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在电机控制领域，Matlab 建模无疑是一项强大的工具，它能帮助我们深入理解和模拟各种电机系统的运行。今天，就来聊聊基于 Matlab 的电机控制建模，以及其中涉及的多种电机类型与控制策略。
常见电机类型概述
直流电机双闭环
直流电机由于其良好的调速性能，在早期工业应用中占据重要地位。双闭环控制结构（电流环和速度环）是直流电机经典的控制方式。电流环能快速响应负载变化，限制电机电流，保护电机；速度环则根据给定速度与反馈速度的差值，调整电流环的给定值，实现速度的精确控制。
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% 简单的直流电机双闭环控制模型框架
% 定义参数
R = 1; % 电枢电阻
L = 0.01; % 电枢电感
J = 0.01; % 转动惯量
Kt = 0.1; % 转矩系数
Ke = 0.1; % 反电动势系数
% 电流环参数
Kp_i = 10; % 电流环比例系数
Ki_i = 100; % 电流环积分系数
% 速度环参数
Kp_v = 10; % 速度环比例系数
Ki_v = 100; % 速度环积分系数
% 仿真时间和步长
tspan = 0:0.0001:1;
% 初始条件
x0 = [0;0;0]; % 电流、速度、位置
% 定义微分方程
odefun = @(t,x) [(-R/L)*x(1) - (Ke/L)*x(2) + (1/L)*u;
(Kt/J)*x(1) - (B/J)*x(2);
x(2)];
% 仿真
[t,x] = ode45(odefun,tspan,x0);这段代码构建了一个简单的直流电机双闭环控制的仿真框架，通过设置电机参数和控制环参数，利用 ode45 函数对电机的动态过程进行数值求解。
无刷直流电机、永磁同步电机、异步（感应）电机
无刷直流电机以其高效、低噪等优点在现代工业和日常生活中广泛应用。永磁同步电机（PMSM）具有功率密度高、效率高等特性，常用于高性能伺服系统。而异步电机（感应电机）结构简单、成本低，在工业领域应用极为广泛。
电机控制策略
电机调制 - SVPWM
空间矢量脉宽调制（SVPWM）是一种广泛应用于交流电机控制的调制技术。它通过控制逆变器的开关状态，合成不同的空间电压矢量，使电机定子磁链按圆形轨迹旋转，从而实现电机的高效运行。
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% SVPWM 基本实现代码片段
% 定义三相电压幅值和频率
Vdc = 311; % 直流母线电压
f = 50; % 电源频率
omega = 2*pi*f; % 角频率
% 定义采样时间
Ts = 1e - 4;
t = 0:Ts:1;
% 三相电压给定
Va = sqrt(2/3)*Vdc*sin(omega*t);
Vb = sqrt(2/3)*Vdc*sin(omega*t - 2*pi/3);
Vc = sqrt(2/3)*Vdc*sin(omega*t + 2*pi/3);
% SVPWM 算法核心部分
% 计算合成电压矢量的幅值和角度
Valpha = Va;
Vbeta = (1/sqrt(3))*(Vb - Vc);
Vmag = sqrt(Valpha^2 + Vbeta^2);
theta = atan2(Vbeta,Valpha);上述代码首先定义了三相交流电压的基本参数，然后通过坐标变换得到合成电压矢量的幅值和角度，为后续 SVPWM 具体的扇区判断和占空比计算做准备。
无速度传感器控制策略
在一些应用场景中，安装速度传感器可能会增加成本、降低系统可靠性，因此无速度传感器控制技术应运而生。比如模型参考自适应系统（MRAS），它通过构建参考模型和可调模型，利用两者输出的偏差来自适应调整电机转速估计值。
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% MRAS 简单代码示例
% 电机参数
Rs = 1; % 定子电阻
Ld = 0.1; % d 轴电感
Lq = 0.1; % q 轴电感
psi_f = 0.1; % 永磁体磁链
p = 2; % 极对数
% 参考模型
ref_model = @(w,id,iq) [(-Rs/Ld)*id + (p*w*Lq/Ld)*iq;
(-Rs/Lq)*iq - (p*w*Ld/Lq)*id - (p*w*psi_f/Lq)];
% 可调模型
adj_model = @(w_est,id,iq) [(-Rs/Ld)*id + (p*w_est*Lq/Ld)*iq;
(-Rs/Lq)*iq - (p*w_est*Ld/Lq)*id - (p*w_est*psi_f/Lq)];
% 自适应律
adaptive_law = @(e,id,iq) k*[iq; -id]*e;
% 仿真过程
% 初始化参数
w_est = 0;
for n = 1:length(t)
% 计算参考模型和可调模型输出
ref_out = ref_model(w(id(n),iq(n)));
adj_out = adj_model(w_est,id(n),iq(n));
% 计算偏差
e = ref_out - adj_out;
% 更新转速估计值
w_est = w_est + adaptive_law(e,id(n),iq(n))*Ts;
end这段代码简单展示了 MRAS 的实现思路，通过定义参考模型、可调模型和自适应律，迭代更新转速估计值。
其他重要控制策略
最大功率点跟踪（MPPT）常用于风力发电等系统中，使电机始终运行在最大功率点，提高能源利用率。最大转矩电流比控制（MTPA）则致力于在给定电流下，使电机输出最大转矩。弱磁控制能在电机高速运行时，通过减弱励磁磁场，扩大电机的调速范围。矢量控制通过坐标变换，将交流电机的定子电流分解为励磁电流和转矩电流，实现对电机磁通和转矩的解耦控制。模型预测控制转矩控制（MPTC）则基于电机模型预测未来的转矩和磁链，通过优化目标函数选择最优的电压矢量，实现快速准确的转矩控制。这些策略在交流调速系统中相互配合，共同提升电机的性能和运行效率。
Matlab 为电机控制建模和各种控制策略的研究提供了便利的平台，通过深入学习和实践这些知识，我们能更好地推动电机控制技术的发展与应用。