磁场定向控制

磁场定向控制(FOC)或矢量控制是一种控制技术，用于获得良好的控制能力在全转矩和速度范围内的各种电机类型，包括电感电机，永磁同步电机(永磁同步电机)和无刷直流(BLDC)电机．对于转速高于额定转速的磁场定向控制现场削弱控制使用。

下面的方框图显示了一个面向字段的控制体系结构，包括以下组件:

• 由两个比例积分控制器组成的电流控制器
• 可选外环速度控制器和电流参考发电机
• Clarke, Park和逆Park变换在静止和旋转同步帧之间转换
• 一个空间矢量调制vα和vβ命令转换为用于定子绕组脉宽调制信号的算法
• 保护和辅助功能，包括启动和关闭逻辑
• 可选观测器，以估计转子角位置，如果需要无传感器控制

电机控制工程师设计面向现场的控制执行以下任务:

• 为当前循环开发带有两个PI控制器的控制器架构
• 为可选的外部速度和位置循环开发PI控制器
• 调优所有PI控制器的增益以满足性能要求
• 设计空间矢量调制器用于PWM控制
• 设计一个观测器算法来估计转子的位置和速度，如果使用无传感器控制
• 设计每安培或最大转矩现场削弱控制生成最优id_ref和iq_ref的算法
• 实现计算高效的Park, Clarke和逆Park变换
• 设计故障检测和保护逻辑
• 验证和验证控制器在不同操作条件下的性能
• 在微控制器或FPGA上实现固定或浮点的控制器

面向现场的控制设计动态仿真模块^®在硬件测试之前，您可以使用多速率模拟来设计、调优和验证控制算法，并在电机的整个工作范围内检测和纠正错误。您可以减少原型测试的数量，并验证控制算法的鲁棒性，以适应在硬件上不实际测试的故障条件。使用Simulink模拟，您可以:

• 建模各种类型的电机，包括同步和异步三相电机。您可以创建不同保真度级别的模型，从简单的第一原理、集中和模型到高保真度、基于通量的非线性模型，这些模型是通过从ANSYS等FEA工具导入创建的^®麦克斯韦^®, JMAG^®和Femtet^®．
• 模型电流控制器，速度控制器和调制器。
• 模型逆变器电力电子。
• 优化控制系统采用波德图、根轨迹等线性控制设计技术和自动化等技术PID调优．
• 设定启动、关闭、错误模式，设计降额和保护逻辑，确保操作安全。
• 设计用于估计转子位置和速度的观测器算法。
• 优化id_ref和iq_ref，以确保最小的功率损耗，运行高于转子标称转速，在参数不确定的情况下正确运行。
• 设计I/O通道的信号调理和处理算法。
• 运行电机和控制器的闭环仿真，以测试系统在正常和异常运行场景下的性能。
• 自动生成ANSI、ISO或处理器优化的C代码和HDL，用于快速原型、硬件在环测试和生产实现。