Контроллер PM на основе потока

Контроллер синхронного двигателя постоянного магнита на основе потока

Библиотека:
Блоксеть силового агрегата/силовые/электрические моторные контроллеры

Описание

Блок контроллера PM на основе потока реализует ориентированный на поток полевой контроллер для синхронного двигателя с внутренним постоянным магнитом (PMSM) с дополнительным контроллером скорости внешнего контура. Внутреннее управление крутящим моментом реализует стратегии достижения максимального крутящего момента на ампер (MTPA) и ослабления магнитного потока. Можно указать тип управления скоростью или крутящим моментом.

Контроллер PM на основе потока реализует уравнения для управления скоростью, определения крутящего момента, регуляторов, преобразований и двигателей.

Рисунок иллюстрирует поток информации в блоке.

Блок реализует уравнения, используя эти переменные.

ω	Частота вращения ротора
ω*	Команда частоты вращения ротора
Т *	Команда крутящего момента
_{я бы} _{я бы}	Ток по оси d команда тока d-axis
_IQ i _* q	Ток по оси q команда тока по оси q
_vd, v _* d	Напряжение по оси d команда напряжения по оси d
_vq v _* q	Напряжение по оси q команда напряжения по оси q
_va, _vb, _vc	Напряжения фаз a, b, c статора
_ia, _ib, _ic	Токи фаз a, b, c статора

Контроллер скорости

Для реализации контроллера скорости выберите параметр Control Type Speed Control. При выборе параметра «Тип элемента управления» Torque Controlблок не реализует контроллер скорости.

Контроллер скорости определяет команду крутящего момента, реализуя фильтр состояния и вычисляя команды обратной связи и обратной связи. Если контроллер скорости не реализован, введите команду крутящего момента в блок контроллера PM на основе потока.

Фильтр состояния

Фильтр состояния является фильтром нижних частот, который генерирует команду ускорения на основе команды скорости. Дискретная форма характеристического уравнения задаётся:

$z +_{}_{} КсфЦм$ − 1

Фильтр вычисляет коэффициент усиления, используя это уравнение.

$_{Ksf} \frac{= 1 −_{\exp} (-_{}}{_{}}$ Tsm2āEVsf) Цм

Уравнения используют эти переменные.

_EVsf	Полоса пропускания фильтра команд скорости
_Tsm	Время выборки контроллера движения
_Ksf	Постоянная времени регулятора скорости

Обратная связь с государством

Для формирования крутящего момента обратной связи состояния блок использует отфильтрованный сигнал ошибки скорости от фильтра состояния. Для фильтрации скорости блок использует пропорциональный интегральный (PI) контроллер.

$_{}_{}_{}^{}_{} Tcmd=Kpω (ωm*-ωm)_{} \frac{_{}}{}_{}^{}_{}$ +KiωzTsmz−1 (ωm*−ωm)

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Частота вращения ротора
λ _* m	Команда частоты вращения ротора
_Tcmd	Команда крутящего момента
_Kpω	Пропорциональный коэффициент усиления регулятора скорости
_Kiω	Интегральный коэффициент усиления регулятора скорости
_Tsm	Частота выборок регулятора скорости

Команда Feedforward

Для формирования крутящего момента в направлении состояния блок использует отфильтрованную скорость и ускорение из фильтра состояния. Кроме того, при расчете крутящего момента в прямом направлении используются инерция, вязкое демпфирование и статическое трение. Для достижения ошибки отслеживания нуля команда крутящего момента представляет собой сумму команд передачи и обратной связи крутящего момента.

Команда передачи крутящего момента использует это уравнение.

$_{} Tcmd_ff=_{} {\overset{}{}}_{}_{}_{}_{Jpω˙m+Fvωm+Fs} \frac{_{}}{_{objectm 'startm}}$ |

где:

_{Мировой судья}	Инерция ротора
_{Tcmd_ff}	Передача команды на крутящий момент
_Фс	Постоянная крутящий момент статического трения
_Fv	Постоянный крутящий момент при вязком трении
_Фс	Постоянная крутящий момент статического трения
_ωm	Частота вращения ротора

Текущая команда

Блок использует таблицы поиска для определения команд тока d-оси и q-оси. Таблицы поиска являются функциями механической скорости и крутящего момента. Для определения таблиц поиска можно использовать внешние модели анализа конечных элементов (КЭА) или результаты испытаний динамометра.

