Simplified PMSM Drive
Бесщеточная модель электродвигателя с управлением крутящим моментом с обратной связью
Описание
Блок Simplified PMSM Drive представляет бесщеточную модель электродвигателя с управлением крутящим моментом с обратной связью. Этот блок абстрагирует поведение скорости крутящего момента объединенного моторного и моторного драйвера для того, чтобы поддержать симуляцию уровня системы, где скорость симуляции важна.
Блок разрешает только область значений крутящих моментов и скоростей, которые задает конверт скорости крутящего момента. В настройке блока по умолчанию вы задаете эти данные в диалоговом окне блока как набор точек данных скорости и соответствующих максимальных значений крутящего момента. Следующий рисунок показывает типичный конверт скорости крутящего момента для сервопривода.
Задайте конверт скорости крутящего момента для положительной области крутящего момента только, то есть, квадранты 1 и 4. Если вы задаете только для положительных скоростей (квадрант 1 или, эквивалентно, автомобильная область), то квадрант 4 конверта крутящего момента задан блоком как зеркальное отображение квадранта 1. Конверт скорости крутящего момента сервопривода имеет тот же профиль, когда двигатель действует в обратном направлении (квадранты 2 и 3).
Вместо того, чтобы обеспечить сведенные в таблицу данные скорости крутящего момента, можно задать максимальный крутящий момент и максимальную мощность. Это приводит к профилю конверта скорости крутящего момента, показанному ниже. Другие три операционных квадранта ограничиваются этим тем же профилем.
Блок производит положительный крутящий момент, действующий из механического устройства C к портам R.
Моделирование электрических потерь
Блок позволяет и упрощенное и сведенное в таблицу определение электрических потерь. Значение по умолчанию, упрощенное, поведение должно смоделировать потери как сумму следующих четырех условий:
Серийное сопротивление между предоставлением мощности постоянного тока и электроприводом.
Постоянные составляющие потерь, независимые от крутящего момента и скорости, P0. Используйте это, чтобы составлять фиксированные потери конвертера.
Зависимая крутящим моментом электрическая потеря k τ2, где τ является крутящим моментом и k, является константой. Это представляет омические потери в медных обмотках.
Зависимая скоростью электрическая потеря kw ω2, где ω является скоростью и kw, является константой. Это представляет железные потери, подлежащие выплате вертеться в водовороте токи.
В качестве альтернативы можно ввести сведенные в таблицу значения потерь как функцию частоты вращения двигателя и загрузить крутящий момент. При использовании этой опции обеспечьте данные для всех операционных квадрантов, в которых запустится ваша симуляция. Если вы обеспечиваете частичные данные (например, только для квадранта 1 прямая автомобильная область), то другие квадранты приняты, чтобы повторить тот же шаблон потерь. Это обычно будет правильно для противоположной автомобильной области, но может быть приближением для тормозящих/генерирующих квадрантов. Блок не делает никакой экстраполяции значений потерь для скорости и закручивает величины, которые превышают область значений таблицы.
Наконец, можно задать электрические потери при помощи сведенных в таблицу данных о КПД вместо одного измерения КПД или сведенных в таблицу данных потерь. При использовании этой опции также обеспечьте данные для всех операционных квадрантов, в которых запустится ваша симуляция. Если вы обеспечиваете частичные данные (например, только для квадранта 1 прямая автомобильная область), то другие квадранты приняты, чтобы повторить тот же шаблон потерь.
Лучшая практика состоит в том, чтобы обеспечить сведенные в таблицу данные потерь как функцию скорости и крутящего момента, а не сведенных в таблицу данных о КПД, потому что:
КПД становится неточно указанным для нулевой скорости или нулевого крутящего момента.
Используя потери, можно также объяснить постоянные составляющие потерь, которые все еще присутствуют для нулевой скорости или крутящего момента.
Если вы используете сведенную в таблицу опцию КПД:
Блок преобразует значения КПД, которые вы вводите в потери, и использует сведенные в таблицу потери в симуляции.
Значения КПД вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент, проигнорированы, и потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем.
Блок использует линейную интерполяцию, 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.
Блок не делает никакой экстраполяции значений потерь для скорости и закручивает величины, которые превышают область значений таблицы.
Когда вы обеспечиваете сведенные в таблицу данные о потере или КПД, можно также задать его как функцию скорости, загрузить крутящий момент и напряжение предоставления DC. Эта опция полезна, когда напряжение предоставления не отрегулировано и может варьироваться во время симуляции. Одним примером является ходовая часть электромобиля, которая не имеет регулятора DC-DC в восходящем направлении электропривода. Используйте блок Simplified PMSM Drive, чтобы смоделировать электропривод и ввести сведенные в таблицу значения потери или КПД как функцию частоты вращения двигателя, крутящего момента загрузки и напряжения предоставления DC.
