【導讀】本文將介紹如何用FOC電機控制MATLAB仿真，首先從整體結構及功能介紹，用MATLAB2013以上版本打開(kāi)文件，看到如圖1所示界面，可以看到仿真最外層由四個(gè)模塊組成：電源模塊（紅色方框）、電機與控制模塊（藍色方框）、控制信號給定模塊（黃色方框）、信號分路與顯示模塊（綠色方框）。
整體結構及功能介紹
用MATLAB2013以上版本打開(kāi)文件，看到如圖1所示界面：
圖1
可以看到仿真最外層由四個(gè)模塊組成：電源模塊（紅色方框）、電機與控制模塊（藍色方框）、控制信號給定模塊（黃色方框）、信號分路與顯示模塊（綠色方框）。其系統原理框圖如圖2所示：
圖2：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。
2、控制信號給定模塊
可以設置電機的給定速度與負載轉矩大小。
3、按轉子磁鏈定向的電機及其控制模塊
此模塊是仿真的主體，實(shí)現對異步電機主體的轉子磁鏈定向控制。
4、信號分路與顯示模塊
通過(guò)demux模塊將復合信號進(jìn)行拆分，得到想要觀(guān)測的目標信號，并通過(guò)示波器進(jìn)行顯示。
FOC Induction Motor Drive模塊的詳細說(shuō)明
右鍵點(diǎn)擊FOC（Field-Oriented Control）Induction Motor Drive模塊，按圖3操作可看到此模塊內部的具體結構，按下圖操作可看到此模塊內部的具體結構。
圖3
其內部封裝及模塊功能說(shuō)明如圖4：
圖4
1、不控整流
將三相交流電源作為輸入，通過(guò)此環(huán)節實(shí)現AC-DC的轉換，得到直流電壓。
2、帶制動(dòng)的斬波控制環(huán)節
此環(huán)節可以對獲得的DC電壓進(jìn)行變換，通過(guò)斬波調制的方式得到可調的直流電壓，是一個(gè)DC-DC的轉換環(huán)節。此外因為前路的AC-DC環(huán)節是使用的不控整流，為了解決可能會(huì )有的泵升效應，此環(huán)節帶有制動(dòng)功能，將電機的饋入能量通過(guò)制動(dòng)電阻進(jìn)行消耗。
3、逆變環(huán)節
此環(huán)節實(shí)現DC-AC的變換，其輸入的門(mén)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(jìn)行驅動(dòng)。
4、轉速調節環(huán)節
實(shí)現電機對給定轉速的追蹤，并作為控制外環(huán)，將輸出作為轉矩的給定信號送入轉子磁鏈定向控制模塊。雙擊此模塊，具體結構如圖5：
圖5
其簡(jiǎn)化的系統框圖如圖6所示：
圖6
由實(shí)際轉速和給定轉速作為輸入量，通過(guò)PI控制器得到轉矩給定，作為輸出量，送至FOC模塊。其中MagC是一個(gè)二進(jìn)制信號，表示機器是否足夠磁化以啟動(dòng)（1）或不（0）。該信號通常由磁場(chǎng)定向控制器FOC提供。
5、FOC模塊
雙擊打開(kāi)FOC模塊內部封裝，可以看到如圖7結構：
圖7
其中有11個(gè)模塊，簡(jiǎn)化的原理框圖如圖8：
圖8
在FOC控制模塊中總共有11個(gè)子模塊分別是：
Flux calculation（轉子磁鏈ψr計算模塊）通過(guò)定子電流的d軸分量計算轉子磁鏈。
Teta calculation（轉子磁場(chǎng)相角Θe計算）
ABC-DQ（3/2變換）
DQ-ABC（2/3變換）
iqs*計算模塊通過(guò)計算所得的轉子磁通和轉矩給定求取長(cháng)生電磁轉矩的定子電流q軸分量。
ids*計算模塊通過(guò)給定轉子磁通計算產(chǎn)生轉子磁通的定子電流d軸分量。
電流滯環(huán)調節器（Current regulator）通過(guò)電流滯環(huán)比較產(chǎn)生驅動(dòng)逆變器的脈沖。
開(kāi)關(guān)控制模塊（Switching control）將逆變器換向頻率最大值限制為用戶(hù)給定的最大值。
磁通控制器（Flux_PI）通過(guò)PI控制，減少穩態(tài)磁通誤差，控制磁通動(dòng)態(tài)變化。
磁化矢量模塊（M_vector）創(chuàng )建電機初始磁通矢量。
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(jìn)行測量，并且可以對異步電機的參數進(jìn)行設置。
波形分析
運行仿真，得到如圖9所示波形
圖9
0-0.045s：開(kāi)始的時(shí)候，轉速為零，轉矩為零，定子電壓和直流側電壓不為零，此階段為磁化階段，定子電流建立磁場(chǎng)。
0.045-0.5s：磁化完成，電機開(kāi)始進(jìn)行轉速調節，轉速升高。定子電流頻率隨著(zhù)轉速升高減小。
0.5-0.6s：到0.5s時(shí)，負載轉矩增加為設定值，為了維持轉速的增加，電磁轉矩相應增大，定子電流增加，定子電流頻率隨著(zhù)轉速升高進(jìn)一步下降。第0.6s，電機達到給定轉速500r/min，此時(shí)電磁轉矩等于負載轉矩
0.6-1s：電動(dòng)機恒速運行，轉矩與定子電流不再變化。
1-1.5s：此時(shí)轉速給定變?yōu)?，電機電磁轉矩減小，電機在負載轉矩的作用下進(jìn)行減速，定子電流幅值減小，頻率增加。
1.5-1.55s：此時(shí)負載轉矩變?yōu)樨撝?，電機變?yōu)榘l(fā)電機運行，此時(shí)轉速不為零，為了跟隨給定轉速，電磁轉矩要比負載轉矩要小，這樣才能繼續實(shí)現減速，從而跟隨給定，至1.55s時(shí)轉速變?yōu)榱恪?/div>
1.55-3s：電磁轉矩等于負載轉矩，電機速度為零且保持不變。
電機參數
圖10：電機參數表
（來(lái)源：貿澤工程師社區，轉載自：張飛實(shí)戰電子）
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