Flux-Based PMSM

Синхронный двигатель с постоянными магнитами на основе потока

Библиотека:
Блоксет силовых агрегатов/Двигатели/Электродвигатели и инверторы

Описание

Блок Flux-Based PMSM реализует трехфазный синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) на основе потока с табличной электродвижущей силой. Блок использует трехфазные входные напряжения, чтобы регулировать отдельные токи фазы, позволяя контролировать крутящий момент или скорость двигателя.

Модели электродвигателя на основе потока учитывают магнитное насыщение и потери в железе. Чтобы вычислить магнитное насыщение и потерю в железе, блок Flux-Based PMSM использует обратные редактирования потока. Чтобы получить параметры блоков, можно использовать конечноэлементный анализ (FEA) или измерить напряжения фазы с помощью динамометра.

По умолчанию блок устанавливает параметр Simulation Type равным Continuous использование непрерывного шага расчета во время симуляции. Если вы хотите сгенерировать код для целей с двойной и одинарной точностью с фиксированным шагом, рассматривая установка параметра Discrete. Затем задайте параметр Sample Time, Ts.

Чтобы включить расчеты потерь мощности, подходящие для целей генерации кода, которые ограничивают память, выберите Enable memory optimized 2D LUT.

Трехфазная синусоидальная модель электрической системы

Блок реализует уравнения, которые выражены в ссылку стационарного ротора (dq) системы координат. Ось D выравнивается по оси A. Все величины в исходной системе координат ротора относятся к статору.

Блок использует эти уравнения.

Вычисление	Уравнение
q- и d-составляющие напряжения	$\begin{array}{l} v_{d} = \frac{d ψ_{d}}{d t} + R_{s} i_{d} - ω_{e} ψ_{q} \\ v_{q} = \frac{d ψ_{q}}{d t} + R_{s} i_{q} + ω_{e} ψ_{d} \end{array}$
ток q- и d-осей	$\begin{array}{l} i_{d} = f (ψ_{d}, ψ_{q}) \\ i_{q} = g (ψ_{d}, ψ_{q}) \end{array}$
Электромеханический крутящий момент	$T_{e} = 1.5 P [ψ_{d} i_{q} - ψ_{q} i_{d}]$

В уравнениях используются эти переменные.

_ωm	Механическая скорость ротора
_ωe	Электрическая скорость ротора
_Θda	dq электрический угол статора относительно оси A ротора
_Rs, _Rr	Сопротивление обмоток статора и ротора, соответственно
_iq, _id	ток q- и d-осей, соответственно
_vq, _vd	q- и d-напряжения, соответственно
_Ψq, _Ψd	q- и d-составляющие потоки магнитов, соответственно
P	Количество пар полюсов
_Te	Электромагнитный крутящий момент

Преобразовывает

Чтобы вычислить напряжения и токи в сбалансированных трехфазных (a, b) величинах, квадратурных двухфазных (α, β) величинах и вращающихся (d, q) опорных системах координат, блок использует Преобразования Кларка и Парка.

В уравнениях преобразования.

$\begin{array}{l} ω_{e} = P ω_{m} \\ \frac{d θ_{e}}{d t} = ω_{e} \end{array}$

Преобразовать	Описание	Уравнения
Кларк	Преобразует сбалансированные трехфазные величины (a, b) в сбалансированные двухфазные квадратурные величины (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = \frac{2}{3} x_{a} - \frac{1}{3} x_{b} - \frac{1}{3} x_{c} \\ x_{β} = \frac{\sqrt{3}}{2} x_{b} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{c} \end{array}$
Парк	Преобразует сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные величины (α, β) в ортогональную вращающуюся опорную систему координат (d, q).	$\begin{array}{l} x_{d} = x_{α} \cos θ_{e} + x_{β} \sin θ_{e} \\ x_{q} = - x_{α} \sin θ_{e} + x_{β} \cos θ_{e} \end{array}$
Обратный Кларк	Преобразует сбалансированные двухфазные квадратурные величины (α, β) в сбалансированные трехфазные величины (a, b).	$\begin{array}{l} x_{a} = x_{a} \\ x_{b} = - \frac{1}{2} x_{α} + \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \\ x_{c} = - \frac{1}{2} x_{α} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \end{array}$
Обратный парк	Преобразует ортогональную вращающуюся опорную систему координат (d, q) в сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные величины (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = x_{d} \cos θ_{e} - x_{q} \sin θ_{e} \\ x_{β} = x_{d} \sin θ_{e} + x_{q} \cos θ_{e} \end{array}$

Преобразования используют эти переменные.