Блокируйте варианты
Блок обеспечивает четыре варианта моделирования, доступные путем щелчка правой кнопкой по блоку по блок-схеме и затем выбирания подходящей опции из контекстного меню, под > :
— Базовая модель, которая не симулирует отказы или термальные эффекты. Это значение по умолчанию.
— Модель с осушенным тепловым портом. Эта модель не симулирует отказы.
— Модель с отсоединенным портом управления отказа. Эта модель не симулирует термальные эффекты.
— Модель, которая позволяет вам симулировать и отказы и термальные эффекты. И тепловой порт и входной порт отказа отсоединены.
Тепловые порты
Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, выберите один из вариантов блока что термальные эффекты модели, как описано в Вариантах Блока. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port и Temperature Dependence. Эти параметры описаны далее на этой странице с описанием.
Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты медных потерь сопротивления, которые преобразуют электроэнергию нагреться. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов в блоках привода смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.
Симуляция отказов
Можно использовать входной порт физического сигнала F, чтобы симулировать отказ сервопривода, а также соединение и разъединение предоставления DC. Вы не можете симулировать разъединение предоставления DC путем простого открытия переключателя, потому что должно быть конечное напряжение на терминалах сервопривода, произведя ток, который балансирует электроэнергию и механическую энергию.
Чтобы отсоединить порт управления отказа, выберите один из faultable вариантов блока, как описано в Вариантах Блока. Это действие отображает входной порт физического сигнала F на значке блока и добавляет вкладку Faults в диалоговое окно блока. Это переходит, описан далее на этой странице с описанием.
Если сигнал соединяется с портом F, то блок работает согласно установкам параметров с вкладкой Faults. Например, если Fault condition является Faulted if F >= Fault threshold, затем, когда сигнал в порте F повышается выше значения Fault threshold, сервопривод прекращает действовать, нулевой ток взят из стороны предоставления, и нулевой ток предоставляется стороне загрузки.
Предположения и ограничения
Порты
Входной параметр
развернуть все
Tr — Ссылочный спрос на крутящий момент
физический
Физический входной порт сопоставлен со ссылочным спросом на крутящий момент.
F — Порт отказа сервопривода
физический
Физический входной порт сопоставлен с симуляцией отказа сервопривода.
Зависимости
Этот порт отображается только, когда вы выбираете faultable вариант блока, как описано в Вариантах Блока..
Вывод
развернуть все
W — Механическая скорость выводится
физический
Физический выходной порт сопоставлен с механической скоростью.
Сохранение
развернуть все
+ — Положительное электрическое предоставление DC
электрический
Электрический порт сохранения сопоставлен с положительным электрическим предоставлением DC.
- — Отрицательное электрическое предоставление DC
электрический
Электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательным электрическим предоставлением DC.
C — Моторный случай
механическое устройство
Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным случаем.
R — Моторный ротор
механическое устройство
Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным ротором.
Параметры
развернуть все
Электрический крутящий момент
Parameterize by — Параметризуйте
Tabulated torque-speed envelope (значение по умолчанию) | Maximum torque and power
Выберите один из следующих методов для параметризации блока:
Tabulated torque-speed envelope — Обеспечьте векторы скоростей вращения и соответствующих максимальных значений крутящего момента. Это - опция по умолчанию.
Maximum torque and power — Задайте конверт скорости крутящего момента путем введения значений для максимального допустимого крутящего момента и моторной степени.
Vector of rotational speeds — Вектор скоростей вращения
[0, 3750, 7500, 8000] rpm (значение по умолчанию)
Скорости вращения для допустимой установившейся операции. Чтобы избежать низкой производительности из-за бесконечного наклона в кривой скорости крутящего момента, задайте вектор скоростей вращения, который не содержит дублирующиеся последовательные значения.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize by на Tabulated torque-speed envelope.
Vector of maximum torque values — Вектор максимальных значений крутящего момента
[.09, .08, .07, 0] Nm (значение по умолчанию)
Максимальные значения крутящего момента для допустимой установившейся операции. Эти значения соответствуют скоростям в параметре Vector of rotational speeds и задают конверт скорости крутящего момента для двигателя.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize by на Tabulated torque-speed envelope.
Maximum torque — Максимальный крутящий момент
0.1 Nm (значение по умолчанию)
Максимальный допустимый моторный крутящий момент.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize by на Maximum torque and power.
Maximum power — Максимальная мощность
30 W (значение по умолчанию)
Максимальная допустимая моторная степень.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize by на Maximum torque and power.
Torque control time constant, Tc — Закрутите постоянную времени управления
0.02 s (значение по умолчанию)
Постоянная времени, с которой моторный драйвер отслеживает спрос на крутящий момент.
