В этом примере показана широкоскоростная работа привода синхронного двигателя с постоянными магнитами (IPMSM). Привод использует ориентированную на поле систему управления с максимальным крутящим моментом на ампер (MTPA) и стратегии управления ослаблением поля.
IPMSM представляют собой синхронные двигатели переменного тока с постоянными магнитами, встроенными в их стальные роторы. По сравнению с поверхностными двигателями PMSM двигатели IPMSM являются более надежными и могут работать на гораздо более высокой скорости. Кроме того, двигатель IPMSM демонстрирует относительно высокую магнитную соленость, что позволяет двигателю извлекать выгоду из компонентов крутящего момента как магнитного, так и магнитного сопротивления.
Двигатели IPMSM обычно управляются с использованием ориентированной на поле схемы управления и питаются синусоидальными токами. В примере также используются схемы управления ослаблением потока и MTPA.
Шина постоянного тока, смоделированная как идеальный источник постоянного тока 550 В, подключена к трехфазному, двухуровневому преобразователю. Этот преобразователь генерирует соответствующие трехфазные напряжения (амплитуду и частоту) для регулирования скорости двигателя 50 кВт IPMSM.
Преобразователем управляет контроллер управления, ориентированный на поле (ВОК), который генерирует ссылки на напряжение для пространственно-векторного модулятора ШИМ.
ВОК - это схема управления, в которой опорный кадр координат d-q, который зафиксирован вектором пространства потока двигателя, используется для достижения развязки между потоком двигателя и крутящим моментом. Следовательно, они могут отдельно управляться токами прямой оси статора и квадратурной оси соответственно.
Крутящий момент является максимальным, когда поток, создаваемый магнитами, перпендикулярен статорному потоку, создаваемому токами статора. В ориентированной на поле схеме управления угол между этими двумя потоками поддерживается на уровне 90 ° для создания максимального крутящего момента.
Крутящий момент, развиваемый двигателем, определяется:
![$$T_e = \frac{3}{2} \: p \:[ \lambda \: i_{q} + (L_{d}-L_{q})\: i_{d}\: i_{q}]$$](../../../examples/sps_product/win64/power_motordrive_IPMSM_FOC_eq16034409553590052568.png)
где
- количество пар полюсов.
- поток, индуцированный постоянными магнитами в обмотках статора.
и
являются индуктивностью d-оси и q-оси.
и
являются токами статора d-оси и q-оси.
Уравнение выражается в опорной рамке ротора (dq-рамке), и все величины в опорной рамке ротора относятся к статору.
Для работы двигателя IPMSM на скорости, превышающей его номинальную скорость, результирующая ЭДС должна быть уменьшена, чтобы не превышать максимальное выходное напряжение инвертора. Это уменьшение выполняется путем установки тока статора d-оси на отрицательное значение для уменьшения связи потока ротора. Эта стратегия управления называется управлением ослаблением поля.
Двигатель IPMSM демонстрирует относительно высокую магнитную соленость, что позволяет двигателю извлекать выгоду из компонентов крутящего момента как магнитного, так и магнитного сопротивления. Алгоритм максимального крутящего момента на ампер MTPA вычисляет значения компонентов тока d-оси и q-оси для получения требуемого крутящего момента при минимизации величины тока. Кроме того, MTPA гарантирует, что выходной сигнал инвертора не насыщается.
Основными компонентами системы ВОК являются:
Регулятор скорости - регулятор сравнивает фактическую скорость двигателя с исходной скоростью. Если двигатель нуждается в ускорении, регулятор увеличивает величину опорного крутящего момента (Tref), чтобы создать больший крутящий момент. Напротив, если скорость двигателя выше опорной, регулятор уменьшает Tref. Это контрольное значение крутящего момента затем подается в блок ограничителя крутящего момента для уменьшения опорного крутящего момента в зависимости от фактической скорости и характеристик крутящего момента и частоты вращения двигателя.
Преобразование измерения тока d-q - на основе положения ротора (представленного сигналом тета в модели двигателя) измеренные трехфазные токи статора преобразуются в координаты d-q в системе координат ротора.
Расчет опорного тока - на основе опорного крутящего момента, 
фактической скорости двигателя, расчетных параметров двигателя и имеющегося напряжения питания эта подсистема определяет оптимизированные опорные токи
и Iqref с помощью алгоритмов MTPA и ослабления поля.
Регуляторы тока - токи и
опорные токи подаются на регуляторы тока. Регуляторы обрабатывают измеренный и опорный токи для получения опорных напряжений,. 
Динамика регуляторов выигрывает от прямого расчета токов IPMSM на основе параметров двигателя.
Трехфазные опорные сигналы подключены к модулятору ШИМ, который генерирует импульсы для инвертора двигателя. Модулятор использует метод пространственного вектора ШИМ с усреднением импульсов и частотой переключения 8 кГц.
Укажите номер теста в блоке «Номер теста» и выполните моделирование. Для теста 3 укажите время остановки 10 с. Результаты моделирования можно наблюдать как в Области 1, так и в Области 2.
Испытание 1: Это испытание показывает работу двигателя и генератора при нормальной скорости вращения (1200 об/мин) и режиме превышения скорости (2400 об/мин).
На 0,4 с к двигателю прикладывается момент нагрузки 350 Н· м. При 0,7 с скорость двигателя увеличивается до 2400 об/мин, а момент нагрузки уменьшается до 150 Н· м. Регулятор скорости хорошо работает для обеих настроек скорости.
При 1,0 с крутящий момент нагрузки изменяется от + 150 до -150 Н· м, так что машина теперь работает как генератор.
Испытание 2: Это испытание показывает влияние управления MTPA на токи двигателя. На 0,4 с к двигателю прикладывается момент нагрузки 350 Н· м. Через 0,8 с управление MTPA отключается (Idref = 0). Без алгоритма MTPA величина токов двигателя увеличивается при создании одинакового значения крутящего момента. Это приводит к большим потерям статора. Тест 3: Этот тест показывает работу двигателя IPMSM на большой скорости от 0 об/мин до 6000 об/мин. Скорость двигателя увеличивается до 6000 об/мин, в то время как эталонный крутящий момент ограничен, чтобы не превышать номинальные значения двигателя и избежать насыщения выходного сигнала инвертора.
Если у вас есть Simulink Real-Time и цель Speedgoat, вы можете запустить эту модель в реальном времени.
Откройте окно Параметры конфигурации (Configuration Parameters) (или нажмите Ctrl + E), щелкните Создание кода (Code Generation) и задайте для параметра Системный целевой файл (System target file) значение slrealtime.tlc .
Подключитесь к целевому объекту и на вкладке «Реальное время» нажмите кнопку «Выполнить на целевом объекте».
Модель будет автоматически построена, развернута и выполнена на целевом объекте. В зависимости от целевой пропускной способности потоковой передачи может потребоваться уменьшить количество сигналов, передаваемых в реальном времени с целевого компьютера на хост-компьютер.
Трембли, Оливье. Отчет о разработке: Оценка параметров и векторное управление синхронной машиной с внутренним постоянным магнитом, ETS декабрь 2010.
Джашкольт, Кристофер. «Понимание двигателей с постоянными магнитами». Проектирование управления. Январь 2017 года. https://www.controleng.com/articles/understanding-permanent-magnet-motors/aka.
Цирринсионе, М., М. Пуччи, Г. Витале. Силовые преобразователи и электрические приводы переменного тока с линейными нейронными сетями. КПР Пресс, 2012.