Flux-Based PMSM

Основанный на потоке постоянный магнит синхронный двигатель

Библиотека:
Powertrain Blockset / Движение / Электродвигатели и Инверторы

Описание

Блок Flux-Based PMSM реализует основанный на потоке трехфазный постоянный магнит синхронный двигатель (PMSM) с табличной электродвижущей силой. Блок использует трехфазные входные напряжения, чтобы отрегулировать отдельные токи фазы, позволяя управление крутящего момента двигателя или скорости.

Основанные на потоке модели электродвигателя учитывают магнитное насыщение и потери в железе. Чтобы вычислить магнитное насыщение и потерю в железе, блок Flux-Based PMSM использует инверсию потокосцеплений. Чтобы получить параметры блоков, можно использовать анализ конечных элементов (FEA) или измерить напряжения фазы с помощью динамометра.

По умолчанию блок устанавливает параметр Simulation Type на Continuous использовать время непрерывной выборки в процессе моделирования. Если вы хотите сгенерировать код для фиксированного шага дважды - и цели с одинарной точностью, рассматривая установку параметра на Discrete. Затем задайте параметр Sample Time, Ts.

Чтобы включить вычисления потерь мощности, подходящие для целей генерации кода, которые ограничивают память, выберите Enable memory optimized 2D LUT.

Трехфазная синусоидальная электрическая система модели

Блок реализует уравнения, которые описываются в стационарной ссылке ротора (dq) система координат. D-ось выравнивается с ось. Все количества в системе координат ротора отнесены в статор.

Блок использует эти уравнения.

Вычисление	Уравнение
q-и напряжение d-оси	$\begin{array}{l} v_{d} = \frac{d ψ_{d}}{d t} + R_{s} i_{d} - ω_{e} ψ_{q} \\ v_{q} = \frac{d ψ_{q}}{d t} + R_{s} i_{q} + ω_{e} ψ_{d} \end{array}$
q-и текущая d-ось	$\begin{array}{l} i_{d} = f (ψ_{d}, ψ_{q}) \\ i_{q} = g (ψ_{d}, ψ_{q}) \end{array}$
Электромеханический крутящий момент	$T_{e} = 1.5 P [ψ_{d} i_{q} - ψ_{q} i_{d}]$

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Скорость механического устройства ротора
_ωe	Ротор электрическая скорость
_Θda	статор dq электрический угол относительно ротора ось
_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
P	Количество пар полюсов
_Te	Электромагнитный крутящий момент

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.

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

Преобразовать	Описание	Уравнения
Кларк	Преобразует сбалансированные трехфазные количества (a, b) в сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = \frac{2}{3} x_{a} - \frac{1}{3} x_{b} - \frac{1}{3} x_{c} \\ x_{β} = \frac{\sqrt{3}}{2} x_{b} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{c} \end{array}$
Парк	Преобразует сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β) в ортогональную систему координат вращения (d, q).	$\begin{array}{l} x_{d} = x_{α} \cos θ_{e} + x_{β} \sin θ_{e} \\ x_{q} = - x_{α} \sin θ_{e} + x_{β} \cos θ_{e} \end{array}$
Инверсия Кларк	Преобразует сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β) в сбалансированные трехфазные количества (a, b).	$\begin{array}{l} x_{a} = x_{a} \\ x_{b} = - \frac{1}{2} x_{α} + \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \\ x_{c} = - \frac{1}{2} x_{α} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \end{array}$
Обратный парк	Преобразует ортогональную систему координат вращения (d, q) в сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = x_{d} \cos θ_{e} - x_{q} \sin θ_{e} \\ x_{β} = x_{d} \sin θ_{e} + x_{q} \cos θ_{e} \end{array}$

Преобразования используют эти переменные.

_ωm	Скорость механического устройства ротора
P	Моторные пары полюса
_ωe	Ротор электрическая скорость
_Θe	Ротор электрический угол
x	Ток фазы или напряжение

Механическая система

Скоростью вращения ротора дают:

$\begin{matrix} \frac{d}{d t} ω_{m} = \frac{1}{J} (T_{e} - T_{f} - F ω_{m} - T_{m}) \\ \frac{d θ_{m}}{d t} = ω_{m} \end{matrix}$

Уравнения используют эти переменные.