Электрические потери
Parameterize losses by — Электрическая параметризация потерь
Single efficiency measurement (значение по умолчанию) | Tabulated loss data as a function of speed and torque | Tabulated efficiency data as a function of speed and torque | Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage | Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage
Выберите один из следующих методов для электрической параметризации потерь:
Single efficiency measurement — Смоделируйте потери как сумму четырех условий, перечисленных в описании блока, в одной точке измерения.
Tabulated loss data as a function of speed and torque — Определите ущербы от двумерного поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, загрузите крутящие моменты и соответствующие потери.
Tabulated efficiency data as a function of speed and torque — Определите ущербы от двумерного поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, загрузите крутящие моменты и соответствующие КПД.
Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage — Определите ущербы от 3D поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, загрузите крутящие моменты, напряжения предоставления DC и соответствующие потери.
Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage — Определите ущербы от 3D поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, загрузите крутящие моменты, напряжения предоставления DC и соответствующие КПД.
Смотрите Моделирующие Электрические Потери для деталей.
Motor and driver overall efficiency (percent) — Двигатель и драйвер полный КПД
100
Блок задает полный КПД как
где:
τ 0 представляет Torque at which efficiency is measured.
ω 0 представляет Speed at which efficiency is measured.
P 0 представляет Fixed losses independent of torque or speed.
представляет зависимые крутящим моментом электрические потери.
kw ω2 представляет зависимые скоростью железные потери.
При инициализации блок решает уравнение КПД для k. Блок пропускает потери, сопоставленные с затуханием ротора.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.
Speed at which efficiency is measured — Скорость, на которой измеряется КПД
3750 rpm (значение по умолчанию)
Скорость, что использование блока, чтобы вычислить зависимые крутящим моментом электрические потери.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.
Torque at which efficiency is measured — Закрутите, в котором измеряется КПД
0.08 Nm (значение по умолчанию)
Закрутите это использование блока, чтобы вычислить зависимые крутящим моментом электрические потери.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.
Iron losses — Железные потери
0 W (значение по умолчанию)
Железные потери на скорости и крутящий момент, в котором задан КПД.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.
Fixed losses independent of torque and speed — Постоянные составляющие потерь, независимые от крутящего момента и скорости
0 W (значение по умолчанию)
Фиксированная электрическая потеря сопоставила с драйвером, когда моторный ток и крутящий момент являются нулем.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.
Vector of speeds (w) for tabulated losses — Вектор скоростей (w) за сведенные в таблицу потери
[-8000, -4000, 0, 4000, 8000] rpm (значение по умолчанию)
Вектор значений скорости, чтобы использоваться в поиске по таблице при вычислении потерь.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed and torque, Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage, Tabulated efficiency data as a function of speed and torque, или Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.
Vector of torques (T) for tabulated losses — Вектор крутящих моментов (T) за сведенные в таблицу потери
[0, .03, .06, .09] Nm (значение по умолчанию)
Вектор значений скорости, чтобы использоваться в поиске по таблице при вычислении потерь.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed and torque, Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage, Tabulated efficiency data as a function of speed and torque, или Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.
Vector of DC supply voltages (v) for tabulated losses — Вектор DC предоставляет напряжения (v) за сведенные в таблицу потери
[100, 250, 400] V (значение по умолчанию)
Вектор DC предоставляет напряжения, чтобы использоваться в поиске по таблице при вычислении потерь.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage или Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.
Corresponding losses, P(w,T) — Соответствующие потери
[1.49, 1.67, 2.21, 3.1; .42, .69, 1.14, 2.03; .06, .24, .78, 1.68; .42, .69, 1.14, 2.03; 1.49, 1.67, 2.21, 3.1] W (значение по умолчанию)
Сведенные в таблицу значения за электрические потери как функция скорости и крутящего момента, чтобы использоваться в 2D поиске по таблице. Каждое значение в матрице задает потери для определенной комбинации скорости и крутящего момента. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными векторами крутящего момента и скоростью.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed and torque.
Corresponding efficiency (percent), E(w,T) — Соответствующий КПД (процент), E (w, T)
[95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95]
Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, как функция скорости и крутящего момента, чтобы использоваться в 2D поиске по таблице. Каждое значение в матрице задает КПД для определенной комбинации скорости и крутящего момента. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными векторами крутящего момента и скоростью. Значения КПД вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент, проигнорированы, и потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем. Блок использует линейную интерполяцию, 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.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated efficiency data as a function of speed and torque.
Corresponding losses, P(w,T,v) — Соответствующие потери, P (w, T, v)
ones(5, 4, 3)
W (значение по умолчанию)
Сведенные в таблицу значения за электрические потери как функция скорости, крутящего момента и DC предоставляют напряжение, чтобы использоваться в 3D поиске по таблице. Каждое значение в матрице задает потери для определенной комбинации скорости, крутящего момента и напряжения предоставления DC. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными этими тремя векторами.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.
