感应异步电机的无传感器矢量控制，完整的C代码+仿真模型： 1. 基于“电压模型+电流模型”的磁链观测器，实现转子磁场定向控制（FOC），可实现电机在低速、中高速段的高精度的转速估算； 代码已经成功移植到DSP芯片（TMS320F28335）和STM32F107中，对一台额定功率为33kW的异步电机进行了无传感器矢量控制，波形和试验台架数据见下图。 2. 可实现电机带满载零速启动，抗负载扰动性强，响应速度快，控制精度高； 3. SVPWM空间电压矢量调制，定子电流波形的畸变率低； 4.采用S-Function的方式，把C代码直接在simulink下进行仿真，所见即所得！ 5.详细的算法原理推导，跟程序代码是完全对应的。
1. 系统定位与整体目标
本套代码实现了一套完整的感应异步电机（ACIM）无传感器矢量控制（Sensorless Field-Oriented Control, FOC）系统，其核心目标是在不依赖编码器或霍尔传感器的前提下，精确估算电机转子的位置与转速，并在此基础上实现高性能的磁场定向控制。该系统已在 TMS320F28335 DSP 与 STM32F107 微控制器上成功部署，适用于额定功率高达 40kW 的工业级异步电机，具备零速满载启动、抗负载扰动强、动态响应快、电流波形畸变率低等关键性能优势。
代码采用模块化、结构体封装、宏驱动的 C 语言风格，便于在 Simulink 中通过 S-Function 进行“所见即所得”的仿真验证，同时兼顾定点数平台（如 TI IQmath）的移植需求，体现了高度的工程实用性与可扩展性。
2. 控制架构与核心流程
整个系统以固定采样周期（由ISR_FREQUENCY = 0.55 kHz定义，即约 1.82ms）运行，主控制流程可划分为以下六大功能阶段：
2.1 信号采集与坐标变换
系统首先采集三相定子电流（Isa, Isb, Isc）与直流母线电压（Udc）。
- 通过Clarke 变换模块（
clarke.h），将三相电流转换为两相静止坐标系（αβ）下的分量（Iα, Iβ）。 - 同时，利用 PWM 占空比（Ta, Tb, Tc）与 Udc，通过相电压重构模块（
volt_calc.h）计算出实际施加于电机的 αβ 坐标系电压（Vα, Vβ），避免对电压传感器的依赖。
2.2 转子磁链与位置估算（无传感器核心）
这是整个系统的技术核心，由磁链观测器模块（aci_fe.h）实现：
- 采用“电压模型 + 电流模型”融合策略：
- 电压模型：通过对反电动势积分估算定子磁链，再推导转子磁链。适用于中高速，但低速易受积分漂移影响。
- 电流模型：基于电机等效电路与转子时间常数计算转子磁链。低速性能好，但对参数敏感。
- 两者通过一个PI 补偿器动态校正误差，输出高鲁棒性的 αβ 坐标系转子磁链估计值（Ψdr, Ψqr）。
- 最终通过
atan2(Ψqr, Ψdr)计算出转子磁链角度ThetaFlux，作为 FOC 所需的转子位置信息。
2.3 转速估算
由速度估算器模块（aci_se.h）完成：
- 利用磁链角度变化率估算同步转速（需处理角度跳变问题）。
- 结合电流与磁链信息计算转差频率。
- 同步转速减去转差频率，得到转子电角速度估计值，并转换为机械转速（rpm）。
- 内置低通滤波与限幅机制，确保估算结果平滑、可靠。
2.4 双闭环矢量控制
系统采用经典的速度外环 + 电流内环结构：
- 速度环（
pi.h）：以设定转速为参考，估算转速为反馈，PI 控制器输出q 轴电流参考值 Iq_ref（代表转矩指令）。 - d 轴电流参考值 Id_ref通常设为弱磁或 MTPA（最大转矩电流比）对应的值（代码中默认 0.28 pu），用于控制励磁。
- 电流环：分别对 d/q 轴电流进行 PI 控制，输出 d/q 轴电压指令（Vdref, Vqref）。
2.5 逆变换与 SVPWM 调制
- 通过逆 Park 变换（
ipark.h），将旋转坐标系（dq）下的电压指令转换回静止坐标系（αβ）。 - SVPWM 模块（
svgen.h）根据 Vαref / Vβref 计算三相占空比（Ta, Tb, Tc），实现空间电压矢量调制，确保直流母线电压利用率最高、电流 THD 最低。 - 模块还支持死区补偿（通过
switch_conpensate），进一步提升低速性能。
2.6 辅助功能
- 斜坡发生器（
rampgen.h）与斜坡控制器（rmp_cntl.h）：用于平滑设定值变化，避免阶跃冲击。 - 增量式调试支持（
Settings.h中的BUILDLEVEL）：从 LEVEL1（模块检查）到 LEVEL6（完整无感闭环），支持分阶段验证，极大提升开发效率。
3. 关键功能特性详解
3.1 全速域高精度位置/转速估算
磁链观测器的融合设计是系统能在0 rpm 到额定转速范围内稳定运行的关键。尤其在零速满载启动场景下，电流模型提供初始磁链方向，电压模型逐步接管，确保启动过程平稳无抖振。
3.2 鲁棒的参数适应性
虽然电流模型依赖转子电阻（Rr）等参数，但融合机制与 PI 补偿显著降低了对参数精度的敏感度。即使在电机温升导致 Rr 变化的情况下，系统仍能维持良好性能。
3.3 高效的仿真-实物一致性设计
- 所有运算通过
IQmathLib.h中的宏（如IQmpy,IQatan2PU）封装，模拟定点数行为。 - 在 Simulink 中通过
mex main.c编译为 S-Function，实现“仿真即代码”，大幅缩短开发周期。 - 电机参数（Rs, Rr, Ls, Lr, Lm, 极对数等）与控制器参数（PI 增益、截止频率等）均在
Settings.h中集中定义，便于调试与移植。
3.4 多维度状态输出与可观测性
main.c的输出端口多达 17 组，涵盖：
- PWM 占空比（Ta, Tb, Tc）
- 各坐标系电流/电压（abc, αβ, dq）
- 磁链估计值（电压模型 vs 电流模型）
- 补偿电压、滑差频率、估算转速（pu 与 rpm）
- 内部状态变量（如积分项、角度等）
这为算法验证、故障诊断、性能调优提供了丰富数据支持。
4. 总结
本代码不仅是一套可运行的无传感器矢量控制实现，更是一个高度工程化、模块清晰、调试友好、性能卓越的电机控制软件框架。其功能设计紧扣“无传感器”这一核心挑战，通过融合观测器、双闭环控制、SVPWM 调制等关键技术，实现了工业级异步电机的高性能驱动。代码结构与 Simulink 集成方式，使其成为从学术研究到产品落地的理想桥梁。
