ベクトル制御

ベクトル制御 (FOC) や直接トルク制御 (DTC) などのベクトル制御手法を使用してモーター制御アルゴリズムを設計する

ベクトル制御 (FOC) は、永久磁石同期モーター (PMSM) と誘導モーターの両方において高性能なダイナミクスの実現を支援します。FOC の基本原理は、固定子電流ベクトルを 2 つの直交成分に分離することにあり、1 つは磁束用、もう 1 つはトルク生成用です。この分離は、Clarke 変換および Park 変換と呼ばれる数学的抽象によって実現されます。まず、Clarke 変換により、三相の固定電流信号を二相の固定 α-β 座標系に変換します。次に、Park 変換により、これらの固定ベクトルを回転子の磁場に整合して回転する同期 d-q 座標系へ回転させます。複雑な AC 波形を DC に類似した量へ変換することで、FOC はトルクと磁束を独立かつ高精度に制御できます。

Motor Control Blockset を使用して作成する Simulink モデルは、電力インバーター、モーターの数学的表現、および入れ子形式の比例-積分 (PI) 制御ループで構成される FOC アルゴリズムを統合するために使用できます。機械ブロックのパラメーターと各モータータイプに必要な磁束推定ロジックを調整することで、PMSM と誘導モーターの両方について FOC をシミュレートできます。

Motor Control Blockset は、モーターの磁束とトルクを直接制御することでモーター速度制御を実装するベクトルモーター制御手法である直接トルク制御 (DTC) をサポートします。"d" 軸と "q" 軸のモーター電流を制御するベクトル制御 (FOC) とは異なり、DTC アルゴリズムではモーターの位置と電流からトルクと磁束の値を推定します。その後、PI コントローラーを使用してモーターのトルクと磁束を制御することで、モーターを駆動する最適電圧を最終的に生成します。

メモ

ここでは、MISRA C™ ガイドラインに準拠したブロックを紹介しています。

関数

`mcb.PMSMCharacteristics`	Compute and plot PMSM drive characteristics and constraint curves (R2022b 以降)
`mcb.ACIMCharacteristics`	Compute and plot ACIM characteristic curves (R2022a 以降)
`mcb.getPIControllerParameters`	Compute gains for PI controller in field-oriented control
`mcb.calcFOCGains`	Compute gains and transfer functions for PI controller in field-oriented control of PMSM (R2025a 以降)
`mcb.getMotorControlAnalysis`	Frequency-domain analysis plots for PI controller of field-oriented control

ブロック

すべて展開する

Controls

Controllers

Field Oriented Control Autotuner	Automatically and sequentially tune multiple PID control loops in field-oriented control application
FOC Default Controller Gains	Compute controller gains for the FOC based algorithms at run time based on empirical method or optimum theory (R2023b 以降)
Field-Oriented Current Controller	Implement current control for three-phase motors using field-oriented control (FOC) technique (R2023b 以降)
MTPA Control Reference	最大トルク/電流 (MTPA) および弱め界磁操作に用いる指令電流の計算

Control Reference

ACIM Control Reference	誘導モーターのベクトル制御のための指令電流を計算する
ACIM Feed Forward Control	Decouple d-axis and q-axis current to eliminate disturbance
ACIM Slip Speed Estimator	交流誘導モーターの滑り角速度を計算する
ACIM Torque Estimator	Estimate electromechanical torque and power
PMSM FeedForward Control	Decouple d-axis and q-axis current to eliminate disturbance
PMSM Torque Estimator	Estimate electromechanical torque and power
Position Generator	固定周波数の位置ランプの生成
Vector Control Reference	Compute d and q axis components of reference vector
SRM Commutation	Generate switching sequences for n-phase switched reluctance motor (SRM) (R2022b 以降)
SynRM FeedForward Control	Decouple d-axis and q-axis current to eliminate disturbance (R2024a 以降)
SynRM Torque Estimator	Estimate electromechanical torque and power (R2024a 以降)

