异步电机矢量控制

导读：本期对异步电机矢量控制的控制性能做个简单对比。发波的方式选SVPWM和滞环电流控制两种方式。首先对FOC做个简单分析，接着simulink建模，最后仿真波形分析。

如果需要搭建好的模型（滞环和SPWM），关注微信公众号：浅谈电机控制，获取。留下邮箱即可，看到后就会发给你。

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一、工作原理

矢量控制（FOC, Field Oriented Control）在转子磁场定向的前提下，将定子电流分解成励磁分量和转矩分量，再利用PI调节器实现两者的独立调节，最后利用脉冲调制（SVPWM, Space Vector Pulse Width Modulation）合成参考电压矢量。FOC是目前应用最为广泛的交流调速控制方法，但是其控制性能严重依赖于电流内环的参数整定。所以FOC的通用性差，对电机参数变化较为敏感。

1、发波方式为SVPWM的矢量控制

图1 矢量控制框图 

2、发波方式为滞环电流控制的矢量控制

相关内容在微信公众号（浅谈电机控制）中介绍过，如感兴趣请看往期文章。

二、simulink仿真建模

矢量控制建模共包含5个部分：powergui和电机参数设置、clark/park变换、磁链和位置估算、PI调节器和SVPWM发波模块。

1、powergui和电机参数设置

在做电机控制仿真时，一个必不可缺少的模块。通过piwergui可以设置仿真类型和采样时间。这里着重强调三个点：采样时间、开关频率和仿真步长。这一块我就知道控制周期>采样时间>仿真步长，这样确保系统的稳定。

图2 powergui设置 

2、clark/park变换

图3 clark变换 

图4 park变换 

图5 反 park变换

以上几个坐标变换，直接照着公式进行模块搭建就行。

3、磁链和位置估算

 图6 磁链和旋转角计算

这一块也是FOC的重点。磁链观测器的选择，直接影响电机的控制效果。关于磁链观测器，后面会重点研究，比较选择不同磁链观测器类型在同等仿真条件下的电机控制性能。

4、PI调节器

图7 电流环动态结构图 

PI调节器在FOC中也是重要的环节。关于这一块，最后也会集中研究一下。

5、SVPWM发波模块

图8 SVPWM发波模块

关于SVPWM发波模块的介绍，公众号前面几篇文章已经重点介绍过了，这里就不再重复讲述。有兴趣的可以去看往期文章。

图9 矢量控制FOC整体仿真模型 （SVPWM发波）

三、仿真波形分析 

1、转速设置和加载设置

图10 转速

2、三相电流iabc

图11 三相电流

三相电流在0.5秒突加载的时候变大，在1秒之后因为转速变化也引起三相电流变化。

图12 dq轴电流

由图12可知：在0.5秒突加载后d轴电流有个超调，但很快恢复到原稳态值；q轴电流变大且达到新稳态。这就说明实现了dq解耦，负载变化不会引起d轴电流的变化。

以下是滞环电流控制发波的矢量控制仿真波形分析

图13 矢量控制FOC整体仿真模型 （滞环电流控制）

图14转子转速 

图15 三相电流 

图16 dq轴电流

三、结论

从理论上来说，两种电流闭环控制（滞环电流控制和SVPWM发波的矢量控制）的作用相同，差异是前者采用电流滞环控制，动态响应快，但电流纹波较大：后者采用连续的PI控制，一般来说电流的纹波略小（与SVPWM有关）。前者一般采用硬件电路，后者可用软件实现。

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日常一问：

（1）、工业上实现FOC，注重点在哪？