В этом примере показано, как использовать блок Closed-Loop PID Autotuner, чтобы настроить Ориентированное на поле управление (FOC) для постоянного магнита синхронной машины (PMSM) во всего одной симуляции.
В этом примере ориентированное на поле управление (FOC) для постоянного магнита синхронной машины (PMSM) моделируется в Simulink® с помощью компонентов Simscape™ Electrical™.
mdl = 'scdfocmotorPIDTuning';
open_system(mdl)
Ориентированное на поле управление (FOC) управляет 3-фазовыми токами статора как вектором. FOC основан на проекциях, которые преобразовывают 3-фазовое время - и зависимая скоростью система в две координатных независимых от времени системы. Эти преобразования являются Преобразованием Кларка, Преобразованием Парка, и их соответствующая инверсия преобразовывает. Эти преобразования реализованы как блоки в подсистеме Controller_Algorithm.
Преимущества использования FOC, чтобы управлять электродвигателями переменного тока включают:
Закрутите и теките управляемые непосредственно и отдельно
Точное переходное и установившееся управление
Подобная эффективность по сравнению с двигателями постоянного тока
Подсистема Controller_Algorithm содержит все три ПИ-контроллера. ПИ-контроллер внешнего контура регулирует скорость двигателя. Два ПИ-контроллера внутреннего цикла управляют d-осью и токами q-оси отдельно. Команда от ПИ-контроллера внешнего контура непосредственно питается к q-оси, чтобы управлять крутящим моментом. Команда для d-оси является нулем для PMSM, потому что поток ротора фиксируется с постоянным магнитом для этого типа электродвигателя переменного тока.
Существующий ПИ-контроллер скорости имеет усиления P = 0.08655 и я = 0.1997. Текущие ПИ-контроллеры и имеют усиления P = 1 и я = 200.
Усиления контроллера хранятся в Блоке памяти Хранилища данных и предоставленный внешне каждому блоку PID. Когда настраивающий процесс для контроллера завершен, новые настроенные усиления записаны в Блок памяти Хранилища данных. Эта настройка позволяет вам обновлять свои коэффициенты усиления контроллера в режиме реального времени во время симуляции.
Блок Closed-Loop PID Autotuner позволяет вам настраивать один ПИД-регулятор за один раз. Это вводит синусоидальные сигналы возмущения во входе объекта и измеряет объект выход во время эксперимента с обратной связью. Когда эксперимент останавливается, блок вычисляет коэффициенты ПИД на основе частотных характеристик объекта, оцененных в маленьком числе точек около желаемой пропускной способности. Для этой модели FOC PMSM блок Closed-Loop PID Autotuner может использоваться для каждого из этих трех ПИ-контроллеров.
Этот рабочий процесс применяется, когда у вас есть начальные контроллеры, что вы хотите повторно настроить использование блока Closed-Loop PID Autotuner. Преимущества этого подхода:
Если будет неожиданное воздействие во время эксперимента, оно будет отклонено существующим контроллером, чтобы гарантировать безопасную работу.
Существующий контроллер будет поддерживать объект в рабочем состоянии около его номинальной рабочей точки путем подавления сигналов возмущения.
При использовании блока Closed-Loop PID Autotuner и для симуляций и для приложений реального времени:
Объект должен быть любой асимптотически устойчивым (все полюса строго устойчивы), или интеграция. Блок автотюнера не работает с нестабильным объектом.
Обратная связь с существующим контроллером должна быть устойчивой.
Чтобы оценить частотные характеристики объекта более точно в режиме реального времени, минимизируйте вхождение любого воздействия в модели FOC PMSM во время эксперимента. Блок автотюнера ожидает объект, о котором выход, чтобы быть ответом на введенное возмущение сигнализирует только.
Поскольку обратная связь закрывается во время эксперимента, существующий контроллер подавляет введенные сигналы возмущения также. Преимущество использования эксперимента с обратной связью состоит в том, что контроллер поддерживает объект в рабочем состоянии около номинальной рабочей точки и обеспечивает безопасную работу. Недостаток - то, что это уменьшает точность оценки частотной характеристики, если ваша целевая пропускная способность далеко от текущей пропускной способности.
Вставьте блок Closed-Loop PID Autotuner между блоком PID и объектом для всех трех ПИ-контроллеров, как показано в модели FOC PMSM. start/stop сигнал запускает и останавливает эксперимент с обратной связью. Когда никакой эксперимент не запускается, блок Closed-Loop PID Autotuner ведет себя как блок усиления единицы, куда
сигнал непосредственно передает
.