J	Объединенная инерция ротора и загрузки
F	Объединенное вязкое трение ротора и загрузка
_θm	Угловое положение механического устройства ротора
_Tm	Крутящий момент вала ротора
_Te	Электромагнитный крутящий момент
_Tf	Объединенный ротор и момент трения загрузки
_ωm	Скорость механического устройства ротора

Учет степени

Для учета степени блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины			Описание	Переменная	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` — Степень передается между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают, вытекают из блока	`PwrMtr`	Механическая энергия	_Pmot	$P_{m o t} = - ω_{m} T_{e}$
		`PwrBus`	Электроэнергия	_Pbus	$P_{b u s} = v_{a n} i_{a} + v_{b n} i_{b} + v_{c n} i_{c}$
	`PwrNotTrnsfrd` — Степень, пересекающая контур блока, но не переданный Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrElecLoss`	Резистивные потери мощности	_Pelec	$P_{e l e c} = - \frac{3}{2} (R_{s} i_{s d}^{2} + R_{s} i_{s q}^{2})$
		`PwrMechLoss`	Потеря механической энергии	_Pmech	Когда Port Configuration установлен в `Torque`: $P_{m e c h} = - (ω_{m}^{2} F + \| ω_{m} \| T_{f})$ Когда Port Configuration установлен в `Speed`: $P_{m e c h} = 0$
	`PwrStored` — Сохраненный тариф на энергоносители изменения Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на уменьшение	`PwrMtrStored`	Сохраненная моторная степень	_Pstr	$P_{s t r} = P_{b u s} + P_{m o t} + P_{e l e c} + P_{m e c h}$

Уравнения используют эти переменные.

_Rs	Сопротивление статора
_ia, _ib, _ic	Фаза a Stator, b, и c ток
_isq, _isd	Статор q-и токи d-оси
_van, _vbn, _vcn	Фаза a Stator, b, и c напряжение
_ωm	Угловая механическая скорость ротора
F	Объединенный двигатель и загружает вязкое затухание
_Te	Электромагнитный крутящий момент
_Tf	Объединенный двигатель и момент трения загрузки

Оптимизация памяти интерполяционной таблицы

Данные для Corresponding d-axis current, id и интерполяционных таблиц Corresponding q-axis current, iq являются функциями потока q-оси и d-.

Чтобы включить текущие вычисления, подходящие для целей генерации кода, которые ограничивают память, выберите Enable memory optimized 2D LUT. Блок использует линейную интерполяцию, чтобы оптимизировать текущие значения интерполяционной таблицы для генерации кода. Эта таблица суммирует реализацию оптимизации.

Вариант использования		Реализация
поток d-и q-оси выравнивается со значениями точки останова интерполяционной таблицы.		Оптимизированный памятью ток является текущим значением интерполяционной таблицы на пересечении значений потока.
поток d-и q-оси не выравнивается со значениями точки останова интерполяционной таблицы, но в области значений.		Оптимизированный памятью ток является линейной интерполяцией между соответствующими значениями потока.
поток d-и q-оси не выравнивается со значениями точки останова интерполяционной таблицы и вне области значений.		Не может вычислить оптимизированный памятью ток. Блокируйтесь использование экстраполировало данные.

Экстраполяция

Интерполяционные таблицы, оптимизированные для генерации кода, не поддерживают экстраполяцию для данных, которые являются вне области значений. Однако можно включать предварительно вычисленные значения экстраполяции в интерполяционную таблицу потерь мощности путем выбора Specify Extrapolation.

Блок использует параметры конечной точки, чтобы изменить размер табличных данных.

Ввод данных пользователем	Экстраполяция

Порты

Входной параметр

развернуть все

`LdTrq` — Крутящий момент вала ротора
`scalar`

Входной крутящий момент вала ротора, _Tm, в N · m.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра Port Configuration.

