PMSM Current Reference Generator

Постоянный магнит синхронная машина текущий ссылочный генератор

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Управление / Управление PMSM

Описание

Блок PMSM Current Reference Generator реализует текущий ссылочный генератор для постоянного магнита синхронной машины (PMSM) текущее управление в роторе d-q система координат.

Вы обычно используете этот блок в серии блоков, составляющих управляющую структуру.

  • Можно сгенерировать ссылку напряжения в системе координат d-q путем размещения этого блока перед PMSM Current Control или PMSM Current Control with Pre-Control block.

  • Можно реализовать скоростное управление путем размещения этого блока после блока Velocity Controller.

Вы видите пример структуры полного контроля, от измерений машины до входных параметров машины, в блоке PMSM Field-Oriented Control.

Уравнения

Блок PMSM Current Reference Generator может получить текущую ссылку с помощью одного из этих методов:

  • Нулевое управление d-оси (ZDAC)

  • Определяемые пользователем интерполяционные таблицы

  • Автоматически сгенерированные интерполяционные таблицы

Для метода ZDAC блок устанавливает d-ось текущая ссылка idref обнулять и определяет q-ось текущая ссылка iqref использование уравнения крутящего момента:

idref=0,

и

iqref= 2Tref3pψm,

где:

  • Tref является ссылочным входом крутящего момента.

  • p является количеством пар полюса.

  • ψm является потокосцеплением постоянного магнита.

Для операции ниже основной скорости синхронной машины ZDAC является подходящим методом. Выше основной скорости полевой контроллер ослабления обязан настраивать ссылку d-оси.

Чтобы предварительно сгенерировать оптимальные текущие ссылки для нескольких рабочих точек оффлайн, задайте две интерполяционных таблицы с помощью пользовательского подхода интерполяционной таблицы:

idref=f(nm,Tref,vdc),

и

iqref= g(nm,Tref,vdc),

где:

  • nm является скоростью вращения ротора.

  • vdc является напряжением ссылки DC конвертера.

Чтобы позволить блоку создать интерполяционные таблицы, выберите автоматически сгенерированный подход интерполяционной таблицы. Блок генерирует интерполяционную таблицу с помощью двух стратегий:

  • Максимальный крутящий момент на ампер

  • Полевое ослабление

Выбор между этими двумя стратегиями основан на индексе модуляции, который может быть вычислен можно следующим образом:

M=VskVph_max,

где Vs является амплитудой напряжения статора, k является фактором модуляции, и Vph_max является максимальным допустимым напряжением фазы. В случае, которого индекс модуляции больше 1, блок генерирует текущие ссылки с помощью полевой процедуры ослабления. В противном случае текущие ссылки вычисляются с помощью максимального крутящего момента на процедуру ампера.

Максимальный крутящий момент на ампер

Можно сгенерировать текущие ссылки в постоянной области крутящего момента (происходящий ниже расчетной скорости) при помощи стратегии максимального крутящего момента на ампер (MTPA).

Прямые компоненты и квадратурные компоненты текущего статора записаны в терминах угла и величины как:

id=Issinβ,

и

iq= Isпотому чтоβ,

где:

  • β является углом статора текущий вектор.

  • Is является амплитудой тока статора.

Используя вариант угловой величины d-q токов, уравнение крутящего момента PMSM записано как:

Te=3p2ψmIsпотому чтоβ+3p4(LqLd)Is2sin2β,

где Ld и Lq являются прямой индуктивностью и квадратурной индуктивностью, соответственно.

Чтобы получить быстрый переходный процесс и максимизировать крутящий момент с наименьшей амплитудой тока статора, MTPA налагает (dTe)/ = 0 к уравнению крутящего момента, которое уступает

3p2ψmIssinβ+3p2(LqLd)Is2(cos2βsin2β)=0.

D-ось MTPA текущий id_mtpa записана в терминах компонента q-оси iq_mtpa путем замены d-q токами назад от их угла и вариантов величины:

id_mtpa=ψm2(LqLd)ψm24(LqLd)2+iq_mtpa2.

Наконец, путем включения предыдущего уравнения в d-q вариант уравнения крутящего момента PMSM, следующий полином получен:

9p2(LqLd)2iq_mtpa4+6Trefpψmiq_mtpa4Tref2=0.

