В этом примере показан рабочий процесс оценки частотной характеристики для трехфазного синхронного двигателя с постоянным магнитом (PMSM) с полевым управлением (FOC), смоделированного с использованием компонентов из Blockset™ управления двигателем. В этом примере используется модель Linearizer из программного обеспечения Simulink ® Control Design™ для получения модели частотного отклика (frd), который можно использовать для оценки параметрической модели двигателя.
Модель PMSM основана на управлении двигателем Blockset™ mcb_pmsm_foc_sim модель. Модель включает в себя:
Подсистема для моделирования инвертора и динамики PMSM
Контроллеры PI внутреннего контура (ток) и внешнего контура (скорость) для реализации ориентированного на поле алгоритма управления для управления скоростью двигателя
Дополнительные сведения см. в этой модели. В этом примере исходная модель изменяется, чтобы обеспечить начало моделирования из устойчивого состояния. Установившееся состояние служит рабочей точкой, используемой в рабочем процессе оценки частотного отклика.
Откройте модель Simulink ®.
model = 'scd_fre_mcb_pmsm_foc_sim';
open_system(model)
Чтобы обеспечить начало моделирования из устойчивого состояния, измените исходные условия исходной модели. Чтобы получить эти начальные условия, включите регистрацию сигнала для сигнала обратной связи скорости и смоделируйте модель до установившегося состояния со скоростью 0,5 п.е. Чтобы скорость достигла требуемого установившегося состояния, после моделирования проверьте результат моделирования в инспекторе данных моделирования.
Основываясь на отклике скорости на предыдущем рисунке, можно использовать результаты моделирования через 0,6 секунды для получения исходных условий блока для оценки частотной характеристики. В дополнение к исходным условиям измените настройки в фильтрах, связанных с контуром управления скоростью, для более быстрого отслеживания скорости. Изменения предназначены для запуска моделирования из устойчивого состояния, но не влияют на модель моторной установки. Внесите в модель следующие изменения.
В блоке SpeedRef установите значение Step time на 0 s и Начальное значение к опорному значению установившегося состояния 0.5 p.u.
В подсистеме управления скоростью в блоке Zero_Cancellation установите для коэффициента фильтра значение 1 для более быстрого отслеживания.
В подсистеме Speed Control > PI_Controller_Speed в блоке Ki2 установите для параметра Constant значение 0.01725. То есть начальное значение контроллера скорости, y0.
В подсистеме «Текущий контроль» > «Масштаб ввода» > «Расчет положения и скорости» в блоке «Измерение скорости» установите значение «Задержки для расчета скорости». 1 для более быстрого измерения скорости.
В Текущем Контроле> Control_System> Контроль за Замкнутым контуром> Current_Controllers> подсистема PI_Controller_Id, в блоке Ki1, установила Постоянное значение к 0.025. То есть начальное значение контроллера d-оси, y0.
В Текущем Контроле> Control_System> Контроль за Замкнутым контуром> Current_Controllers> подсистема PI_Controller_Iq, в блоке Kp1, установила Постоянное значение к 0.435. То есть начальное значение контроллера оси q, y0.
В подсистеме инвертора и двигателя - модели установки в блоке PMSM для поверхностного монтажа установите начальный ток d-оси и q-оси (idq0) в значение [-0.4 0.55] и Начальный ротор механическая скорость (omega_init) к 215.
Можно также задать параметры блока с помощью 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 моделирование начинается с установившегося состояния с частотой вращения двигателя около 0,5 п.е. Затем можно использовать модельный линеаризатор для оценки частотной характеристики. Чтобы открыть линеаризатор модели, в окне модели Simulink в галерее Apps щелкните Линеаризатор модели.
Для сбора данных частотной характеристики необходимо сначала указать часть модели для оценки. По умолчанию линеаризатор модели использует точки анализа линеаризации, определенные в модели (ввод/вывод модели), чтобы определить, куда вводить тестовый сигнал и где измерять частотную характеристику. Модель scd_fre_mcb_pmsm_foc_sim содержит предварительно определенные точки линейного анализа:
Входные точки на выходах контроллеров тока PI d-оси и q-оси
Выходные точки на скорости, токе d-оси и сигналах обратной связи тока q-оси
Чтобы просмотреть или изменить эти точки анализа, на вкладке Оценка (Estimation) Линеаризатора модели (Model Linearizer) в списке Ввод/вывод анализа (Analysis I/Os) щелкните Edit Model I/Os. Точки анализа для оценки работают так же, как точки анализа для линеаризации. Дополнительные сведения о точках линейного анализа см. в разделе Задание части модели для линеаризации.
Оценка частотного отклика вводит входной сигнал во входные точки анализа, заданные для оценки. В этом примере для оценки используют входной сигнал синестрима с фиксированным временем выборки. Создайте сигнал с 20 частотными точками от 1 рад/с до 1000 рад/с и амплитудой 0,05. Дополнительные сведения об определении входных сигналов синестрима см. в разделе Входные сигналы синестрима.