Corresponding efficiency (percent), E(w,T,v) — Соответствующий КПД (процент), E (w, T, v)
95 * ones(5, 4, 3) (значение по умолчанию)
Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, как функция скорости, крутящий момент и DC предоставляют напряжение, чтобы использоваться в 3D поиске по таблице. Каждое значение в матрице задает КПД для определенной комбинации скорости, крутящего момента и напряжения предоставления DC. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными этими тремя векторами. Значения КПД вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент, проигнорированы, и потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем. Блок использует линейную интерполяцию, 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.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.
Supply series resistance — Предоставьте серийное сопротивление
0 Ohm (значение по умолчанию)
Эквивалентное сопротивление использовало последовательно с предоставлением DC моделировать электрические потери, которые пропорциональны текущему предоставлению драйвера. Блок принимает, что DC предоставляет текущий, является приблизительно постоянным при постоянных условиях загрузки.
Отказы
Fault condition — Условие отказа
Faulted if F >= Fault threshold (значение по умолчанию) | Faulted if F <= Fault threshold
Выбирает, инициирован ли отказ сигналом, который является высоким или низким:
Faulted if F >= Fault threshold — блок Simplified PMSM Drive отключен, если сигнал в порте F повышается выше порогового значения.
Faulted if F <= Fault threshold — блок Simplified PMSM Drive отключен, если сигнал в порте F падает ниже порогового значения.
Fault threshold — Порог отказа
0.5
Пороговое значение раньше обнаруживало отказ.
Механическое устройство
Rotor inertia — Инерция ротора
5e-6
kg*m2 (значение по умолчанию)
Сопротивление ротора, чтобы измениться в моторном движении. Значение может быть нулем.
Rotor damping — Затухание ротора
1e-5
N*m/(rad/s) (значение по умолчанию)
Затухание ротора. Значение может быть нулем.
Initial rotor speed — Начальная скорость ротора
0 rpm (значение по умолчанию)
Скорость ротора в начале симуляции.
Температурная зависимость
Resistance temperature coefficient — Коэффициент температуры сопротивления
3.93e-3
1/K (значение по умолчанию)
Параметр α в сопротивлении определения уравнения как функция температуры, как описано в Тепловой Модели для Блоков Привода. Этот параметр отображается, только если параметр Parameterize losses by на вкладке Electrical Losses устанавливается на Single efficiency measurement. Значение по умолчанию для меди.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Single efficiency measurement.
Measurement temperature — Температура измерения
25 degC (значение по умолчанию)
Температура, для которой заданы моторные параметры. Если вы параметризовали электрические ущербы от сведенных в таблицу данных потерь, то это - температура, для которой Corresponding losses, P(w,T) даны на вкладке Electrical Losses.
Second measurement temperature — Вторая температура измерения
125 degC (значение по умолчанию)
Температура, для которой Corresponding losses, P(w,T), at second measurement temperature даны.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated loss data.
Corresponding losses, P(w,T), at second measurement temperature — Соответствующие потери, P (w, T), при второй температуре измерения
[1.49, 1.74, 2.49, 3.74; .42, .67, 1.42, 2.67; .06, .31, 1.06, 2.31; .42, .67, 1.42, 2.67; 1.49, 1.74, 2.49, 3.74]
W (значение по умолчанию)
Железные потери при второй температуре измерения, соответствуя скорости и крутящему моменту свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated loss data.
Corresponding efficiency (percent), E(w,T), at second measurement temperature — Соответствующий КПД (процент), E (w, T), при второй температуре измерения
[95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95; 95, 95, 95, 95]
Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, при второй температуре измерения, соответствуя скорости и крутящему моменту свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated efficiency data as a function of speed and torque.
Corresponding losses, P(w,T,v), at second measurement temperature — Соответствующие потери, P (w, T, v), при второй температуре измерения
ones(5, 4, 3)
W (значение по умолчанию)
Железные потери при второй температуре измерения, соответствуя скорости, крутящему моменту и напряжению предоставления DC свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.
Corresponding efficiency (percent), E(w,T,v), at second measurement temperature — Соответствующий КПД (процент), E (w, T, v), при второй температуре измерения
95 * ones(5, 4, 3) (значение по умолчанию)
Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, при второй температуре измерения, соответствуя скорости, крутящему моменту и напряжению предоставления DC свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.
Тепловой порт
Thermal mass — Количество тепла
100
J/K (значение по умолчанию)
Количество тепла электрической обмотки, заданной как энергия, требуемая повысить температуру одной степенью.
initial_temperature — Начальная температура
25
Температура теплового порта в начале симуляции. Значением по умолчанию является 25°C.
Расширенные возможности
Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.
Введенный в R2008a
