直接安装在转子上的永磁体产生，交流感应电机的转子磁场则由定子旋转磁场的感应作用产生（这也正是感应电机的名称由来），与无刷直流电机有所不同，该磁场的方向变化取决于多种因素，包括定子的励磁频率和电流，转子转速以及电机的负载力矩等。
直流无刷电机的定子线圈通常采用三相结构，与可采用FOC技术的交流感应电机的绕组形式相同。单相感应电机是大多数空调机、电冰箱、洗衣机和干燥机等家用电器的动力源，因其定子线圈无法分开控制，所以还不能采用这种最高级别的矢量控制技术。
在任何情况下，定子的三相绕组都以120度电角度均匀排列，三相绕组所产生的合力最终促成电机的有效旋转。随着各相线圈的励磁相位不同，其相互作用的结果既可以产生无法形成旋转力矩的磁力作用，也可以产生能够形成旋转运动的磁力作用。这两种不同类型的磁力作用通常被分别称作交轴分量（Q）和直轴分量（D），可产生有效力矩的交轴分量（请勿混同于位置反馈装置的正交编码方案）的运行方向垂直于转子磁极轴线，不产生力矩的直轴分量的运行方向则平行于转子磁极轴线。这种矢量关系如图1所示。
形成旋转运动的诀窍在于使Q轴分量最大化的同时使D轴分量最小化。对于无刷直流电机而言，做到这一点很容易，至少在概念上如此，毕竟无刷直流电机具有直接安装于转子的永磁体，这样一来，如果通过霍尔传感器或者位置编码器检测出转子角度，就可以知道转子磁场的方向。如果试图采用无传感器控制技术进行速度和力矩控制，则会出现更多令人感兴趣的方法，由于不存在转子位置的直接机械检测，因此必须通过三相绕组的反电势波形推算转子角度，尽管并不容易，这种反电势控制方法如今已用得相当普遍。不过必须记住：反电势需要电机旋转起来才会产生，所以该技术并不适用于有时必须锁定于某一固定位置的定位控制领域。
对于交流感应电机而言，也可以采用类似方法。由于额外需要维持一定幅度的感应磁通，所以D轴分量不能取为零，而是代之以一个与电机特性有关的小常量。此外，以霍尔传感器或者编码器检测转子位置也不足以确定转子的磁场角度，因为即便如此也无法告诉我们转子感生磁场的确切角度，毕竟该磁场由感应而来，且总是在变化。
转子位置与转子磁场角度间的这种差异被称为滑差角。作用于电机的实际力矩越大，滑差也越大，电机输出的补偿力矩也越大。该平衡关系有些类似于液压传动装置：发动机与车轮间的转速差越大，传动装置所产生的扭矩也越大。这就意味着电机的旋转速度会低于定子的驱动频率。
对于交流感应电机的各种常规应用而言，滑差引起的速度跌落往往不成问题。不过，对于定位应用或者使电机运行于最高效率时，滑差必须精确控制。有一些方法可以实现该目的，只是都需要检测或者估计转子的感生电磁场。需再次指出的是采用反电势技术就是达成该目标的一种常用方法；另一种流行方法被称为磁通矢量控制，即通过检测转子的机械角度，以求利用算法对电机的多种特征进行估计从而导出转子磁场角度。
定向控制之梦
由于磁场定向控制可为电机提供宽泛的可用速度范围，该方法已成为无刷直流电机的一种重要驱动和换相方法，同样也成为交流感应电机的控制方法之一。在此，有必要比较一下FOC方法和正弦换相方法，后者曾经是基于编码器反馈的高端无刷直流电机控制的最常用方法。
图2提供了正弦换相方法以及FOC方法的总体控制流程。正弦控制方法通过一套正弦查找表矢量化转矩指令，从而为电机的每相绕组单独提供指令。随着转子向前移动，查找表的角度也同样前移。矢量化的相电流指令一经产生，即被送往每相绕组对应的电流环路，力图使实际绕组电流与目标电流值保持一致。
该方法的一个重要特性是随着电机旋转频率的增加，维持目标电流也愈发困难。这源于电流环直接“取自”旋转频率，电流环的任何滞后（在某种程度上这是不可避免的）都会导致定子实际转矩与目标值出现偏差。该滞后在低转速下无关紧要，在较高转速下却会引起本不想要的D轴转矩的增加，进而降低有效转矩值。
