Основанный на потоке контроллер PM

Контроллер для основанного на потоке постоянного магнита синхронный двигатель

Библиотека:
Powertrain Blockset / Движение / Контроллеры Электродвигателя

Описание

Блок Flux Based PM Controller реализует основанный на потоке, ориентированный на поле контроллер для внутреннего постоянного магнита синхронного двигателя (PMSM) с дополнительным контроллером скорости внешнего цикла. Внутреннее управление крутящим моментом реализует стратегии достижения максимального крутящего момента на ампер (MTPA) и ослабления магнитного потока. Можно задать или скорость или закрутить тип управления.

Основанный на потоке Контроллер PM реализует уравнения для регулировки скорости, определения крутящего момента, регуляторов, преобразовывает, и двигатели.

Фигура иллюстрирует информационный поток в блоке.

Блок реализует уравнения с помощью этих переменных.

ω	Скорость ротора
ω*	Команда скорости ротора
T*	Закрутите команду
_id _id*	текущая d-ось d-ось текущая команда
_iq _iq*	текущая q-ось q-ось текущая команда
_vd, _vd*	напряжение d-оси команда напряжения d-оси
_vq _vq*	напряжение q-оси команда напряжения q-оси
_va, _vb, _vc	Фаза a Stator, b, c напряжения
_ia, _ib, _ic	Фаза a Stator, b, c токи

Контроллер скорости

Чтобы реализовать контроллер скорости, выберите параметр Control Type Speed Control. Если вы выбираете параметр Control Type Torque Control, блок не реализует контроллер скорости.

Контроллер скорости определяет команду крутящего момента путем реализации фильтра состояния и вычисления команд обратной связи и feedforward. Если вы не реализуете контроллер скорости, введите команду крутящего момента к блоку Flux Based PM Controller.

Фильтр состояния

Фильтр состояния является фильтром нижних частот, который генерирует ускоряющую команду на основе команды скорости. Дискретной формой характеристического уравнения дают:

$z + K_{s f} T_{s m} - 1$

Фильтр вычисляет усиление с помощью этого уравнения.

$K_{s f} = \frac{1 - \exp (- T_{s m} 2 π E V_{s f})}{T_{s m}}$

Уравнения используют эти переменные.

_EVsf	Пропускная способность фильтра команды скорости
_Tsm	Контроллер движения шаг расчета
_Ksf	Временная константа регулятора скорости

Обратная связь состояния

Чтобы сгенерировать крутящий момент обратной связи состояния, блок использует отфильтрованный сигнал скоростной погрешности от фильтра состояния. Чтобы отфильтровать скорость, блок использует контроллер пропорционального интеграла (PI).

$T_{c m d} = K p_{ω} (ω_{m}^{*} - ω_{m}) + K i_{ω} \frac{z T_{s m}}{z - 1} (ω_{m}^{*} - ω_{m})$

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Скорость ротора
_ωm*	Команда скорости ротора
_Tcmd	Закрутите команду
_Kpω	Регулятор скорости пропорциональное усиление
_Kiω	Усиление интеграла регулятора скорости
_Tsm	Частота дискретизации регулятора скорости

Команда Feedforward

Чтобы сгенерировать состояние feedforward крутящий момент, блок использует отфильтрованную скорость и ускорение от фильтра состояния. Кроме того, вычисление крутящего момента feedforward использует инерцию, вязкое затухание и статическое трение. Чтобы достигнуть нулевой ошибки отслеживания, команда крутящего момента является суммой feedforward и команд крутящего момента обратной связи.

Команда крутящего момента feedforward использует это уравнение.

$T_{c m d_f f} = J_{p} {\dot{ω}}_{m} + F_{v} ω_{m} + F_{s} \frac{ω_{m}}{| ω_{m} |}$

где:

_Jp	Инерция ротора
_{Tcmd_ff}	Закрутите команду feedforward
_Fs	Статический постоянный крутящий момент трения
_Fv	Вязкий постоянный крутящий момент трения
_Fs	Статический постоянный крутящий момент трения
_ωm	Скорость ротора

Текущая команда

Блок использует интерполяционные таблицы, чтобы определить d-ось и q-ось текущие команды. Интерполяционные таблицы являются функциями механической скорости и крутящего момента. Чтобы определить интерполяционные таблицы, можно использовать внешний анализ конечных элементов (FEA) модели или динамометрические результаты испытаний.