Компонент q-оси получен путем решения этого полинома.

Полевое ослабление

Можно сгенерировать текущие ссылки в вышеупомянутой расчетной области скорости при помощи стратегии полевого ослабления (FW).

Выше расчетной скорости напряжение статора ограничивается конвертером степени и доступным напряжением ссылки DC. Максимальное напряжение статора:

Vs=vd2+vq2Vph_max,

где Vph_max является максимальным доступным напряжением фазы статора.

Установившиеся уравнения напряжения для PMSMs

vd=RsidωeLqiq ,

и

vq=Rsiq+ωe(Ldid+ψm).

Для скоростей ротора выше расчетного сопротивление статора незначительно, и полевая d-ось ослабления, текущий id_fw компонента получен в терминах компонента q-оси iq_fw от vq установившееся уравнение:

id_fw=ψmLd+1LdVph_max2ωe2(Lqiq_fw)2,

Наконец, путем включения уравнения id_fw в уравнение крутящего момента PMSM, следующий полином получен:

9p2(LdLq)2Lq2ωe2iq_fw4+(9p2ψm2Lq2ωe29p2(LdLq)2Vph_max2)iq_fw212TrefpψmLdLqωe2iqfw+4Tref2Ld2ωe2=0

Компонент q-оси получен путем решения этого полинома.

Предположения

Параметры машины являются константами.

Ограничения

Автоматически сгенерированные текущие ссылки вводят задержку в фазе перед симуляцией. Для средней мощности PMSM управляют задержкой, приблизительно 300 мс.

Порты

Входной параметр

развернуть все

Желаемый механический крутящий момент производится PMSM в N*m.

Типы данных: single | double

Механическая скорость вращения ротора, полученного через прямое измерение PMSM, в rad/s.

Типы данных: single | double

Напряжение ссылки DC конвертера, в V. Для метода ZDAC это значение используется, чтобы ограничить выходной крутящий момент ссылки и предел крутящего момента. Для метода интерполяционной таблицы это значение используется в качестве входа к интерполяционным таблицам.

Типы данных: single | double

Вывод

развернуть все

Ссылка d-и q-токи, которые будут даны как входные параметры текущему контроллеру PMSM в A.

Типы данных: single | double

Ссылочный крутящий момент, насыщаемый расчетным крутящим моментом, ограничивает TqLim в N*m.

Типы данных: single | double

Закрутите ограничение, наложенное и электрическими и механическими ограничениями системы в N*m.

Типы данных: single | double

Параметры

развернуть все

Общие параметры

Номинальное напряжение ссылки DC электрического источника.

Максимальная допустимая степень PMSM.

Максимальный допустимый крутящий момент PMSM.

Шаг расчета для блока (-1 для наследованного). Если вы используете этот блок в инициированной подсистеме, устанавливаете шаг расчета на-1. Если вы используете этот блок в модели шага непрерывной переменной, можно задать шаг расчета явным образом.

Ссылочная стратегия генерации

Выберите стратегию определения текущих ссылок.

Вектор скорости используется в интерполяционных таблицах в определении текущих ссылок.

Вектор крутящего момента используется в интерполяционных таблицах в определении текущих ссылок.

Вектор напряжения ссылки DC используется в интерполяционных таблицах в определении текущих ссылок.

Прямая ось текущие ссылочные данные о поиске.

Квадратурная ось текущие ссылочные данные о поиске.

Задайте метод формы волны.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда Current references установлен в Automatically generated lookup-table.

Запас прочности использовался для расчета максимального позволенного напряжения фазы в текущей генерации ссылок.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда Current references установлен в Automatically generated lookup-table.

Количество постоянного магнита подпирает пары шестами на роторе.

Пиковое потокосцепление постоянного магнита.

Индуктивность прямой оси.

Индуктивность квадратурной оси.

Сопротивление статора на фазу.