$\begin{array}{l} _{idref} = f_{(} | {startm}_{|,} | \\ _{Tref} |)_{iqref} = {знак}_{} (_{Tref)} *f \end{array}$ (| startm |, | Tref |)

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Частота вращения ротора
_Tref	Команда крутящего момента
_idref, _iqref	опорный ток по осям d- и q соответственно

Команда напряжения

Блок использует эти уравнения для вычисления напряжения в системе отсчета двигателя.

$\begin{array}{l} _{vd} \frac{=_{}}{} {dü ddt}_{} +_{}_{} {Rsid}_{} \\ -_{} \frac{_{}}{}_{}_{}_{}_{} \end{array}$

$\begin{array}{l} \frac{_{}}{}_{}_{}_{}_{}^{}_{} dψddt+Rsid=Kpd (id*-id)_{} \frac{_{}}{}_{}^{}_{} \\ \frac{_{+KidzTstz−1 (id*−id)}}{}_{}_{}_{}_{}^{}_{}_{} \frac{dψqdt+Rsiq=Kpq (iq*−iq)_{}}{}_{}^{}_{} \\ _{}_{} +KiqzTstz-1 (iq*-iq)_{}^{}_{} vd=Kpi_{} \frac{_{}}{(id*−id)}_{}^{}_{}_{}_{} \\ _{}_{+KidzTstz−1 (id*−id)} +_{}^{}_{}_{ωeψqvq=Kpi} \frac{_{}}{} {(iq*−iq)}_{}^{}_{}_{}_{} \\ _{}_{}_{+KiqzTstz−1 (iq*−iq)} \\ _{}_{} {−ωeψdψq=f}_{} ( \end{array}$ id, IQ) ψd=f (id, IQ)

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Механическая частота вращения ротора
_ωe	Электрическая частота вращения ротора
_Rs, _Rr	Сопротивление обмоток статора и ротора соответственно
_iq, _id	q- и d-осевой ток соответственно
_vq, _vd	q- и d-осевое напряжение соответственно
_{Λ q}, _{Λ d}	магнитный поток по оси q- и d соответственно
_Tst	Текущая частота выборки регулятора
_{Ребенок} , Кик	интегральный коэффициент усиления по осям d- и q- соответственно
_Kpd , Kpq	пропорциональное усиление по осям d- и q- соответственно

Преобразовывает

Для вычисления напряжений и токов в сбалансированных трехфазных (a, b) величинах, квадратурных двухфазных (α, β) величинах и вращающихся (d, q) опорных кадрах блок использует преобразования Кларка и Парка.

В уравнениях преобразования.

$\begin{array}{l} _{starte} =_{} \\ \frac{_{}}{} Pstartmdstartedt_{=} \end{array}$ starte

Преобразовать	Описание	Уравнения
Кларк	Преобразует сбалансированные трехфазные величины (a, b) в сбалансированные двухфазные квадратурные величины (α, β).	$\begin{array}{l} _{xα} = \frac{}{}_{} 23xa \frac{−}{}_{} 13xb \frac{}{−}_{} \\ _{} \frac{\sqrt{13xxxβ}}{} =_{} \frac{\sqrt{}}{32xb}_{-} \end{array}$ 32xc
Парк	Преобразует сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные величины (α, β) в ортогональный вращающийся опорный кадр (d, q).	$\begin{array}{l} _{xd} =_{}_{} xαcosstarte +_{}_{} \\ _{} xβsinü exq =_{} -_{}_{xαsinstarte} +_{} \end{array}$ xβcosstarte
Обратный Кларк	Преобразует сбалансированные двухфазные квадратурные величины (α, β) в сбалансированные трехфазные величины (a, b).	$\begin{array}{l} _{xa} =_{} \\ _{} xaxb = \frac{}{−}_{} \frac{\sqrt{12xα}}{} +_{} \\ _{} \frac{32xβxc}{} =_{} - \frac{\sqrt{}}{}_{12xα} \end{array}$ − 32xβ
Обратный парк	Преобразует ортогональный вращающийся опорный кадр (d, q) в сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные величины (α, β).	$\begin{array}{l} _{xα} =_{}_{} xdcosstarte -_{}_{} \\ _{} xqsinü exβ_{=}_{} {xdsinstarte}_{} +_{} \end{array}$ xqcosstarte

Преобразования используют эти переменные.

