Этот пример показывает рабочий процесс оценки частотной характеристики для Ориентированного на поле управляемого (FOC) трехфазный Постоянный магнит синхронный двигатель (PMSM), смоделированный с помощью компонентов от Motor Control Blockset™. Этот пример использует Model Linearizer из программного обеспечения Simulink® Control Design™, чтобы получить модель частотной характеристики (frd) объект, который можно использовать, чтобы оценить параметрическую модель для двигателя.
Модель PMSM основана на mcb_pmsm_foc_sim Motor Control Blockset™ модель. Модель включает:
Подсистема к инвертору модели и динамике PMSM
Внутренний цикл (текущий) и внешний контур (скорость) ПИ-контроллеры, чтобы реализовать ориентированный на поле алгоритм управления для управления частотой вращения двигателя
Можно исследовать эту модель на большее количество деталей. В этом примере исходная модель изменяется, чтобы гарантировать, что симуляция начинает с устойчивого состояния. Устойчивое состояние служит рабочей точкой, используемой в рабочем процессе оценки частотной характеристики.
Откройте модель Simulink®.
model = 'scd_fre_mcb_pmsm_foc_sim';
open_system(model)
Чтобы гарантировать, что симуляция начинает с устойчивого состояния, измените начальные условия исходной модели. Чтобы получить эти начальные условия, включите логгирование сигнала для обратной связи скорости, сигнализируют и симулируют модель к устойчивому состоянию, со скоростью 0,5 p.u. Чтобы гарантировать, что скорость достигает желаемого устойчивого состояния после симуляции, исследуют результат симуляции в Инспекторе Данных моделирования.
На основе ответа скорости на предыдущем рисунке можно использовать результаты симуляции после 0,6 секунд, чтобы получить начальные условия блока для оценки частотной характеристики. В дополнение к начальным условиям измените настройки в фильтрах, сопоставленных с циклом регулировки скорости для более быстрого отслеживания уставки скорости. Изменения предназначаются, чтобы заставить симуляцию начать с устойчивого состояния, но не влияют на моторную модель объекта управления. Внесите следующие изменения в модель.
В блоке SpeedRef, время Шага набора к 0 s и Начальное значение к значению ссылки устойчивого состояния 0.5 p.u.
В подсистеме Регулировки скорости, в блоке Zero_Cancellation, коэффициенте Фильтра набора к 1 для более быстрого отслеживания.
В Регулировке скорости> подсистема PI_Controller_Speed, в блоке Ki2, установила Постоянное значение к 0.01725. Таким образом, начальное значение диспетчера скорости, y0.
В Текущем Управлении> Входное Масштабирование> Вычисляет подсистему Положения и Скорости, в блоке Speed Measurement, установило Задержки расчета скорости к 1 для более быстрого измерения скорости.
В Текущем Управлении> Control_System> Управление Замкнутым циклом> Current_Controllers> подсистема PI_Controller_Id, в блоке Ki1, установила Постоянное значение к 0.025. Таким образом, начальное значение диспетчера d-оси, y0.
В Текущем Управлении> Control_System> Управление Замкнутым циклом> Current_Controllers> подсистема PI_Controller_Iq, в блоке Kp1, установила Постоянное значение к 0.435. Таким образом, начальное значение диспетчера q-оси, y0.
В Инверторе и Двигателе - подсистема Модели объекта управления, в блоке Surface Mount PMSM, установила Начальную d-ось и q-ось, текущую (idq0) к [-0.4 0.55] и Начальная скорость механического устройства ротора (omega_init) к 215.
В качестве альтернативы можно также установить параметры блоков при помощи следующих команд.
set_param([model,'/SpeedRef'],'Time','0','Before','0.5') set_param([model,'/Speed Control/Zero_Cancellation'],'Filter_constant','1') set_param([model,'/Speed Control/PI_Controller_Speed/Ki2'],'Value','0.01725') set_param([model,'/Current Control/Input Scaling/ Calculate Position and Speed/Speed Measurement'],'DelayLength','1') set_param([model,'/Current Control/Control_System/Closed Loop Control/Current_Controllers/PI_Controller_Id/Ki1'],'Value','0.025') set_param([model,'/Current Control/Control_System/Closed Loop Control/Current_Controllers/PI_Controller_Iq/Kp1'],'Value','0.435') set_param([model,'/Inverter and Motor - Plant Model/Surface Mount PMSM'],'idq0','[-0.4 0.55]','omega_init','215')
После необходимых изменений симуляция запускает с устойчивого состояния с частотой вращения двигателя приблизительно 0,5 p.u. Можно затем использовать Model Linearizer, чтобы провести оценку частотной характеристики. Чтобы открыть Model Linearizer, в окне модели Simulink, в галерее Apps, нажимают Model Linearizer.
Чтобы собрать данные о частотной характеристике, необходимо сначала задать фрагмент модели, чтобы оценить. По умолчанию Model Linearizer использует аналитические точки линеаризации, заданные в модели (модель I/Os), чтобы определить, где ввести тестовый сигнал и где измерить частотную характеристику. Модель scd_fre_mcb_pmsm_foc_sim содержит предопределенные линейные аналитические точки:
Точки ввода при выходных параметрах d-оси и q-оси текущие ПИ-контроллеры
Выходные точки на скорости, текущая d-ось, и q-ось текущие сигналы обратной связи
Чтобы просмотреть или отредактировать эти аналитические точки, на вкладке Estimation Model Linearizer, согласно Анализу список I/Os, нажимают Edit Model I/Os. Аналитические точки для оценки работают одинаково, когда анализ указывает для линеаризации. Для получения дополнительной информации о линейных аналитических точках, смотрите, Задают Фрагмент Модели, чтобы Линеаризовать.