Примеры модели

Electric Engine Dyno

Электродвигатель Dyno

Смоделируйте тест динамометра электромобиля. Тестовая среда содержит асинхронную машину (ASM) и внутренний постоянный магнит синхронную машину (IPMSM), соединенный спина к спине через механический вал. Обе машины питаются высоковольтными батареями через управляемые трехфазные конвертеры. ASM на 164 кВт производит крутящий момент загрузки. IPMSM на 35 кВт является электрической машиной под тестом. Машина Управления Под Тестом (IPMSM) подсистема управляет крутящим моментом IPMSM. Контроллер включает многоскоростную основанную на PI управляющую структуру. Уровень управления крутящим моментом разомкнутого цикла медленнее, чем уровень текущего управления с обратной связью. Планирование задач для контроллера реализовано как конечный автомат Stateflow®. Машина Загрузки Управления (ASM) подсистема использует один уровень, чтобы контролировать скорость ASM. Подсистема Визуализации содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

Energy Balance in a 48V Starter
                Generator

Энергетический баланс в 48-вольтовом генераторе начинающего

Внутренний постоянный магнит синхронная машина (IPMSM), используемый в качестве начинающего/генератора в упрощенной 48-вольтовой автомобильной системе. Система содержит 48-вольтовую электрическую сеть и 12-вольтовую электрическую сеть. Двигатель внутреннего сгорания (ICE) представлен основными механическими блоками. IPMSM действует в качестве двигателя, пока ICE не достигает скорости холостого хода, и затем это действует в качестве генератора. IPMSM подает питание к 48-вольтовой сети, которая содержит потребителя электроэнергии R3. 48-вольтовая сеть подает питание к 12-вольтовой сети, которая имеет двух потребителей: R1 и R2. Общее время симуляции (t) составляет 0,5 секунды. В t = 0,05 секунды, ICE включает. В t = 0,1 секунды, R3 включает. В t = 0,3 секунды, R2 включает и увеличивает нагрузку на 12-вольтовую электрическую сеть. Подсистема контроллера EM включает многоскоростную основанную на PI структуру каскадного регулирования, которая имеет внешний цикл управления напряжения и два внутренних контура управления током. Планирование задач в подсистеме Управления реализовано как конечный автомат Stateflow®. Подсистема контроллера DCDC реализует простой ПИ-контроллер для Понижающего конвертера DC-DC, который питает 12-вольтовую сеть. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

IPMSM Velocity Control

Скоростное управление IPMSM

Управляйте скоростью вращения ротора в базирующемся автомобильном диске электрической тяги внутреннего постоянного магнита синхронной машины (IPMSM). Высоковольтная батарея питает IPMSM через управляемый трехфазный конвертер. IPMSM действует и в автомобильных и в генерирующих режимах согласно загрузке. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает загрузку. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции. Подсистема Управления включает многоскоростную основанную на PI структуру каскадного регулирования, которая имеет внешний цикл управления скорости вращения и два внутренних контура управления током. Планирование задач в подсистеме Управления реализовано как конечный автомат Stateflow®. Во время одной второй симуляции спрос на скорость вращения составляет 0 об/мин, 500 об/мин, 2 000 об/мин, и затем 3 000 об/мин. Выше 1 630 об/мин IPMSM входит в полевой режим ослабления.

IPMSM Torque Control in a Parallel
                HEV

Управление крутящим моментом IPMSM в параллельном HEV

Упрощенный параллельный гибридный электромобиль (HEV). Внутренний постоянный магнит синхронная машина (IPMSM) и двигатель внутреннего сгорания (ICE) обеспечивают движение транспортного средства. IPMSM действует и в автомобильных и в генерирующих режимах. Передача транспортного средства и дифференциал реализованы с помощью модели сокращения механизма фиксированного отношения. Подсистема контроллера Транспортного средства преобразует входные параметры драйвера в команды крутящего момента. Стратегия управления транспортного средства реализована как конечный автомат Stateflow®. Подсистема контроллера ICE управляет крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания. Подсистема контроллера Диска управляет крутящим моментом IPMSM. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