Math Transforms

3-Phase Sine Voltage Generator	平衡三相正弦波信号の生成
atan2	4 象限逆正接の計算
Clarke Transform	ab から αβ への変換の実装
Inverse Clarke Transform	αβ から abc への変換の実装
Inverse Park Transform	dq から αβ への変換の実装
Park Transform	αβ から dq への変換の実装
SinCos Embedded Optimized	Implement sine and cosine functions (R2024b 以降)
PWM Reference Generator	変調方式に基づき、基準電圧から変調信号、デューティ比、相電圧を生成する
6-Phase VSD Transform	Compute vector space decomposition (VSD) based transformation on six-phase inputs (R2024b 以降)
6-Phase Inverse VSD Transform	Compute vector space decomposition (VSD) based inverse transformation on orthogonal inputs (R2024b 以降)
Phase Current Extractor for Single Shunt FOC	Transform DC shunt currents into phase currents for single shunt FOC (R2026a 以降)
PWM Phase Shift for Single Shunt FOC	Add phase shift in three-phase PWM pulses for single-shunt FOC (R2026a 以降)

Protection and Diagnostics

Protection Relay	Implement protection relay with definite minimum time (DMT) trip characteristics
Host Serial Receive	Configure host-side serial communications interface to receive data from serial port
Host Serial Setup	Configure communication ports used by Host Serial Receive and Host Serial Transmit blocks
Host Serial Transmit	Configure host-side serial communications interface to transmit data to serial port

Sensor Decoders

Hall Speed and Position	Compute speed and estimate position of rotor by using Hall sensors
Hall Validity	Compute rotor spin direction and validity of Hall sensor sequence
Mechanical to Electrical Position	Compute electrical position of rotor from mechanical position
Quadrature Decoder	Compute position of quadrature encoder
Resolver Decoder	Compute motor mechanical position and speed and sine and cosine values of motor electrical position
Software Watchdog Timer	Output true until counter reaches maximum count limit
Speed Measurement	Compute speed from rotor angular position

Sensorless Estimators

Sliding Mode Observer	表面 PMSM の電気的位置と機械的速度の計算 (R2021b 以降)
Flux Observer	Compute electrical position, magnetic flux, and electrical torque of rotor
Pulsating High Freq Observer	Estimate initial rotor electrical position of interior PMSM using pulsating high frequency (PHF) injection (R2022b 以降)
Extended EMF Observer	Compute electrical position and mechanical speed of permanent magnet synchronous motor (PMSM) (R2023a 以降)

Signal Management

IIR Filter	無限インパルス応答 (IIR) フィルターの実装
Vector plot	Plot vectors in space domain
Position Compensation	Compensate for position offset due to different types of delays (R2022b 以降)
PLL with Feed Forward	Compute position and angular frequency from orthogonal sinusoidal signals (R2023b 以降)
Compute Parameter	Extend functionality of blocks by enabling additional inputs (R2024a 以降)
Dead-Time Compensator	Overcome dead-time effect by modifying reference voltages (R2024a 以降)
Protocol Encoder	Encode input data into a uint8 byte stream by specifying the packet structure (R2024a 以降)
Protocol Decoder	Decode a uint8 byte stream by specifying the packet structure (R2024a 以降)
Byte Pack	Convert input signals to `uint8` vector (R2024a 以降)
Byte Unpack	Convert `uint8` vector to input signals (R2024a 以降)
Byte Reversal	Reverse order of bytes in input word (R2024a 以降)
Memory Copy	Copy data from and to memory section (R2024a 以降)

トピック

ベクトル制御
ベクトル制御を使用して PMSM と誘導モーターの速度制御を実装する。
ベクトル制御アルゴリズムの設計

トルク制御サブシステムと速度制御サブシステムを設計し、統合する。
- ステップ 1: Design Current and Position Scaling Subsystems
- ステップ 2: Design Current Controller Subsystem
- ステップ 3: Perform Manual Gain-Tuning of Current Controller
- ステップ 4: 速度制御アルゴリズムの設計
- ステップ 5: 速度コントローラーの手動によるゲイン調整の実行
Field-Weakening Control
Implement control for speeds above base speed for PMSM and induction motor by using field-weakening control.
PIL テストを使用したコードの検証とプロファイリング
この例では、Texas Instruments® LAUNCHXL-F28379D ハードウェアボードでの PIL プロファイリングについて説明します。
How to Use Single Shunt FOC Library Blocks
This example shows how to use the Simulink blocks for single shunt FOC available with Motor Control Blockset™.
直接トルク制御 (DTC)
モーターの磁束とトルクを制御して PMSM の速度制御を実装する。