$\begin{array}{l} i_{d r e f} = f (| ω_{m} |, | T_{r e f} |) \\ i_{q r e f} = s i g n (T_{r e f}) * f (| ω_{m} |, | T_{r e f} |) \end{array}$

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Скорость ротора
_Tref	Закрутите команду
_idref, _iqref	d-и текущая ссылка q-оси, соответственно

Команда напряжения

Блок использует эти уравнения, чтобы вычислить напряжение в моторном ссылочном кадре.

$\begin{array}{l} v_{d} = \frac{d ψ_{d}}{d t} + R_{s} i_{d} - ω_{e} ψ_{q} \\ v_{q} = \frac{d ψ_{q}}{d t} + R_{s} i_{q} + ω_{e} ψ_{d} \end{array}$

$\begin{array}{l} \frac{d ψ_{d}}{d t} + R_{s} i_{d} = K p_{d} (i_{d}^{*} - i_{d}) + K i_{d} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{d}^{*} - i_{d}) \\ \frac{d ψ_{q}}{d t} + R_{s} i_{q} = K p_{q} (i_{q}^{*} - i_{q}) + K i_{q} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{q}^{*} - i_{q}) \\ v_{d} = K p_{i} (i_{d}^{*} - i_{d}) + K i_{d} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{d}^{*} - i_{d}) + ω_{e} ψ_{q} \\ v_{q} = K p_{i} (i_{q}^{*} - i_{q}) + K i_{q} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{q}^{*} - i_{q}) - ω_{e} ψ_{d} \\ ψ_{q} = f (i_{d}, i_{q}) \\ ψ_{d} = f (i_{d}, i_{q}) \end{array}$

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Скорость механического устройства ротора
_ωe	Ротор электрическая скорость
_Rs, _Rr	Сопротивление статора и обмоток ротора, соответственно
_iq, _id	q-и текущая d-ось, соответственно
_vq, _vd	q-и напряжение d-оси, соответственно
_Ψq, _Ψd	q-и магнитный поток d-оси, соответственно
_Tst	Текущая частота дискретизации регулятора
_Kid , _Kiq	d-и q-усиление интеграла оси, соответственно
_Kpd , _Kpq	d-и q-ось пропорциональное усиление, соответственно

Преобразовывает

Чтобы вычислить напряжения и токи в трехфазном сбалансированном (a, b) количества, двухфазная квадратура (α, β) количества, и вращающийся (d, q) ссылочные кадры, блок использует Преобразования Кларка и Парка.

В уравнениях преобразования.

$\begin{array}{l} ω_{e} = P ω_{m} \\ \frac{d θ_{e}}{d t} = ω_{e} \end{array}$

Преобразовать	Описание	Уравнения
Кларк	Преобразовывает сбалансированные трехфазные количества (a, b) в сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = \frac{}{23} x_{a} - \frac{}{13} x_{b} - \frac{}{13} x_{c} \\ x_{β} = \frac{\sqrt{3}}{2} x_{b} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{c} \end{array}$
Парк	Преобразовывает сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β) в ортогональный кадр ссылки вращения (d, q).	$\begin{array}{l} x_{d} = x_{α} потому что θ_{e} + x_{β} \sin θ_{e} \\ x_{q} = - x_{α} \sin θ_{e} + x_{β} потому что θ_{e} \end{array}$
Инверсия Кларк	Преобразовывает сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β) в сбалансированные трехфазные количества (a, b).	$\begin{array}{l} x_{a} = x_{a} \\ x_{b} = - \frac{}{12} x_{α} + \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \\ x_{c} = - \frac{}{12} x_{α} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \end{array}$
Обратный парк	Преобразовывает ортогональный кадр ссылки вращения (d, q) в сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = x_{d} потому что θ_{e} - x_{q} \sin θ_{e} \\ x_{β} = x_{d} \sin θ_{e} + x_{q} потому что θ_{e} \end{array}$

Преобразования используют эти переменные.