_ωm	Частота вращения ротора
P	Пары полюсов ротора
_ωe	Электрическая частота вращения ротора
_Θe	Электрический угол ротора
x	Фазный ток или напряжение

Двигатель

Блок использует фазные токи и фазные напряжения для оценки тока шины постоянного тока. Положительный ток указывает на разряд батареи. Отрицательный ток указывает на заряд батареи.

Блок использует эти уравнения.

Мощность нагрузки	$_{LdPwr} =_{} {va}_{} ia_{+}_{vb} {ib}_{} +_{}$ vc ic
Питание источника	$_{SrcPwr} =_{} LdPwr +_{}$ PwrLoss
Ток шины постоянного тока	$_{ibus} = \frac{_{}}{_{}}$ SrcPwrvbus
Расчетный крутящий момент ротора	$_{Te} = {1,5P}_{}_{}_{}_{}$ [
Потеря мощности для одного источника КПД на нагрузку	$_{} \frac{}{}_{PwrLoss=100−EffEff⋅LdPwr}$
Потеря мощности для одной нагрузки КПД на источник	$_{} \frac{}{}_{} PwrLoss=100-Eff100\cdot\|LdPwr\|$
Потеря мощности для табличной эффективности	$_{PwrLoss} = f_{(} startm,_{}$ MtrTrqest)

Уравнения используют эти переменные.

_va, _vb, _vc	Напряжения фаз a, b, c статора
_vbus	Расчетное напряжение шины постоянного тока
_ia, _ib, _ic	Токи фаз a, b, c статора
_ibus	Расчетный ток шины постоянного тока
Эффективность	Общая эффективность инвертора
_ωm	Механическая частота вращения ротора
_Lq, _Ld	индуктивность обмотки q- и d-оси соответственно
_{Λ q}, _{Λ d}	магнитный поток по оси q- и d соответственно
_iq, _id	q- и d-осевой ток соответственно
λ	Связь постоянного магнитного потока
P	Пары полюсов ротора

Электрические потери

Чтобы задать электрические потери, на вкладке Электрические потери (Electrical Losts) в поле Параметризовать потери (Parameterize losts by) выберите одну из этих опций.

Настройка Блокирование реализации

Настройка	Блокирование реализации
`Single efficiency measurement`	Электрические потери, рассчитанные с использованием постоянного значения эффективности инвертора.
`Tabulated loss data`	Электрические потери, рассчитанные как функция скоростей двигателя и крутящих моментов нагрузки.
`Tabulated efficiency data`	Электрические потери, рассчитанные с использованием эффективности инвертора, которая является функцией скоростей двигателя и крутящих моментов нагрузки. Преобразует предоставленные значения эффективности в потери и использует табличные потери для моделирования. Игнорирует значения КПД для нулевой скорости или нулевого крутящего момента. Потери принимаются равными нулю, когда крутящий момент или скорость равны нулю. Использует линейную интерполяцию для определения потерь. Предоставьте табличные данные для низких скоростей и низких крутящих моментов, при необходимости, чтобы получить требуемый уровень точности для условий пониженной мощности. Не экстраполирует значения потерь для значений скорости и крутящего момента, которые превышают диапазон таблицы.

Single efficiency measurement

Электрические потери, рассчитанные с использованием постоянного значения эффективности инвертора.

Tabulated loss data

Электрические потери, рассчитанные как функция скоростей двигателя и крутящих моментов нагрузки.

Tabulated efficiency data

Электрические потери, рассчитанные с использованием эффективности инвертора, которая является функцией скоростей двигателя и крутящих моментов нагрузки.

Преобразует предоставленные значения эффективности в потери и использует табличные потери для моделирования.
Игнорирует значения КПД для нулевой скорости или нулевого крутящего момента. Потери принимаются равными нулю, когда крутящий момент или скорость равны нулю.
Использует линейную интерполяцию для определения потерь. Предоставьте табличные данные для низких скоростей и низких крутящих моментов, при необходимости, чтобы получить требуемый уровень точности для условий пониженной мощности.
Не экстраполирует значения потерь для значений скорости и крутящего момента, которые превышают диапазон таблицы.