从控制原理上讲，磁场定向控制方法与上述方法的差别在于电流环运行并不参照电机旋转，也就是说独立于电机旋转。在FOC方法中存在两个实际的电流环，一个用于Q轴转矩，另一个用于D轴转矩。Q轴转矩电流环施以来自伺服控制器的用户目标转矩，D轴电流环则施以零输入指令，以便使不想要的直轴分量降至最低。
完成上述全部工作的诀窍在于被称作Park和Clarke变换的纯粹的数学变换算法，可以将矢量化相位角转化为解耦的D轴和Q轴参考坐标系。该变换共进行两次，一次是将D轴和Q轴控制环路输出转化为电机的三相指令，另一次是将转子的检测角度转化回D轴和Q轴参考坐标系。这些变换方法问世多年之后，始终等待着廉价的高性能DSP和微处理器的出现，以使其能够在无刷直流电机和交流感应电机驱动中得到切实应用和实践。
如今这个愿望已经实现，采用FOC方法的交流感应电机可以使电机运行效率提高到85%，相比之下不采用磁场定向方法却只有60%左右。相比较而言，采用FOC方法的无刷直流电机甚至可以达到更高的效率，即高达95%。采用正弦换相的无刷直流电机也能够以很高的效率运行，不过无法像FOC方法那样在非常高的电机转速范围内保持运行效率。
吸引始于何处
实际上讲，选择电机和功放往往也就指定了所采用的控制方法。
如果你正在使用无刷直流电机做定位控制，那么就不能选择无传感器控制技术。你会需要一个编码器，而且最好也包括一套霍尔传感器。如果你想使电机获得最佳性能，你将会倾向于采用磁场定向控制，然而，除非你准备亲自搭建功放（这是一项令多数人畏惧的任务），否则你应该购买一套已经具备该特性的现成驱动。
这类驱动方案的配置通常包括高级运动控制功能，比如轮廓轨迹生成，位置伺服闭环，以及PLC类型的输入输出。有许多紧凑型的单轴驱动器可以提供基于霍尔传感器的正弦换相或者磁场定向控制，这些驱动多配备有经典的RS/485，CAN总线，以太网，或者其他串行总线，需要你做的一切是将电机和功率电源互联起来，并发出指令。
如果你采用基于板卡的方法，无论是采购一块，还是亲自设计一块，你实践磁场定向控制的能力都将受到限制，这是由于大多数功放产品都采用±10V的模拟控制输入信号，并不提供磁场定向控制接口，而那些能够提供该功能的产品一般又很昂贵，因为附加的分立运动板卡上包含了许多你并不需要的特性。然而，也有一些好消息，不少供应商可以提供正弦换相控制，该控制由运动板卡实现，通过输出两路±10V的模拟信号分别表示A相和B相目标电流。对于许多应用而言，正弦换相可以比基于霍尔传感器的六拍换提供极大的性能改善，因此该方法仍不失为广义运动领域的一种上佳选择。
如果你采用无刷直流电机进行速度控制应用，比如离心分离机，传送带驱动，或者其他非定位应用，就可以拥有更多的设计选择。无传感器控制当然是一种可能性，尽管可提供无传感器磁场定向控制的驱动产品还不多见。更常见的形式是可提供类正弦换相功能的无传感器驱动，可供采购的形式包括芯片级，或者驱动器级产品。
如果你采用交流感应电机，估计设计目标是速度或转矩应用，而不是定位应用。虽然在技术类期刊中会经常谈及，不过交流感应电机应用于定位控制的实例还是不多，除非在一些特殊场合，比如功率极高的驱动。
总之，你会有许多选择，只不过往往会归于亲自设计一个或者买一个现成的驱动，假如你决定买一个驱动，则可供选择的性能水平十分宽泛，从简单的变频调速控制到高级的磁场定向和磁通矢量驱动都有。
假如你决定搭建自己的控制卡或者功放，只要熟悉基本的逆变器设计技术和MOSFET或者IGBT功率开关技术，就不难实现简单的变频调速控制。对于更为高级的设计，你可以寻找那些能用的现成芯片来完成交流感应电机的磁场定向控制。
控制技术的进展，持续增长的能源效率需求，以及新型的实用化低成本DSP和微处理器等因素结合在一起，已经显著提高了无刷直流电机和交流感应电机的性能。无论是搭建自己的控制器，还是购买现成产品，知道如何实现这些新技术，对于优化成本效益、缩减项目计划时间都十分重要。