Чтобы просмотреть модифицированную управляющую структуру внешнего контура, откройте подсистему Controller_Algorithm.
controlSubsystem = [mdl '/Controller_Algorithm'];
open_system(controlSubsystem)
Просмотрите модифицированный токовый контроллер d-оси. У модифицированного контроллера q-оси есть идентичная структура.
open_system([controlSubsystem '/DQ_Current_Control/D_Current_Control'])
После соединения блока Closed-Loop PID Autotuner с моделью объекта управления и блока PID, сконфигурируйте настройки настройки и эксперимента.
На вкладке Tuning существует две основных настраивающих настройки:
Целевая пропускная способность - Определяет, как быстро вы хотите, чтобы контроллер ответил. В этом примере выберите 5000 рад/секунда для текущего управления и 100 рад/секунда для регулировки скорости.
Целевой запас по фазе - Определяет, как устойчивый вы хотите, чтобы контроллер был. В этом примере выберите 70 степени для текущего управления и 90 степень для регулировки скорости.
На вкладке Experiment существует три основных настройки эксперимента:
Тип объекта - Задает, устойчив ли объект асимптотически или объединяется. В этом примере модель FOC PMSM устойчива.
Знак объекта - Задает, имеет ли объект положительный или знак минус. Знак объекта положителен, если положительное изменение во входе объекта в номинальной рабочей точке приводит к положительному изменению на объекте выход, когда объект достигает нового устойчивого состояния. В противном случае знак объекта отрицателен. Если объект устойчив, знак объекта эквивалентен знаку своего усиления dc. Если объект объединяется, знак объекта положителен (или отрицателен), если объект выход продолжает увеличиваться (или уменьшаться). В этом примере модель FOC PMSM имеет положительный знак объекта.
Амплитуды синуса - Задают амплитуды введенных синусоид. В этом примере выберите 0.25 для токовых контроллеров и 0.01 для контроллера скорости, чтобы гарантировать объект правильно взволнован в пределе насыщения. Если амплитуда возбуждения будет или слишком большой или слишком маленькой, она приведет к неточным результатам оценки частотной характеристики.
Поскольку блок Closed-Loop PID Autotuner только настраивает один ПИ-контроллер за один раз, эти три контроллера должны быть настроены отдельно в модели FOC PMSM. Настройте контроллеры внутреннего цикла сначала, и затем настройте контроллер внешнего контура.
Токовый контроллер d-оси настраивается между 1,3 и 1,35 секундами.
Токовый контроллер q-оси настраивается между 1,4 и 1,45 секундами.
Контроллер скорости настраивается между 1,5 и 3,5 секундами.
После настройки каждого ПИ-контроллера коэффициенты усиления контроллера обновляются через Блок памяти Хранилища данных.
В этом примере модель FOC PMSM создана в Simulink. Все три контроллера настраиваются в одной симуляции. Кроме того, ответы сравнены между ответами скорости до и после настройки контроллеров.
Симуляция модели FOC PMSM обычно занимает несколько минут на вашем компьютере из-за времени небольшой выборки контроллера силовой электроники двигателя.
sim(mdl) logsout_autotuned = logsout; save('AutotunedSpeed','logsout_autotuned')
Следующий рисунок показывает полный результат симуляции.
Следующий рисунок показывает текущие ответы и ответы скорости во время настройки, от 1,3 до 3,5 секунд. Изменение в токе в 0.1 A и изменение в частоте вращения двигателя в 2 рад/секунда (о 1% отклонение).
Эти три ПИ-контроллера настраиваются с новыми усилениями.
ПИ-контроллер скорости имеет усиления P = 0.2785 и я = 2.678.
D-ось текущий ПИ-контроллер имеет усиления P = 5.135 и я = 8663.
Q-ось текущий ПИ-контроллер имеет усиления P = 4.59 и я = 8026.
Те же скоростные команды применяются до и после процесса автоматической настройки. График ответы скорости до и после контроллеров настраивается с помощью блока Closed-Loop PID Autotuner. Кривые отклика скорости выравниваются вовремя, чтобы сравнить эффективность контроллера рядом друг с другом.
scdfocmotorPIDTuningPlotSpeed
После настройки контроллеров ответ скорости электродвигателя переменного тока имеет более быстрый переходный процесс и меньшую установившуюся ошибку.
bdclose(mdl)