Чтобы создать сигнал, на вкладке Оценка (Estimation) Линеаризатора модели (Model Linearizer) в списке Входной сигнал (Input Signal) выберите Fixed Sample Time Sinestream.
В диалоговом окне «Указание фиксированного времени выборки» укажите время выборки, равное 5e-5 секунд.
Нажмите кнопку OK. Откроется диалоговое окно Create sinestream input with fixed sample time.
Укажите единицы измерения частоты для оценки. В списке «Единицы измерения частоты» выберите rad/s.
Чтобы указать частоты для оценки отклика установки, щелкните значок добавления частот.
В диалоговом окне «Добавление частот» укажите 20 логарифмически разнесенных частот в диапазоне от 1 рад/с до 1000 рад/с.
Нажмите кнопку OK. Добавленные точки отображаются в средстве просмотра содержимого частоты диалогового окна «Создание синестрима с фиксированным временем выборки».
Чтобы задать амплитуду входного сигнала, сначала выберите все частоты в области графика. Затем в поле Амплитуда введите 0.05. Используйте значения по умолчанию для остальных параметров.
Нажмите кнопку OK, чтобы создать фиксированный сигнал синестрима времени выборки.
Чтобы оценить и построить график частотной характеристики, на вкладке Оценка (Estimation) щелкните Объект (Bode). Расчетная частотная характеристика отображается в рабочей области линейного анализа как frd модель estsys1 и ответ добавляется к Plode Plot 1.
В дополнение к входным сигналам синестрима, можно также использовать входные сигналы PRBS при оценке частотной характеристики. Для этого примера создайте входной сигнал с 2 периодами, порядка 18 и амплитудой 0,05.
Чтобы создать сигнал, на вкладке Оценка (Estimation) Линеаризатора модели (Model Linearizer) в списке Входной сигнал (Input Signal) щелкните PRBS Pseudorandom Binary Sequence.
В диалоговом окне Create PRBS input настройте параметры сигнала PRBS. Диалоговое окно ввода позволяет задать порядок сигналов и количество периодов на основе интересующего диапазона частот. Сначала установите для параметра Sample time значение 5e-5 секунд. Затем введите диапазон частот от 1 рад/с до 2000 рад/с и щелкните Вычислить параметры. Программное обеспечение вычисляет параметры сигнала Number of periods и Signal order. Чтобы обеспечить правильное возбуждение системы, установите амплитуду возмущений на 0,05 с помощью параметра Амплитуда (Amplitude). Используйте значения по умолчанию для остальных параметров.
Нажмите кнопку OK для создания входного сигнала.
Чтобы оценить и построить график частотной характеристики, на вкладке Оценка (Estimation) щелкните Объект (Bode). Расчетная частотная характеристика отображается в рабочей области линейного анализа как frd модель estsys2. Оценка частотной характеристики с помощью входного сигнала PRBS дает результаты с большим количеством частотных точек. Функцию «Прореживание результата» можно использовать для извлечения интерполированного результата из модели расчетной частотной характеристики в указанном диапазоне частот и количестве частотных точек.
Чтобы применить утончение к расчетному результату, выберите estsys2 в рабочем пространстве линейного анализа и на вкладке Графики и результаты (Plots and Results) щелкните Прореживание результата (Result Thinning).
В диалоговом окне Задать частоты (Specify frequences) укажите диапазон частот от 1 рад/с до 2000 рад/с с 30 логартимически разнесенными точками.
Нажмите кнопку OK. Утонченная расчетная система, estsys2_thinned, появляется в рабочем пространстве линейного анализа. Сравнение результата с estsys1нажмите кнопку «График 1».
Чтобы найти конечное время моделирования для оценки частотной характеристики по входному сигналу, выберите входной сигнал в рабочей области линейного анализа и просмотрите время моделирования в области Предварительный просмотр переменной (Variable Preview) линеаризатора модели. Можно также экспортировать входные сигналы в рабочую область MATLAB ® и использовать getSimulationTime функция. Загрузите ранее сохраненный сеанс и просмотрите время моделирования.
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 одинаковые характеристики при оценке частотной характеристики. Входные сигналы PRBS можно использовать для получения точных результатов оценки частотного отклика за меньшее время моделирования по сравнению с оценками с синестримными сигналами. Однако, поскольку результаты оценки PRBS содержат большое количество частотных точек, для точной параметрической оценки их необходимо уменьшить.
Параметрические модели, такие как модели передаточных функций и модели пространства состояний, широко используются в рабочих процессах проектирования управления. Параметрическую модель можно оценить по результату оценки частотного отклика.
Для оценки параметрической модели двигателя PMSM сначала выполните экспорт estsys1 или estsys2_thinned в рабочую область MATLAB, затем используйте tfest или ssest функции из программного обеспечения System Identification Toolbox™ для оценки модели передаточной функции или модели состояния-пространства соответственно.
Закрыть модель
close_system(model,0);