_ωm	Механическая скорость ротора
P	Пары шестов двигателей
_ωe	Электрическая скорость ротора
_Θe	Электрический угол ротора
x	Ток фазы или напряжение

Механическая система

Скорость вращения ротора задается:

$\begin{matrix} \frac{d}{d t} ω_{m} = \frac{1}{J} (T_{e} - T_{f} - F ω_{m} - T_{m}) \\ \frac{d θ_{m}}{d t} = ω_{m} \end{matrix}$

В уравнениях используются эти переменные.

J	Комбинированная инерция ротора и нагрузки
F	Комбинированное вязкое трение ротора и нагрузки
_θm	Механическое угловое положение ротора
_Tm	Крутящий момент на валу ротора
_Te	Электромагнитный крутящий момент
_Tf	Комбинированный ротор и крутящий момент трения нагрузки
_ωm	Механическая скорость ротора

Учет степени

Для учета степени, блок реализует эти уравнения.

Сигнал шины			Описание	Переменная	Уравнения
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd` - Степень между блоками Положительные сигналы указывают на поток в блок Отрицательные сигналы указывают на выход из блока	`PwrMtr`	Механическая степень	_Pmot	$P_{m o t} = - ω_{m} T_{e}$
		`PwrBus`	Электрическая степень	_Pbus	$P_{b u s} = v_{a n} i_{a} + v_{b n} i_{b} + v_{c n} i_{c}$
	`PwrNotTrnsfrd` - Степень через контур блока, но не переданный Положительные сигналы указывают на вход Отрицательные сигналы указывают на потерю	`PwrElecLoss`	Сопротивление потери степени	_Pelec	$P_{e l e c} = - \frac{3}{2} (R_{s} i_{s d}^{2} + R_{s} i_{s q}^{2})$
		`PwrMechLoss`	Механические потери степени	_Pmech	Когда Port Configuration установлено на `Torque`: $P_{m e c h} = - (ω_{m}^{2} F + \| ω_{m} \| T_{f})$ Когда Port Configuration установлено на `Speed`: $P_{m e c h} = 0$
	`PwrStored` - Сохраненная скорость изменения энергии Положительные сигналы указывают на увеличение Отрицательные сигналы указывают на уменьшение	`PwrMtrStored`	Сохраненная степень мотора	_Pstr	$P_{s t r} = P_{b u s} + P_{m o t} + P_{e l e c} + P_{m e c h}$

В уравнениях используются эти переменные.

_Rs	Сопротивление статора
_ia, _ib, _ic	Фазы a, b и c статора
_isq, _isd	Токи q- и d-осей статора
_van, _vbn, _vcn	Фазы статора a, b и напряжения c
_ωm	Угловая механическая скорость ротора
F	Комбинированный двигатель и вязкое демпфирование нагрузки
_Te	Электромагнитный крутящий момент
_Tf	Комбинированный двигатель и крутящий момент трения нагрузки

Оптимизация памяти интерполяционной таблицы

Данные для Corresponding d-axis current, id и Corresponding q-axis current, iq интерполяционных таблиц являются функциями потока d - и q-осей.

Чтобы включить текущие вычисления, подходящие для целей генерации кода, которые ограничивают память, выберите Enable memory optimized 2D LUT. Блок использует линейную интерполяцию, чтобы оптимизировать текущие значения интерполяционной таблицы для генерации кода. В этой таблице результирующая реализация оптимизации.

Пример использования		Реализация
d- и q-составляющая потока выравнивается со значениями точек останова интерполяционной таблицы.		Оптимизированный для памяти ток является значением интерполяционной таблицы тока на пересечении значений потока.
d- и q-составляющая потока не совпадает со значениями точек по оси Х в интерполяционной таблице, но находится в пределах области значений.		Оптимизированный для памяти ток является линейной интерполяцией между соответствующими значениями потока.
d- и q-составляющая потока не совпадает со значениями точек останова интерполяционной таблицы и находится вне области значений.		Не удается вычислить ток, оптимизированный для памяти. Блок использует экстраполированные данные.

Экстраполяция

Интерполяционные таблицы, оптимизированные для генерации кода, не поддерживают экстраполяцию для данных, которые находятся вне области значений. Однако можно включить предварительно вычисленные значения экстраполяции в интерполяционную таблицу потерь степени путем выбора Specify Extrapolation.

Блок использует параметры конечной точки, чтобы изменить размер данных таблицы.

Вход пользователя	Экстраполяция

Порты

Вход

расширить все

`LdTrq` - Крутящий момент на валу ротора
`scalar`

Входной крутящий момент вала ротора, _Tm, в Н· м.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра Port Configuration.

`Spd` - Скорость вала ротора
`scalar`

Скорость вращения ротора,

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра Port Configuration.

