转子磁场定向，十年FOC电控开发经验，B站/闲鱼/公众号”转子磁场定向“ 阅读原文 刚开始玩电机的时候也不喜欢 MATLAB，每次都是直接码代码，然后去转电机。 效果不好就在代码里改来改去，晕晕乎乎调了一周进展也不大。这种情况就是陷入了调参数的怪圈，恶性循环进而打击自信，进步也很缓慢。 后来学会了 simulink，才明白学习 FOC 一定要配合 MATLAB，进步快很多。 1、理解离散系统：在 FOC 中经常涉及到上个开关周期的角度，电压，或者预测下个周期的角度，电流，一般都是通过延时模块实现。 delay 延时模块 为什么要使用这个模块呢？比如一般 PWM 比较值寄存器被改写后都是使能了预装载，采样后触发计算到比较值生效可以延时 0.5 个开关周期 Ts，也可以延时 1 个开关周期 Ts，或者 1.5 个 Ts。不同的延时对于控制效果有什么区别呢？只需要在 simulink 定义延时时间即可，非常方便对比不同的方案下的区别。这种调试在实物上实现要复杂很多！ 2、实现参数自整定：把所有的环路参数放在 m 文件里，在运行工程前，修改电机参数，环路参数等等，先运行 m 文件，可以实现参数自整定。要修改参数也只用改 m 文件，类似宏定义一样，环路的参数自整定和这个也差不多了。 m 文件实现参数自整定 3、强大示波器功能：simulink 的示波器功能非常强大，可以不限制查看任意波形，这在实物调试中也很难做到，除非去开发上位机配合查看，但是也有通道和数据量的限制。一般 ARM M0 的平台也没有资源去开发上位机。 示波器显示电流电压 尤其是现在比较通用的直流侧单电阻采样波形，可以清晰看到每个扇区对应的电流波形和单电阻波形的对应关系： 单电阻采样波形 4、模块化的平台，缩短开发周期：一般开发一种新的观测器，阅读文献之后，经过 simulink 验证。在搭建好平台之后，把观测器，速度环，电流环，转矩补偿等等封装成各自的模块。需要验证哪个模块，即进行对应的修改。经过 simulink 验证的方法，基本都可以在实物中实现。如果 simulink 仿真失败，基本就直接放弃了。一般一个新的观测器仿真需要一到两周，可以大大缩短开发周期。 在搭建了完整的仿真平台后，实物和仿真模型基本可以做到 95%以上的对应，除了一些非线性相关的因素，因为在仿真中无法模拟，需要在实物中实现。对于有经验的开发人员，拿到了离散的仿真模型，基本就等于拿到了代码。 当然如果模型在连续域仿真，那当我没说，这种方法以无限的计算量替代离散仿真，基本等同于耍流氓。。。 滑模和电流模型集成到同一平台 滑模模型，和公式一一对应 5、s 函数代码级仿真：如果有足够的精力，simulink 是可以实现 c 语言代码级仿真的。用 s 函数替代离散模块，代码放在 s 函数里，完全可以实现跟实物对应的仿真。移植到实物中代码也可以快速调试通过。 s 函数运行的指令是在命令窗口输入：”mex xx.c“，xx 是 s 函数文件名。 s 函数代码 s 函数框图 6、在线参数变化的仿真。 一般来,Ld 和 Lq 会随着电流出现饱和特性，所以可以通过 m 文件编程，实现 Ld 和 Lq 在线根据电流查表确定电感值。但是实际的无感 FOC 控制依然使用固定值，电机模型使用的饱和模型，这样子可以评估无感 FOC 的控制方法对电感饱和是否敏感，或者对电感的敏感程度。 Ld 饱和模型 提供一种方法作参考： 用如下文档里的代码生成电感表格： https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sps/ref/elec_generateidealpmsmfluxdata.html 将表格导入如何可编辑的电机模型即可： https://ww2.mathworks.cn/help/autoblks/ref/fluxbasedpmsm.html?requestedDomain=zh 表格需要自己对应代码整理一下。 7、模拟 MCU 的运行方式。使用 Simulink 离散模块搭建的方式，可以模拟 MCU 的硬件执行的结构。一般 MCU 最重要的是主频和中断，分别对应 Simulink 的最上层执行时间和定时执行的中断部分。如下图： powergui 模块设置仿真步长和类型 使用 powergui 模块设置成离散模式，设置仿真步长 5e-7，相当于仿真最上层是 2MHz 的执行频率，这个 2M 就类似于 MCU 的主频，显示，电机模型本体响应的计算就以这个频率执行。 然后通过脉冲模块设置定时触发执行的控制模块，就相当于是定时执行的中断： 使用 Pulse Generator 模块，执行周期 1e-4，相当于中断频率 10k，控制环路都放在中断里，就跟 MCU 的运行结构非常类似了。执行频率对于离散控制来说是核心参数，不同的执行频率仿真结果区别很大。 千万不要在 powergui 里设置成 continuous 仿真模式，那样会通过很高的计算频率掩盖环路的问题，用连续模式仿真成功基本等同于耍流氓！ 8、评估环路的阶跃响应：在伺服中比较常见的测试电流环带宽，一般测试交流给定幅相曲线。 以阶跃响应为例，可以把电机角度固定成 0，电流解耦角度和逆变角度都强制给 0，然后电流环的 Id 给参考，测试 Id 环路的参考和反馈，即可得到阶跃响应。如下图: Id 电流环节约响应 9、评估参数敏感性： 以磁链模型为例，当电机模型磁链跟计算使用磁链相等时，观测角度和误差如下： 计算磁链和电机模型磁链相等 当温度上升，磁链降低到只有计算值的 80%，再去比较估算角度和误差，就能判断控制方法对磁链的变化敏感程度。 电机模型的磁链只有计算使用磁链的 80% 磁链下降 20%，观测角度误差增大到 15degrees 对于研究电机控制来说，前期的主要工作放在文献和仿真上，到了代码已经是很后期的工作了。这种工作并不是靠代码量来决定工作进展，也许研究了一个月就改了一行代码却能够解决大问题。 对于我来说，如果不让我使用 simulink 我觉得自己就基本失业了，工作也没有任何乐趣可言。转电机并不是无脑的去写代码做实验，而是通过 simulink 去打磨模型，通过模型的搭建深入理解了方法才去开始实物阶段的实验。要想深入理解 FOC，使用 MATLAB 是必经之路，没有捷径可走。模型对电机的诠释是无法用实验来代替的。 到现在为止，MATLAB 的功能也许我才用了不到 1‰。如果单纯能把 MATLAB 玩得很溜，我觉得年薪百万也不是难题。至少我的工作离不开 MATLAB。 阅读原文
