Flux-Based PM Controller

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.

Flux Based PM Controller 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

i*d

текущая d-ось

d-ось текущая команда

iq

i*q

текущая q-ось

q-ось текущая команда

vd,

v*d

напряжение d-оси

команда напряжения d-оси

vq

v*q

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 с блоком Flux Based PM Controller.

Фильтр состояния

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

z+KsfTsm1

Фильтр вычисляет усиление с помощью этого уравнения.

Ksf=1exp(Tsm2πEVsf)Tsm

Уравнения используют эти переменные.

EVsf

Пропускная способность фильтра команды скорости

Tsm

Контроллер движения шаг расчета

Ksf

Постоянная времени 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).

Tcmd=Kpω(ωm*ωm)+KiωzTsmz1(ωm*ωm)

Уравнения используют эти переменные.

ωm

Скорость ротора

ω*m

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 крутящий момент feedforward состояния, 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.

Tcmd_ff= Jpω˙m+Fvωm+Fs ωm|ωm|

где:

Jp

Инерция ротора

Tcmd_ff

Команда крутящего момента feedforward

Fs

Статический постоянный момент трения

Fv

Вязкий постоянный момент трения

Fs

Статический постоянный 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.

idref=f(|ωm|,|Tref|)iqref=sign(Tref)f(|ωm|,|Tref|)

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 моторной системе координат.

vd=dψddt+Rsidωeψqvq=dψqdt+Rsiq+ωeψd

dψddt+Rsid=Kpd(id*id)+KidzTstz1(id*id)dψqdt+Rsiq=Kpq(iq*iq)+KiqzTstz1(iq*iq)vd=Kpi(id*id)+KidzTstz1(id*id)+ωeψqvq=Kpi(iq*iq)+KiqzTstz1(iq*iq)ωeψdψq=f(id,iq)ψd=f(id,iq)

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

Преобразовывания

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

В уравнениях преобразования.

ωe=Pωmdθedt= ωe

ПреобразоватьОписаниеУравнения

Кларк

Преобразует сбалансированные трехфазные количества (a, b) в сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β).

xα= 23xa 13xb 13xcxβ= 32xb 32xc

Парк

Преобразует сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β) в ортогональную систему координат вращения (d, q).

xd= xαпотому чтоθe+ xβsinθexq= xαsinθe+ xβпотому чтоθe

Инверсия Кларк

Преобразует сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β) в сбалансированные трехфазные количества (a, b).

xa= xaxb= 12xα+ 32xβxc= 12xα 32xβ

Обратный парк

Преобразует ортогональную систему координат вращения (d, q) в сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β).

xα= xdпотому чтоθe xqsinθexβ= xdsinθe+ xqпотому чтоθe

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

LdPwr=va ia+ vb ib+ vc ic

Исходная степень

SrcPwr= LdPwr+PwrLoss

Текущая шина DC

ibus= SrcPwrvbus

Предполагаемый крутящий момент ротора

Te=1.5P[ψdiqψqid]

Потери мощности для одного источника КПД, чтобы загрузить

PwrLoss=100EffEffLdPwr

Потери мощности для одного КПД загружают к источнику

PwrLoss=100Eff100|LdPwr|

Потери мощности для сведенного в таблицу КПД

PwrLoss= f(ωm,MtrTrqest)

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

Полный КПД 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.

УстановкаБлокируйте реализацию
Single efficiency measurement

Электрическая потеря вычислила использование постоянного значения для КПД инвертора.

Tabulated loss data

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

Tabulated efficiency data

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

  • Преобразует значения КПД, которые вы вводите в потери, и использует сведенные в таблицу потери в симуляции.

  • Игнорирует значения КПД, 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. Введите таблицу данных 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 величины, которые превышают область значений таблицы.

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

  • КПД заболевает заданный 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

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

Зависимости

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

Закрутите команду, T*, в N · m.

Зависимости

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

Напряжение на шине DC, vbus, в V.

Статор текущая фаза a, ia, в A.

Статор текущая фаза b, ib, в A.

Скорость ротора, ωm, в rad/s.

Ротор электрический угол, Θm, в рад.

Вывод

развернуть все

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блока.

СигналОписаниеМодули

SrcPwr

Исходная степень

W

LdPwr

Загрузите степень

W

PwrLoss

Потери мощности

W

MtrTrqEst

Предполагаемый моторный крутящий момент

Предполагаемая текущая шина DC, ibus, в A.

Напряжения терминала статора, Va, Vb и Vc, в V.