`Spd` — Скорость вала ротора
`scalar`

Скорость вращения ротора, _ωm, в rad/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра Port Configuration.

`PhaseVolt` — Напряжения терминала статора
1 - `3` массив

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

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed или Torque для параметра Port Configuration.

Вывод

развернуть все

`Info` — Сигнал шины
шина

Сигнал шины содержит эти вычисления блока.

Сигнал			Описание	Переменная	Модули
`IaStator`			Фаза Stator текущий A	_ia	A
`IbStator`			Фаза Stator текущий B	_ib	A
`IcStator`			Фаза Stator текущий C	_ic	A
`IdSync`			Прямая текущая ось	_id	A
`IqSync`			Квадратурная текущая ось	_iq	A
`VdSync`			Прямое напряжение оси	_vd	V
`VqSync`			Квадратурное напряжение оси	_vq	V
`MtrSpd`			Угловая механическая скорость ротора	_ωm	рад/с
`MtrPos`			Угловое положение механического устройства ротора	_θm	рад
`MtrTrq`			Электромагнитный крутящий момент	_Te	N·
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrMtr`	Механическая энергия	_Pmot	W
	`PwrTrnsfrd`	`PwrBus`	Электроэнергия	_Pbus	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrElecLoss`	Резистивные потери мощности	_Pelec	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrMechLoss`	Потеря механической энергии	_Pmech	W
	`PwrStored`	`PwrMtrStored`	Сохраненная моторная степень	_Pstr	W

`PhaseCurr` — Фаза a, b, c текущий
1 - `3` массив

Фаза a, b, c текущий, _ia, _ib и _ic, в A.

`MtrTrq` — Крутящий момент двигателя
`scalar`

Крутящий момент двигателя, _Tmtr, в N · m.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра Port configuration.

`MtrSpd` — Частота вращения двигателя
`scalar`

Угловая скорость двигателя, _ωmtr, в rad/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра Port configuration.

Параметры

развернуть все

Блокируйте опции

`Simulation type` — Выберите тип симуляции
`Continuous` (значение по умолчанию) | `Discrete`

По умолчанию блок использует время непрерывной выборки в процессе моделирования. Если вы хотите сгенерировать код для целей с одинарной точностью, рассматривая установку параметра на Discrete.

Зависимости

Установка Simulation Type к Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

`Sample time, Ts` — Шаг расчета для дискретного интегрирования
0.001 (значение по умолчанию) | `scalar`

Шаг расчета интегрирования для дискретной симуляции, в s.

Зависимости

Установка Simulation Type к Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

`Port Configuration` — Выберите конфигурацию порта
`Torque` (значение по умолчанию) | `Speed`

Эта таблица суммирует конфигурации порта.

Конфигурация порта	Создает Input port	Создает выходной порт
`Torque`	`LdTrq`	`MtrSpd`
`Speed`	`Spd`	`MtrTrq`

`Enable memory optimized 2D LUT` — Выбор
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Включите генерацию оптимизированных интерполяционных таблиц, подходящие цели генерации кода та предельная память.

`Vector of d-axis flux, flux_d` — Точки останова потока
1 - `M` вектор

поток d-оси, _Ψd, точки останова, в Wb.

`Resample storage size for flux_d, n1` — Диаметр долота потока
2 (значение по умолчанию) | `4`| 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Размер ресурса хранения точки останова потока, n1, безразмерный. Блок передискретизирует Corresponding d-axis current, id и данные Corresponding q-axis current, iq на основе размера ресурса хранения.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT.

`Vector of q-axis flux, flux_q` — Точки останова потока
1 - `N` вектор

поток q-оси, _Ψq, точки останова, в Wb.

`Resample storage size for flux_q, n2` — Диаметр долота потока
2 (значение по умолчанию) | `4`| 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Размер ресурса хранения точки останова потока, n2, безразмерный. Блок передискретизирует Corresponding d-axis current, id и данные Corresponding q-axis current, iq на основе размера ресурса хранения.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT.