IPMSM Torque Control in a Series
                HEV

Управление крутящим моментом IPMSM в ряду HEV

Внутренний постоянный магнит синхронная машина (IPMSM), продвигающий упрощенный серийный гибридный электромобиль (HEV). Идеальный конвертер DCDC, соединенный с высоковольтной батареей, питает IPMSM через управляемый трехфазный конвертер. Двигатель внутреннего сгорания управляемый генератор заряжает высоковольтную батарею. Передача транспортного средства и дифференциал реализованы с помощью модели сокращения механизма фиксированного отношения. Подсистема контроллера Транспортного средства преобразует входные параметры драйвера в соответствующие команды для IPMSM и генератора. Подсистема контроллера Диска управляет крутящим моментом IPMSM. Контроллер включает многоскоростную основанную на PI управляющую структуру. Уровень управления крутящим моментом разомкнутого цикла медленнее, чем уровень текущего управления с обратной связью. Планирование задач для контроллера реализовано как конечный автомат Stateflow®. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

IPMSM Torque
                Control in a Series-Parallel HEV

Управление крутящим моментом IPMSM в последовательно-параллельном HEV

Упрощенный последовательно-параллельный гибридный электромобиль (HEV). Внутренний постоянный магнит синхронная машина (IPMSM) и двигатель внутреннего сгорания (ICE) обеспечивают движение транспортного средства. ICE также использует электрический генератор, чтобы перезарядить высоковольтную батарею во время управления. Передача транспортного средства и дифференциал реализованы с помощью модели сокращения механизма фиксированного отношения. Подсистема контроллера Транспортного средства преобразует входные параметры драйвера в команды крутящего момента. Стратегия управления транспортного средства реализована как конечный автомат Stateflow®. Подсистема контроллера ICE управляет крутящим моментом двигателя внутреннего сгорания. Подсистема контроллера Генератора управляет крутящим моментом электрического генератора. Подсистема контроллера Диска управляет крутящим моментом IPMSM. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

IPMSM Torque Control in an
                Axle-Drive HEV

Управление крутящим моментом IPMSM в Диске оси HEV

Внутренний постоянный магнит синхронная машина (IPMSM), продвигающий упрощенный электромобиль диска оси. Высоковольтная батарея питает IPMSM через управляемый трехфазный конвертер. IPMSM действует и в автомобильных и в генерирующих режимах. Передача транспортного средства и дифференциал реализованы с помощью модели сокращения механизма фиксированного отношения. Подсистема контроллера Транспортного средства преобразует входные параметры драйвера в соответствующую команду крутящего момента. Подсистема контроллера Диска управляет крутящим моментом IPMSM. Контроллер включает многоскоростную основанную на PI управляющую структуру. Уровень управления крутящим моментом разомкнутого цикла медленнее, чем уровень текущего управления с обратной связью. Планирование задач для контроллера реализовано как конечный автомат Stateflow®. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции.

IPMSM Velocity Control

Скоростное управление IPMSM

Управляйте скоростью вращения ротора в базирующемся автомобильном диске электрической тяги внутреннего постоянного магнита синхронной машины (IPMSM). Высоковольтная батарея питает IPMSM через управляемый трехфазный конвертер. IPMSM действует и в автомобильных и в генерирующих режимах согласно загрузке. Идеальный источник крутящего момента обеспечивает загрузку. Подсистема Осциллографов содержит осциллографы, которые позволяют вам видеть результаты симуляции. Подсистема Управления включает многоскоростную основанную на PI структуру каскадного регулирования, которая имеет внешний цикл управления скорости вращения и два внутренних контура управления током. Планирование задач в подсистеме Управления реализовано как конечный автомат Stateflow®. Во время одной второй симуляции спрос на скорость вращения составляет 0 об/мин, 500 об/мин, 2 000 об/мин, и затем 3 000 об/мин. Выше 1 630 об/мин IPMSM входит в полевой режим ослабления.

Ссылки

[1] Хак, M. E. Л. Чжун и М. Ф. Рахман. "Улучшенная траектория управляет для внутреннего постоянного магнита синхронным электроприводом с расширенным операционным пределом". Журнал Electrical & Electronics Engineering. Издание 22, Номер 1, 2003, p. 49.

[2] Carpiuc, S., К. Лазарь и Д. Ай. Пэтрэску. "Оптимальное Управление Крутящим моментом Внешне Взволнованной Синхронной Машины". Управляйте Разработкой и Прикладной Информатикой. Издание 14, Номер 2, 2012, стр 80–88.

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