`PhaseVolt` - Контактные напряжения статора
`1`-by- `3` массив

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

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed или Torque для параметра Port Configuration.

Выход

расширить все

`Info` - Сигнал шины
автобус

Сигнал шины содержит эти вычисления блоков.

Сигнал			Описание	Переменная	Модули
`IaStator`			Ток фазы A статора	_ia	A
`IbStator`			Ток фазы статора B	_ib	A
`IcStator`			Ток фазы статора C	_ic	A
`IdSync`			Ток прямой оси	_id	A
`IqSync`			Квадратурный ток по оси	_iq	A
`VdSync`			Напряжение прямой оси	_vd	V
`VqSync`			Квадратурная ось напряжение	_vq	V
`MtrSpd`			Угловая механическая скорость ротора	_ωm	рад/с
`MtrPos`			Механическое угловое положение ротора	_θm	рад
`MtrTrq`			Электромагнитный крутящий момент	_Te	Н· м
`PwrInfo`	`PwrTrnsfrd`	`PwrMtr`	Механическая степень	_Pmot	W
	`PwrTrnsfrd`	`PwrBus`	Электрическая степень	_Pbus	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrElecLoss`	Сопротивление потери степени	_Pelec	W
	`PwrNotTrnsfrd`	`PwrMechLoss`	Механические потери степени	_Pmech	W
	`PwrStored`	`PwrMtrStored`	Сохраненная степень мотора	_Pstr	W

`PhaseCurr` - Фаза а, b, c тока
`1`-by- `3` массив

Фаза a, b, c тока, _ia, _ib и _ic в А.

`MtrTrq` - Крутящий момент двигателя
`scalar`

Крутящий момент двигателя, _Tmtr, в Н· м.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed для параметра Port configuration.

`MtrSpd` - Скорость двигателя
`scalar`

Угловая скорость двигателя, _ωmtr, в рад/с.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque для параметра Port configuration.

Параметры

расширить все

Опции блока

`Simulation type` - Выбор типа симуляции
`Continuous` (по умолчанию) | `Discrete`

По умолчанию блок использует непрерывный шаг расчета во время симуляции. Если вы хотите сгенерировать код для целей с одной точностью, рассмотрите установка параметра на Discrete.

Зависимости

Установка значения Simulation Type Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

`Sample time, Ts` - Шаг расчета для дискретного интегрирования
`0.001` (по умолчанию) | `scalar`

Интегрирование шага расчета для дискретной симуляции, в с.

Зависимости

Установка значения Simulation Type Discrete создает параметр Sample Time, Ts.

`Port Configuration` - Выбор строения порта
`Torque` (по умолчанию) | `Speed`

В этой таблице представлены строения портов.

Строение порта	Создает Input port	Создает выходной порт
`Torque`	`LdTrq`	`MtrSpd`
`Speed`	`Spd`	`MtrTrq`

`Enable memory optimized 2D LUT` - Выбор
`off` (по умолчанию) | `on`

Включите генерацию оптимизированных интерполяционных таблиц, подходящих целей генерации кода, которые ограничивают память.

`Vector of d-axis flux, flux_d` - Точки останова потока
`1`-by- `M` вектор

d-составляющая потока, _Ψd, точек останова, в Wb.

`Resample storage size for flux_d, n1` - Размер бита потока
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

Размер хранилища точек останова потока, n1, безразмерный. Блок пересчитывает Corresponding d-axis current, id и Corresponding q-axis current, iq данные на основе размера памяти.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT.

`Vector of q-axis flux, flux_q` - Точки останова потока
`1`-by- `N` вектор

q-составляющая потока, _Ψq, точек останова, в Wb.

`Resample storage size for flux_q, n2` - Размер бита потока
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

Размер хранилища точек останова потока, n2, безразмерный. Блок пересчитывает Corresponding d-axis current, id и Corresponding q-axis current, iq данные на основе размера памяти.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT.

`Corresponding d-axis current, id` - 2D интерполяционную таблицу
`M`-by- `N` массив

Массив значений тока d-оси, _id, как функции M d-потоки, _Ψd и N q-потоки, _Ψq, в A. Каждое значение задает ток для определенной комбинации потока d - и q-оси. Размер массива должен совпадать с размерностями, заданными векторами потока.

Если вы задаете Enable memory optimized 2D LUT, блок преобразует данные в одинарную точность.

`Corresponding q-axis current, iq` - 2D интерполяционную таблицу
`M`-by- `N` массив

Массив значений для тока q-оси, _id, как функции M d-потоки, _Ψd и N q-потоки, _Ψq, в A. Каждое значение задает ток для определенной комбинации потока d - и q-оси. Размер массива должен совпадать с размерностями, заданными векторами потока.