Параметры

развернуть все

Блокируйте опции

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

Эта таблица суммирует конфигурации порта.

Конфигурация портаСоздает порты
Speed Control

SpdReq

Torque Control

TrqCmd

Моторные параметры

Моторные пары полюса, P.

текущая d-ось, id_index, в A.

текущая q-ось, iq_index, в A.

поток d-оси, λd, в Wb.

поток q-оси, λq, в Wb.

Текущий контроллер

Закрутите время контрольной выборки, Tst, в s.

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

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

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

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

Точки останова скорости, ωbp, в rad/s.

Закрутите точки останова, Tbp, в N · m.

текущая ссылка d-оси, idref, в A.

текущая ссылка q-оси, iqref, в A.

Контроллер скорости

Постоянная времени регулятора скорости, Ksf, в 1/с.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для параметра Control Type, выбирают Speed Control.

Пропорциональное усиление, Kpω, в N · m / (rad/s).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для параметра Control Type, выбирают Speed Control.

Интегральное усиление, Kiω N · m/rad.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для параметра Control Type, выбирают Speed Control.

Компенсация инерции, в kg · м^2.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для параметра Control Type, выбирают Speed Control.

Статическое трение, в N · m.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для параметра Control Type, выбирают Speed Control.

Вязкая компенсация затухания, в N · m / (rad/s).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для параметра Control Type, выбирают Speed Control.

Электрические потери

УстановкаБлокируйте реализацию
Single efficiency measurement

Электрическая потеря вычислила использование постоянного значения для КПД инвертора.

Tabulated loss data

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

Tabulated efficiency data

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

  • Преобразует значения КПД, которые вы вводите в потери, и использует сведенные в таблицу потери в симуляции.

  • Игнорирует значения КПД, 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. Введите таблицу данных 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 величины, которые превышают область значений таблицы.

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

  • КПД заболевает заданный для нулевой скорости или нулевого крутящего момента.

  • Можно объяснить постоянные составляющие потерь, которые все еще присутствуют для нулевой скорости или крутящего момента.

Полный КПД инвертора, Eff, в %.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для Parameterize losses by, выбирают Tabulated loss data.

Скорость устанавливает точки останова для интерполяционной таблицы при вычислении потерь в rad/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для Parameterize losses by, выбирают Tabulated loss data.

Закрутите точки останова для интерполяционной таблицы при вычислении потерь в N · m.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для Parameterize losses by, выбирают Tabulated loss data.

Массив значений за электрические потери как функция M скорости и N крутящие моменты, в W. Каждое значение задает потери для определенной комбинации скорости и крутящего момента. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными векторами крутящего момента и скоростью.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для Parameterize losses by, выбирают Tabulated loss data.

Скорость устанавливает точки останова для интерполяционной таблицы при вычислении КПД в rad/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для Parameterize losses by, выбирают Tabulated efficiency data.

Закрутите точки останова для интерполяционной таблицы при вычислении КПД в N · m.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для Parameterize losses by, выбирают Tabulated efficiency data.

Массив КПД как функция M скорости и N закрутите в %. Каждое значение задает КПД для определенной комбинации скорости и крутящего момента. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными векторами крутящего момента и скоростью.

Блок игнорирует значения КПД для нулевой скорости или нулевого крутящего момента. Потери являются нулем, когда или крутящий момент или скорость являются нулем. Блок использует линейную интерполяцию.

Чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени, можно ввести таблицу данных для низких скоростей и низких крутящих моментов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, для Parameterize losses by, выбирают Tabulated efficiency data.

Ссылки

[1] Ху, Dakai, Yazan Alsmadi и Луня Сюй. “Высокое качество нелинейное моделирование IPM на основе измеренного статора извилистое потокосцепление”. IEEE® Transactions на Промышленных Приложениях, Издании 51, № 4, июль/август 2015.

[2] Чен, Сяо, Джиэбин Ван, Bhaskar Сенатор, Панайотис Лазари, Tianfu Sun. “Высокочастотная и В вычислительном отношении Эффективная Модель для Внутренних Машин Постоянного магнита, Рассматривая Магнитное Насыщение, Пространственные Гармоники и Железный Эффект Потерь”. Транзакции IEEE на Industrial Electronics, Издании 62, № 7, июль 2015.

[3] Оттоссон, J., М. Алэкула. “Компактное поле, ослабляющее реализацию контроллера”. Международный Симпозиум по Силовой электронике, Электрическим Дискам, Автоматизации и Движению, июль 2006.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Введенный в R2017b

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте