）电机被大范围的应用于高性能运动控制领域。与有刷电机不同，它不存在易磨损的机械电刷，采用电子换相方式调控扭矩与转速，具备效率更加高、功率密度更大、常规使用的寿命更长的优势。
与之对应的，无刷电机对控制精度要求也更高，必须依靠实时、低延迟控制环路，才能实现平稳、高响应的运动输出。
因此电机控制器直接决定整套系统性能，大范围的应用于人形机器人关节、高速电子元器件贴装分拣等工业自动化场景。电机控制功能层级分明、协同配合，才能保障运动平稳顺畅，如图 1 所示。
在位置控制场景中，位置环对比电机目标位置与编码器反馈实际位置，结合预设运动轨迹，输出目标电流指令，对应电机到达指定位置所需的扭矩大小。
随后系统对电流指令进行换相分配，将电流分摊至各相电机绕组，保证电机高效平稳运转。电流闭环实时检测各相实际电流，调节输出电压，精准匹配指令电流。绝大多数场景采用 PWM 桥式开关电路向电机施加驱动电压。
电流控制与 PWM 开关直接驱动电机运转，而运动轨迹与位置环同样关键，能够抑制电机振动、优化各类运行异常，全方面提升系统综合性能。本文重点讲解这两部分内容，换相与电流控制将在本系列后续文章详述。
无刷电机所用运动曲线，与有刷直流电机、步进电机通用。下图展示两种主流点对点运动轨迹：梯形加减速轨迹、S 型加减速轨迹，大范围的使用在实验室自动化、包装设备、各类工业机械。
S 型轨迹加速度平滑过渡，不会引发负载机械谐振，适合易共振工况，缺点是整体运动时长略有增加。
除基础点对点轨迹外，还有单轴 / 多轴专用轨迹、凸轮同步轨迹，可跟随外部进给信号同步运行；复杂轨迹还支持逆运动学运算，适配 SCARA 机器人等多关节设备。
部分高端运动控制器支持表格化位置补偿：丝杠误差映射、机构形变补偿、编码器非线性误差校正，通过查表方式修正位置偏差，逐步提升定位精度。
图 4 为典型无刷电机位置控制环路框图，工程中应用最广泛、首选方案就是PID 控制环路。
PID 位置环接收轨迹发生器下发的目标位置，与编码器采集的电机实际位置做差，得到位置偏差。霍尔位置传感器也可作为位置反馈，但分辨率远低于编码器。
位置偏差经过比例 (P)、积分 (I)、微分 (D) 运算滤波后，输出电流指令。
这套 PID 位置逻辑同样适用于有刷伺服电机，因为无刷多相电机专属换相逻辑，都在位置环下游执行。
位置环输出既可以直接送入电流环，也可以先接入速度环、再驱动电流环，这种结构称为位置 - 速度级联闭环。结构更复杂、参数更多，但部分场景动态性能更优。
位置环核心差值节点：目标位置减去实际位置，生成位置误差；PID 本质是误差滤波算法，逐周期运算输出电流 / 速度指令。
类似弹簧弹力，误差越大，修正力度越强，快速拉近电机与目标位置。仅用 P 项无法精准归零，容易存在静态偏差。
累计长时间位置误差，缓慢叠加修正力，克服重力、静摩擦、电机齿槽转矩等外力干扰，消除静态误差，精准停在目标位置。
根据误差变化速率提前阻尼制动，抑制震荡超调；同时跟随轨迹加减速提前补偿扭矩，提升动态跟随性能。
给电机施加小幅阶跃位置指令，观测位置响应曲线，判断系统属于欠阻尼（震荡超调）、临界阻尼（平稳最优）、过阻尼（响应迟缓）。
增益过高会出现位置抖动、持位啸叫，可调节微分时间，等效增加低通滤波，抑制高频噪声与抖动，在不降低阻尼效果的前提下避免振荡。
包含速度前馈 KVff、加速度前馈 KAff，直接叠加在 PID 输出上，不参与闭环反馈运算。
前馈不依赖编码器实测位置，根据运动轨迹提前预判电机所需扭矩，提前输出补偿指令，大幅度降低闭环负担，减小跟随误差，让电机响应更快、定位更准。
实际负载质量变化、机械公差偏差没办法做到完美补偿，但依然能显著减轻 PID 环路调节压力。
本文以位置控制为主，但水泵、点胶、主轴、机床等大量场景仅需要速度闭环控制。
轨迹给定目标速度，对比实际反馈速度得到速度误差，经 PI 运算输出电流指令给下游电流环。
编码器只能输出位置信号，需要运算转换为速度；低速时采样间隔内位置变化不足 1 个脉冲，极易噪声失真，必须搭配双二阶低通滤波平滑速度信号。测速发电机可直接输出速度，无需额外处理。
除此之外，无感控制、电压开环控制也能实现调速，无需速度闭环，本系列后续章节详细讲解。