Для получения рекомендаций используйте Tabulated loss data вместо Tabulated efficiency data:

Эффективность становится плохо определенной для нулевой скорости или нулевого крутящего момента.
Вы можете учесть фиксированные потери, которые все еще присутствуют для нулевой скорости или крутящего момента.

Порты

Вход

развернуть все

`SpdReq` - Команда частоты вращения ротора
`scalar`

Команда частоты вращения ротора, λ _* m, в рад/с.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed Control для параметра «Тип элемента управления».

`TrqCmd` - Команда крутящего момента
`scalar`

Команда крутящего момента T *, в Н· м.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque Control для параметра «Тип элемента управления».

`BusVolt` - напряжение шины постоянного тока
`scalar`

Напряжение шины постоянного тока, _vbus, в В.

`PhaseCurrA` - Текущий
`scalar`

Фаза тока статора a, _ia, в А.

`PhaseCurrB` - Текущий
`scalar`

Фаза тока статора b, _ib, в А.

`SpdFdbk` - Частота вращения ротора
`scalar`

Частота вращения ротора, _{λ м}, в рад/с.

`PosFdbk` - Электрический угол ротора
`scalar`

Электрический угол ротора в рад.

Продукция

развернуть все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины, содержащий эти блочные вычисления.

Сигнал	Описание	Единицы
`SrcPwr`	Питание источника	W
`LdPwr`	Мощность нагрузки	W
`PwrLoss`	Потеря питания	W
`MtrTrqEst`	Расчетный крутящий момент двигателя	Н· м

`BusCurr` - Ток шины
`scalar`

Расчетный ток шины постоянного тока, _ibus, в А.

`PhaseVolt` - Напряжение на клеммах статора
`array`

Напряжение на клеммах статора, _Va, _Vb и _Vc, в В.

Параметры

развернуть все

Параметры блока

`Control Type` - Выбрать элемент управления
`Torque Control` (по умолчанию) | `Speed Control`

При выборе Torque Controlблок не реализует контроллер скорости.

В этой таблице представлены конфигурации портов.

Конфигурация порта	Создание портов
`Speed Control`	`SpdReq`
`Torque Control`	`TrqCmd`

Параметры двигателя

`Number of pole pairs, PolePairs` - поляки
`4` (по умолчанию) | `scalar`

Пары полюсов двигателей, П.

`Vector of d-axis current breakpoints, id_index` - Текущий
`vector`

Ток по оси d, _{id_index}, в А.

`Vector of q-axis current breakpoints, iq_index` - ток
`vector`

ток по оси q, _{iq_index}, в А.

`Corresponding d-axis flux, lambda_d` - Флюс
`vector`

d-осевой поток, _{λ d}, в Wb.

`Corresponding q-axis flux, lambda_q` - Флюс
`vector`

q-осевой поток, _{λ q}, в Wb.

Текущий контроллер

`Sample time for the torque control, Tst` - Время
`1e-4` (по умолчанию) | `scalar`

Время отбора проб для контроля крутящего момента, _Tst, в с.

`D-axis proportional gain, Kp_d` - Выигрыш
`2.4056` (по умолчанию) | `scalar`

d-ось пропорционального усиления, _Kpd, в V/A.

`Q-axis proportional gain, Kp_q` - Выигрыш
`2.4056` (по умолчанию) | `scalar`

пропорциональный коэффициент усиления по оси q, _Kpq, в V/A.

`D-axis integral gain, Ki_d` - Выигрыш
`192.45` (по умолчанию) | `scalar`

интегральный коэффициент усиления d-оси, _Кид, в В/А· с.

`Q-axis integral gain, Ki_q` - Выигрыш
`192.45` (по умолчанию) | `scalar`

q- интегральный коэффициент усиления по оси, _Kiq, в В/А· с.

`Vector of speed breakpoints, wpb` - Точки останова
`vector`

Точки останова скорости в рад/с.

`Vector of torque breakpoints, tpb` - Точки останова
`vector`

Точки останова крутящего момента, _Tbp, в Н· м.

`Corresponding d-axis current reference, id_ref` - Текущий
`vector`

опорный ток d-оси, _idref, в A.

`Corresponding q-axis current reference, iq_ref` - Текущий
`vector`

опорный ток по оси q, _iqref, в А.

Контроллер скорости