`Corresponding d-axis current, id` — 2D интерполяционная таблица
`M`- `N` массив

Массив значений для текущей d-оси, _id, как функция M d-потоки, _Ψd и N q-потоки, _Ψq, в A. Каждое значение задает ток для определенной комбинации потока q-оси и d-. Размер массивов должен совпадать с размерностями, заданными векторами потока.

Если вы устанавливаете Enable memory optimized 2D LUT, блок преобразует данные в одинарную точность.

`Corresponding q-axis current, iq` — 2D интерполяционная таблица
`M`- `N` массив

Массив значений для текущей q-оси, _id, как функция M d-потоки, _Ψd и N q-потоки, _Ψq, в A. Каждое значение задает ток для определенной комбинации потока q-оси и d-. Размер массивов должен совпадать с размерностями, заданными векторами потока.

Если вы устанавливаете Enable memory optimized 2D LUT, блок преобразует данные в одинарную точность.

`flux_d max endpoint, u1max` — Точка останова потока
0.22457 (значение по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка экстраполяции максимума точки останова потока, u1max, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`flux_d min endpoint, u1min` — Точка останова потока
-0.22607 (значение по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка экстраполяции минимума точки останова потока, u1min, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`flux_q max endpoint, u2max` — Точка останова потока
0.42959 (значение по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка экстраполяции максимума точки останова потока, u2max, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`flux_q min endpoint, u2min` — Точка останова потока
-0.4296 (значение по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка экстраполяции минимума точки останова потока, u2min, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`Stator phase resistance, Rs` — Сопротивление
0.02 (значение по умолчанию) | `scalar`

Сопротивление фазы Stator, _Rs, в Оме.

`Number of pole pairs, P` — Пары полюса
4 (значение по умолчанию) | `scalar`

Моторные пары полюса, P.

`Initial flux, fluxdq0` — Поток
[0 0] (значение по умолчанию) | `vector`

Начальная буква d-и поток q-оси, _Ψq0 и _Ψd0, в Wb.

`Initial mechanical position, theta_init` \angle
0 (значение по умолчанию) | `scalar`

Начальное угловое положение ротора, _θm0, в рад.

`Initial mechanical speed, omega_init` — Скорость
0 (значение по умолчанию) | `scalar`

Начальная скорость вращения ротора, _ωm0, в rad/s.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque параметр конфигурации.

`Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical` — Инерция, затухание, трение
`[0.0027, 4.924e-4, 0]` (значение по умолчанию) | `vector`

Механические свойства ротора:

Инерция, J, в kgm^2
Вязкое затухание, F, в N · m / (rad/s)
Статическое трение, _Tf, в N · m

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque параметр конфигурации.

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 Эффект Потери в железе”. 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™.

Темы

Сгенерируйте параметры для основанных на потоке блоков

Введенный в R2017b

Документация

Flux-Based PMSM

Описание

Трехфазная синусоидальная электрическая система модели

Преобразовывания

Механическая система

Учет степени

Оптимизация памяти интерполяционной таблицы

Порты

Входной параметр

LdTrq — Крутящий момент вала ротора scalar

Зависимости

Spd — Скорость вала ротора scalar

Зависимости

PhaseVolt — Напряжения терминала статора1 - 3 массив

Зависимости

Вывод

Info — Сигнал шины шина

PhaseCurr — Фаза a, b, c текущий1 - 3 массив

MtrTrq — Крутящий момент двигателя scalar

Зависимости

MtrSpd — Частота вращения двигателя scalar

Зависимости

Параметры

Simulation type — Выберите тип симуляции Continuous (значение по умолчанию) | Discrete

Зависимости

Sample time, Ts — Шаг расчета для дискретного интегрирования0.001 (значение по умолчанию) | scalar

Зависимости

Port Configuration — Выберите конфигурацию порта Torque (значение по умолчанию) | Speed

Enable memory optimized 2D LUT — Выбор off (значение по умолчанию) | on

Vector of d-axis flux, flux_d — Точки останова потока1 - M вектор

Resample storage size for flux_d, n1 — Диаметр долота потока2 (значение по умолчанию) | 4| 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Зависимости