_ωm	Скорость ротора
P	Пары полюса ротора
_ωe	Ротор электрическая скорость
_Θe	Ротор электрический угол
x	Ток фазы или напряжение

Двигатель

Блок использует токи фазы и напряжения фазы, чтобы оценить текущую шину DC. Положительный ток указывает на выброс батареи. Отрицательный ток указывает на заряд батареи.

Блок использует эти уравнения.

Загрузите степень	$L d_{P w r} = v_{a} i_{a} + v_{b} i_{b} + v_{c} i_{c}$
Исходная степень	$S r c_{P w r} = L d_{P w r} + P w r_{L o s s}$
Текущая шина DC	$i_{b u s} = \frac{S r c_{P w r}}{v_{b u s}}$
Предполагаемый крутящий момент ротора	$T_{e} = 1.5 P [ψ_{d} i_{q} - ψ_{q} i_{d}]$
Потери мощности для одного источника эффективности, чтобы загрузить	$P w r_{L o s s} = \frac{100 - E f f}{E f f} \cdot L d_{P w r}$
Потери мощности для одной эффективности загружают к источнику	$P w r_{L o s s} = \frac{100 - E f f}{100} \cdot \| L d_{P w r} \|$
Потери мощности для сведенной в таблицу эффективности	$P w r_{L o s s} = f (ω_{m}, M t r T r q_{e s t})$

Уравнения используют эти переменные.

_va, _vb, _vc	Фаза a Stator, b, c напряжения
_vbus	Предполагаемое напряжение на шине DC
_ia, _ib, _ic	Фаза a Stator, b, c токи
_ibus	Предполагаемая текущая шина DC
Eff	Полная эффективность инвертора
_ωm	Скорость механического устройства ротора
_Lq, _Ld	q-и d-ось извилистая индуктивность, соответственно
_Ψq, _Ψd	q-и магнитный поток d-оси, соответственно
_iq, _id	q-и текущая d-ось, соответственно
λ	Потокосцепление постоянного магнита
P	Пары полюса ротора

Электрические потери

Задавать электрические потери, на вкладке Electrical Losses, для Parameterize losses by, избранной одной из этих опций.

Установка Блокируйте реализацию

Установка	Блокируйте реализацию
`Single efficiency measurement`	Электрическая потеря вычислила использование постоянного значения для эффективности инвертора.
`Tabulated loss data`	Электрическая потеря, вычисленная как функция частот вращения двигателя и крутящих моментов загрузки.
`Tabulated efficiency data`	Электрическая потеря вычислила с помощью эффективности инвертора, которая является функцией крутящих моментов загрузки и частот вращения двигателя. Преобразовывает значения эффективности, которые вы обеспечиваете в потери, и использует сведенные в таблицу потери для симуляции. Игнорирует значения эффективности, вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент. Потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем. Линейная интерполяция использования, чтобы определить потери. Обеспечьте сведенные в таблицу данные для низких скоростей и низких крутящих моментов, как требуется, чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени. Не экстраполирует значения потерь для скорости и закручивает значения, которые превышают область значений таблицы.

Single efficiency measurement

Электрическая потеря вычислила использование постоянного значения для эффективности инвертора.

Tabulated loss data

Электрическая потеря, вычисленная как функция частот вращения двигателя и крутящих моментов загрузки.

Tabulated efficiency data

Электрическая потеря вычислила с помощью эффективности инвертора, которая является функцией крутящих моментов загрузки и частот вращения двигателя.

Преобразовывает значения эффективности, которые вы обеспечиваете в потери, и использует сведенные в таблицу потери для симуляции.
Игнорирует значения эффективности, вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент. Потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем.
Линейная интерполяция использования, чтобы определить потери. Обеспечьте сведенные в таблицу данные для низких скоростей и низких крутящих моментов, как требуется, чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени.
Не экстраполирует значения потерь для скорости и закручивает значения, которые превышают область значений таблицы.