注目の例

SI 単位を使用した PMSM のベクトル制御

この例では、三相永久磁石同期モーター (PMSM) の角速度を制御するためのベクトル制御 (FOC) 手法を実装します。ただし、この例の FOC アルゴリズムでは、pu 表現の数量の代わりに (pu 単位系の詳細についてはPer-Unit Systemを参照)、SI 単位の信号を使用して計算を実行します。それらの信号とその SI 単位は次のとおりです。

モデルを開く

Control PMSM Loaded with Dual Motor (Dyno)

Uses field-oriented control (FOC) to control two three-phase permanent magnet synchronous motors (PMSM) coupled in a dyno setup. Motor 1 runs in the closed-loop speed control mode. Motor 2 runs in the torque control mode and loads Motor 1 because they are mechanically coupled. You can use this example to test a motor in different load conditions.

モデルを開く

Simscape Electrical を使用したインバーターのスイッチングダイナミクスのモデル化

この例では、ベクトル制御 (FOC) を使用して三相永久磁石同期モーター (PMSM) の角速度を制御します。Motor Control Blockset™ の Average Value Inverter ブロックの代わりに次の Simscape™ Electrical™ ブロックを使用するオプションが用意されています。

モデルを開く

速度センサーを使用した誘導モーターのベクトル制御

この例では、三相交流誘導モーター (ACIM) の角速度を制御するためのベクトル制御 (FOC) 手法を実装します。この FOC アルゴリズムには回転子の速度フィードバックが必要であり、この例ではそれを直交エンコーダーセンサーを使用して取得します。FOC の詳細については、ベクトル制御を参照してください。

モデルを開く

Field-Oriented Control (FOC) of PMSM Using Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulation

Uses hardware-in-the-loop (HIL) simulation to implement the field-oriented control (FOC) algorithm to control the speed of a three-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM). The FOC algorithm requires rotor position feedback, which is obtained by a quadrature encoder sensor. For more information on FOC, see ベクトル制御.

例を開く

新規

Field-oriented Control of PMSM with Six-Step Transition

Implement dynamic overmodulation to control a surface-mount permanent magnet synchronous motor (SPMSM) using field-oriented control (FOC). When the motor needs to reach higher speeds or produce more torque, the control method seamlessly transitions to six-step control. This allows the motor application to achieve better range without increasing the DC bus voltage of the inverter.

R2026a 以降
ライブスクリプトを開く

Field-Oriented Control of Six-Phase PMSM

Control the torque of an asymmetric six-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM) using field-oriented control (FOC).

モデルを開く

Control PMSM Loaded with Dual Motor (Dyno)

モデルを開く

FOC of PMSM Using FPGA-Based Motor Control Development Kit

Use a Field-Oriented Control (FOC) algorithm for a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) by using blocks from the Motor Control Blockset™ on an FPGA device (Trenz Electronic™ Motor Control Development Kit TE0820).

例を開く

PMSM の弱め界磁制御 (MTPA を使用)

この例では、三相永久磁石同期モーター (PMSM) のトルクと角速度を制御するためのベクトル制御 (FOC) 手法を実装します。この FOC アルゴリズムには回転子の位置フィードバックが必要であり、それを直交エンコーダーセンサーで取得します。FOC の詳細については、ベクトル制御を参照してください。

モデルを開く

Direct Torque Control of PMSM Using Quadrature Encoder or Sensorless Flux Observer

Implements direct torque control (DTC) technique to control the speed of a three-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM). Direct Torque Control (DTC) is a vector motor control technique that implements motor speed control by directly controlling the flux and torque of the motor. The example algorithm needs motor currents and position feedback from PMSM. It uses space vector pulse-width modulation (DTC-SVPWM) variant of DTC, which uses space vector modulation (SVM) to produce the pulse-width modulation (PWM) duty cycles that are used by the inverter. For more details about the DTC-SVPWM algorithm used in this example, see 直接トルク制御 (DTC).

モデルを開く