Оценка частотной характеристики вводит входной сигнал во входные аналитические точки, которые вы задаете для оценки. В данном примере используйте фиксированный шаг расчета sinestream входной сигнал для оценки. Создайте сигнал с 20 точками частоты от 1 рад/с до 1 000 рад/с и амплитудой 0,05. Для получения дополнительной информации об определении sinestream входные сигналы, см. Входные сигналы Sinestream.
Чтобы создать сигнал, на вкладке Estimation Model Linearizer, в списке Входных сигналов, выбирают Fixed Sample Time Sinestream.
В Задавании фиксированного диалогового окна шага расчета задайте Шаг расчета 5e-5 секунды.
Нажать ОК. Создавание sinestream вход с фиксированным диалоговым окном шага расчета открывается.
Задайте единицы частоты для оценки. В списке единиц Частоты выберите rad/s.
Чтобы задать частоты, на которых можно оценить ответ объекта, кликните по добавить значку частот.
В Добавить диалоговом окне частот задайте 20 логарифмически расположенных с интервалами частот в пределах от от 1 рад/с до 1 000 рад/с.
Нажать ОК. Добавленные точки отображаются в средстве просмотра содержимого частоты Создавания sinestream входом с фиксированным диалоговым окном шага расчета.
Чтобы задать амплитуду входного сигнала, сначала выберите все частоты в области построения. Затем в поле Amplitude введите 0.05. Используйте значения по умолчанию для остающихся параметров.
Нажмите ОК, чтобы создать фиксированный шаг расчета sinestream сигнал.
Чтобы оценить и построить частотную характеристику, одна вкладка Estimation, нажимают Bode. Предполагаемая частотная характеристика появляется в Линейной Аналитической Рабочей области как frd модель estsys1 и ответ добавляется к Диаграмме Боде 1.
В дополнение к sinestream входным сигналам можно также использовать входные сигналы PRBS по оценке частотной характеристики. В данном примере создайте входной сигнал с 2 периодами, порядком 18 и амплитудой 0,05.
Чтобы создать сигнал, на вкладке Estimation Model Linearizer, в списке Входных сигналов, нажимают PRBS Pseudorandom Binary Sequence.
В диалоговом окне входа Create PRBS сконфигурируйте параметры сигнала PRBS. Входное диалоговое окно помогает вам устанавливать порядок сигнала и количество периодов на основе частотного диапазона, которым вы интересуетесь. Во-первых, установите Шаг расчета на 5e-5 секунды. Затем введите частотный диапазон между 1 рад/с и 2 000 рад/с, и затем нажмите Compute Parameters. Программное обеспечение вычисляет Количество параметров сигнала периодов и порядок Сигнала. Чтобы гарантировать, что система правильно взволнована, устанавливает амплитуду возмущения на 0,05 использования Амплитудного параметра. Используйте значения по умолчанию для остающихся параметров.
Нажмите ОК, чтобы создать входной сигнал.
Чтобы оценить и построить частотную характеристику, на вкладке Estimation, нажимают Bode. Предполагаемая частотная характеристика появляется в Линейной Аналитической Рабочей области как frd модель estsys2. Оценка частотной характеристики с входным сигналом PRBS приводит к результатам с большим количеством точек частоты. Можно использовать функциональность Утончения Результата, чтобы извлечь интерполированный результат предполагаемой модели частотной характеристики через заданный частотный диапазон и количество точек частоты.
Чтобы применить утончение к предполагаемому результату, выберите estsys2 в Линейной Аналитической Рабочей области, и на вкладке Plots и Results нажимают Result Thinning.
В Задавать диалоговом окне частот задайте частотный диапазон между 1 рад/с и 2 000 рад/с с 30 logartihmically расположенными с интервалами точками.
Нажать ОК. Разбавленная предполагаемая система, estsys2_thinned, появляется в Линейной Аналитической Рабочей области. Сравнить результат с estsys1, нажмите Bode Plot 1.
Чтобы найти итоговое время симуляции для оценки частотной характеристики входным сигналом, выберите входной сигнал в Линейной Аналитической Рабочей области и просмотрите время симуляции в области Variable Preview Model Linearizer. В качестве альтернативы можно экспортировать входные сигналы в рабочую область MATLAB® и использовать getSimulationTime функция. Загрузите ранее сохраненный сеанс и отобразите времена симуляции.
load matlab_FRE_comparison.mat
tfinal_sinestream = in_sine1.getSimulationTime
tfinal_prbs = in_prbs1.getSimulationTime
tfinal_sinestream = 82.3973 tfinal_prbs = 26.2142
Оба входных сигнала обеспечивают подобную эффективность по оценке частотной характеристики. Можно использовать входные сигналы PRBS, чтобы получить точные результаты оценки частотной характеристики в более коротком времени симуляции по сравнению с оценкой с сигналами sinestream. Однако, поскольку результаты оценки PRBS содержат большое количество точек частоты, необходимо разбавить их для точной параметрической оценки.
Параметрические модели, такие как модели передаточной функции и модели в пространстве состояний, широко используются в рабочих процессах системы управления. Можно оценить параметрическую модель от результата оценки частотной характеристики.
Оценить параметрическую модель для моторного, первого экспорта PMSM estsys1 или estsys2_thinned к рабочему пространству MATLAB затем используйте tfest или ssest функции из программного обеспечения System Identification Toolbox™, чтобы оценить модель передаточной функции или модель в пространстве состояний, соответственно.
Закройте модель
close_system(model,0);