一文搞定！教你如何用FOC電機控制MATLAB仿真！

最上層原理框圖

1.電源模塊

提供三相正弦交流電，幅值、頻率、相位可調(diào)。

2.控制信號給定模塊

可以設置電機的給定速度與負載轉(zhuǎn)矩大小。

3.按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的電機及其控制模塊

此模塊是仿真的主體，實現(xiàn)對異步電機主體的轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制。

4.信號分路與顯示模塊

通過demux模塊將復合信號進行拆分，得到想要觀測的目標信號，并通過示波器進行顯示。

右鍵點擊Field-Oriented Control Induction Motor Drive模塊，按下圖操作可看到此模塊內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)。

其內(nèi)部封裝及模塊功能說明如下：

1、不控整流

將三相交流電源作為輸入，通過此環(huán)節(jié)實現(xiàn)AC-DC的轉(zhuǎn)換，得到直流電壓。

2、帶有制動的斬波控制環(huán)節(jié)

此環(huán)節(jié)可以對獲得的DC電壓進行變換，通過斬波調(diào)制的方式得到可調(diào)的直流電壓，是一個DC-DC的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。此外因為前路的AC-DC環(huán)節(jié)是使用的不控整流，為了解決可能會有的泵升效應，此環(huán)節(jié)帶有制動功能，將電機的饋入能量通過制動電阻進行消耗。

3、逆變環(huán)節(jié)

此環(huán)節(jié)實現(xiàn)DC-AC的變換，其輸入的門極信號由FOC模塊的輸出提供，由此得到三相電壓對異步電機進行驅(qū)動。

4、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)

實現(xiàn)電機對給定轉(zhuǎn)速的追蹤，并作為控制外環(huán)，將輸出作為轉(zhuǎn)矩的給定信號送入轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制模塊。雙擊此模塊，具體結(jié)構(gòu)如下：

其簡化的系統(tǒng)框圖為：

由實際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速作為輸入量，通過PI控制器得到轉(zhuǎn)矩給定，作為輸出量，送至FOC模塊。其中MagC是一個二進制信號，表示機器是否足夠磁化以啟動（1）或不（0）。該信號通常由磁場定向控制器FOC提供。

5、FOC模塊

雙擊打開FOC模塊內(nèi)部封裝，可以看到如下結(jié)構(gòu)：

其中有11個模塊，簡化的原理框圖如下：

在FOC控制模塊中總共有11個子模塊分別是：

1)Flux calculation（轉(zhuǎn)子磁鏈ψr計算模塊）通過定子電流的d軸分量計算轉(zhuǎn)子磁鏈。

2)Teta calculation（轉(zhuǎn)子磁場相角Θe計算）

3)ABC-DQ（3/2變換）

4)DQ-ABC（2/3變換）

5)iqs*計算模塊通過計算所得的轉(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)矩給定求取長生電磁轉(zhuǎn)矩的定子電流q軸分量。

6)ids*計算模塊通過給定轉(zhuǎn)子磁通計算產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁通的定子電流d軸分量。

7)電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器（Current regulator）通過電流滯環(huán)比較產(chǎn)生驅(qū)動逆變器的脈沖。

8)開關(guān)控制模塊（Switching control）將逆變器換向頻率最大值限制為用戶給定的最大值。

9)磁通控制器（Flux_PI）通過PI控制，減少穩(wěn)態(tài)磁通誤差，控制磁通動態(tài)變化。

10)磁化矢量模塊（M_vector）創(chuàng)建電機初始磁通矢量。

11)磁化控制模塊（Magnetization）提供磁化和正常工作模式下的邏輯信號，也即產(chǎn)生MagC信號。

6、測量及異步電機模塊

對逆變器輸出量進行測量，并且可以對異步電機的參數(shù)進行設置。

運行仿真，得到如下波形

(1) 0-0.045s：開始的時候，轉(zhuǎn)速為零，轉(zhuǎn)矩為零，定子電壓和直流側(cè)電壓不為零，此階段為磁化階段，定子電流建立磁場。

(2) 0.045-0.5：磁化完成，電機開始進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速升高。定子電流頻率隨著轉(zhuǎn)速升高減小。

(3) 0.5-0.6s：到0.5s時，負載轉(zhuǎn)矩增加為設定值，為了維持轉(zhuǎn)速的增加，電磁轉(zhuǎn)矩相應增大，定子電流增加，定子電流頻率隨著轉(zhuǎn)速升高進一步下降。第0.6s，電機達到給定轉(zhuǎn)速500r/min，此時電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩

(4) 0.6-1s：電動機恒速運行，轉(zhuǎn)矩與定子電流不再變化。

(5) 1-1.5s：此時轉(zhuǎn)速給定變?yōu)?，電機電磁轉(zhuǎn)矩減小，電機在負載轉(zhuǎn)矩的作用下進行減速，定子電流幅值減小，頻率增加。

(6) 1.5-1.55s：此時負載轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨撝担姍C變?yōu)榘l(fā)電機運行，此時轉(zhuǎn)速不為零，為了跟隨給定轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩要比負載轉(zhuǎn)矩要小，這樣才能繼續(xù)實現(xiàn)減速，從而跟隨給定，至1.55s時轉(zhuǎn)速變?yōu)榱恪?/span>

(7) 1.55-3s：電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，電機速度為零且保持不變。