Для лучшой практики используйте Tabulated loss data вместо Tabulated efficiency data:

Эффективность заболевает заданная для нулевой скорости или нулевого крутящего момента.
Можно объяснить постоянные составляющие потерь, которые все еще присутствуют для нулевой скорости или крутящего момента.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`SpdReq` — Команда скорости ротора
`scalar`

Команда скорости ротора, _ω*m, в rad/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed Control для параметра Control Type.

`TrqCmd` — Закрутите команду
`scalar`

Закрутите команду, T*, в N · m.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque Control для параметра Control Type.

`BusVolt` — Напряжение на шине DC
`scalar`

Напряжение на шине DC, _vbus, в V.

`PhaseCurrA` — Текущий
`scalar`

Статор текущая фаза a, _ia, в A.

`PhaseCurrB` — Текущий
`scalar`

Статор текущая фаза b, _ib, в A.

`SpdFdbk` — Скорость ротора
`scalar`

Скорость ротора, _ωm, в rad/s.

`PosFdbk` — Ротор электрический угол
`scalar`

Ротор электрический угол, _Θm, в раде.

Вывод

развернуть все

`Информация` Сигнал шины
шина

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блока.

Сигнал	Описание	Модули
`SrcPwr`	Исходная степень	W
`LdPwr`	Загрузите степень	W
`PwrLoss`	Потери мощности	W
`MtrTrqEst`	Предполагаемый моторный крутящий момент	N·

`BusCurr` — Текущая шина
`scalar`

Предполагаемая текущая шина DC, _ibus, в A.

`PhaseVolt` — Напряжения терминала статора
`array`

Напряжения терминала статора, _Va, _Vb и _Vc, в V.

Параметры

развернуть все

Блокируйте опции

`Control Type` — Выберите управление
`Speed Control` (значение по умолчанию) | `Torque Control`

Если вы выбираете Torque Control, блок не реализует контроллер скорости.

Эта таблица суммирует конфигурации порта.

Конфигурация порта	Создает порты
`Speed Control`	`SpdReq`
`Torque Control`	`TrqCmd`

Моторные параметры

`Number of pole pairs, PolePairs` — Полюса
`scalar`

Моторные пары полюса, P.

`Vector of d-axis current breakpoints, id_index` — Текущий
`vector`

текущая d-ось, _{id_index}, в A.

`Vector of q-axis current breakpoints, iq_index` — текущий
`vector`

текущая q-ось, _{iq_index}, в A.

`Corresponding d-axis flux, lambda_d` — Поток
`vector`

поток d-оси, _λd, в Wb.

`Corresponding q-axis flux, lambda_q` — Поток
`vector`

поток q-оси, _λq, в Wb.

Текущий контроллер

`Sample time for the torque control, Tst` — Время
`scalar`

Закрутите время контрольной выборки, _Tst, в s.

`D-axis proportional gain, Kp_d` — Усиление
`scalar`

d-ось пропорциональное усиление, _Kpd, в V/A.

`Q-axis proportional gain, Kp_q` — Усиление
`scalar`

q-ось пропорциональное усиление, _Kpq, в V/A.

`D-axis integral gain, Ki_d` — Усиление
`scalar`

усиление интеграла d-оси, _Kid, в V/A · s.

`Q-axis integral gain, Ki_q` — Усиление
`scalar`

усиление интеграла оси q-, _Kiq, в V/A · s.

`Vector of speed breakpoints, wpb` — Точки останова
`vector`

Точки останова скорости, _ωbp, в rad/s.

`Vector of torque breakpoints, tpb` — Точки останова
`vector`

Закрутите точки останова, _Tbp, в N · m.

`Corresponding d-axis current reference, id_ref` — Текущий
`vector`

текущая ссылка d-оси, _idref, в A.

`Corresponding q-axis current reference, iq_ref` — Текущий
`vector`

текущая ссылка q-оси, _iqref, в A.