Vector of q-axis flux, flux_q — Точки останова потока1 - N вектор

Resample storage size for flux_q, n2 — Диаметр долота потока2 (значение по умолчанию) | 4| 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Зависимости

Corresponding d-axis current, id — 2D интерполяционная таблица M- N массив

Corresponding q-axis current, iq — 2D интерполяционная таблица M- N массив

flux_d max endpoint, u1max — Точка останова потока0.22457 (значение по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_d min endpoint, u1min — Точка останова потока-0.22607 (значение по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_q max endpoint, u2max — Точка останова потока0.42959 (значение по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_q min endpoint, u2min — Точка останова потока-0.4296 (значение по умолчанию) | scalar

Зависимости

Stator phase resistance, Rs — Сопротивление0.02 (значение по умолчанию) | scalar

Number of pole pairs, P — Пары полюса4 (значение по умолчанию) | scalar

Initial flux, fluxdq0 — Поток[0 0] (значение по умолчанию) | vector

Initial mechanical position, theta_init \angle0 (значение по умолчанию) | scalar

Initial mechanical speed, omega_init — Скорость0 (значение по умолчанию) | scalar

Зависимости

Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical — Инерция, затухание, трение [0.0027, 4.924e-4, 0] (значение по умолчанию) | vector

Зависимости

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Документация Powertrain Blockset

Поддержка

`LdTrq` — Крутящий момент вала ротора
`scalar`

`Spd` — Скорость вала ротора
`scalar`

`PhaseVolt` — Напряжения терминала статора
1 - `3` массив

`Info` — Сигнал шины
шина

`PhaseCurr` — Фаза a, b, c текущий
1 - `3` массив

`MtrTrq` — Крутящий момент двигателя
`scalar`

`MtrSpd` — Частота вращения двигателя
`scalar`

`Simulation type` — Выберите тип симуляции
`Continuous` (значение по умолчанию) | `Discrete`

`Sample time, Ts` — Шаг расчета для дискретного интегрирования
0.001 (значение по умолчанию) | `scalar`

`Port Configuration` — Выберите конфигурацию порта
`Torque` (значение по умолчанию) | `Speed`

`Enable memory optimized 2D LUT` — Выбор
`off` (значение по умолчанию) | `on`

`Vector of d-axis flux, flux_d` — Точки останова потока
1 - `M` вектор

`Resample storage size for flux_d, n1` — Диаметр долота потока
2 (значение по умолчанию) | `4`| 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

`Vector of q-axis flux, flux_q` — Точки останова потока
1 - `N` вектор

`Resample storage size for flux_q, n2` — Диаметр долота потока
2 (значение по умолчанию) | `4`| 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

`Corresponding d-axis current, id` — 2D интерполяционная таблица
`M`- `N` массив

`Corresponding q-axis current, iq` — 2D интерполяционная таблица
`M`- `N` массив

`flux_d max endpoint, u1max` — Точка останова потока
0.22457 (значение по умолчанию) | `scalar`

`flux_d min endpoint, u1min` — Точка останова потока
-0.22607 (значение по умолчанию) | `scalar`

`flux_q max endpoint, u2max` — Точка останова потока
0.42959 (значение по умолчанию) | `scalar`

`flux_q min endpoint, u2min` — Точка останова потока
-0.4296 (значение по умолчанию) | `scalar`

`Stator phase resistance, Rs` — Сопротивление
0.02 (значение по умолчанию) | `scalar`

`Number of pole pairs, P` — Пары полюса
4 (значение по умолчанию) | `scalar`

`Initial flux, fluxdq0` — Поток
[0 0] (значение по умолчанию) | `vector`

`Initial mechanical position, theta_init` \angle
0 (значение по умолчанию) | `scalar`

`Initial mechanical speed, omega_init` — Скорость
0 (значение по умолчанию) | `scalar`

`Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical` — Инерция, затухание, трение
`[0.0027, 4.924e-4, 0]` (значение по умолчанию) | `vector`

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