Если вы задаете Enable memory optimized 2D LUT, блок преобразует данные в одинарную точность.

`flux_d max endpoint, u1max` - Точка останова потока
`0.22457` (по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка максимальной экстраполяции точки прерывания потока, u1max, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`flux_d min endpoint, u1min` - Точка останова потока
`-0.22607` (по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка минимальной экстраполяции точки прерывания потока, u1min, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`flux_q max endpoint, u2max` - Точка останова потока
`0.42959` (по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка максимальной экстраполяции точки прерывания потока, u2max, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`flux_q min endpoint, u2min` - Точка останова потока
`-0.4296` (по умолчанию) | `scalar`

Конечная точка минимальной экстраполяции точки прерывания потока, u2min, в Wb.

Зависимости

Чтобы создать этот параметр, выберите Enable memory optimized 2D LUT и Specify Extrapolation.

`Stator phase resistance, Rs` - Сопротивление
`0.02` (по умолчанию) | `scalar`

Сопротивление фазы статора, _Rs, Ом.

`Number of pole pairs, P` - Пары полюсов
`4` (по умолчанию) | `scalar`

Пары шестов двигателей, P.

`Initial flux, fluxdq0` - Поток
`[0 0]` (по умолчанию) | `vector`

Начальный поток, _Ψq0 и _Ψd0 оси D и Q в Wb.

`Initial mechanical position, theta_init` - Угол
`0` (по умолчанию) | `scalar`

Начальное угловое положение ротора, _θm0, в рад.

`Initial mechanical speed, omega_init` - Скорость
`0` (по умолчанию) | `scalar`

Начальная скорость вращения ротора, _ωm0, в рад/с.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque Параметр конфигурации.

`Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical` - Инерция, демпфирование, трение
`[0.0027, 4.924e-4, 0]` (по умолчанию) | `vector`

Механические свойства ротора:

Инерция, J, в кгм ^ 2
Вязкое демпфирование, F, в Н· м/( рад/с)
Статическое трение, _Tf, в Н· м

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите Torque Параметр конфигурации.

Ссылки

[1] Hu, Dakai, Yazan Alsmadi, and Longya Xu. «Высокоточное нелинейное моделирование IPM на основе измеренных редактирований потока обмотки статора». IEEE^® Сделки по отраслевым приложениям, том 51, № 4, июль/август 2015 года.

[2] Чен, Сяо, Джиэбин Ван, Bhaskar сенатор, Панайотис Лазари, Tianfu Солнце. «Высокочастотная и в вычислительном отношении эффективная модель для внутренних машин постоянного магнита, рассматривая магнитное насыщение, пространственную гармонику и эффект потери в железе». Сделки IEEE по промышленной электронике, том 62, № 7, июль 2015 года.

[3] Оттоссон, Дж., М. Алакула. «Компактная реализация контроллера ослабления поля». Международный симпозиум по степени, электроприводам, автоматизации и движению, июль 2006 года.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Flux-Based PM Controller | Induction Motor | Interior PMSM | Mapped Motor | Surface Mount PMSM

Темы

Сгенерируйте параметры для блоков на основе потока

Введенный в R2017b

Документация

Flux-Based PMSM

Описание

Трехфазная синусоидальная модель электрической системы

Преобразовывает

Механическая система

Учет степени

Оптимизация памяти интерполяционной таблицы

Порты

Вход

LdTrq - Крутящий момент на валу ротора scalar

Зависимости

Spd - Скорость вала ротора scalar

Зависимости

PhaseVolt - Контактные напряжения статора 1-by- 3 массив

Зависимости

Выход

Info - Сигнал шины автобус

PhaseCurr - Фаза а, b, c тока 1-by- 3 массив

MtrTrq - Крутящий момент двигателя scalar

Зависимости

MtrSpd - Скорость двигателя scalar

Зависимости

Параметры

Simulation type - Выбор типа симуляции Continuous (по умолчанию) | Discrete

Зависимости

Sample time, Ts - Шаг расчета для дискретного интегрирования 0.001 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Port Configuration - Выбор строения порта Torque (по умолчанию) | Speed

Enable memory optimized 2D LUT - Выбор off (по умолчанию) | on

Vector of d-axis flux, flux_d - Точки останова потока 1-by- M вектор

Resample storage size for flux_d, n1 - Размер бита потока 2 (по умолчанию) | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Зависимости

Vector of q-axis flux, flux_q - Точки останова потока 1-by- N вектор

Resample storage size for flux_q, n2 - Размер бита потока 2 (по умолчанию) | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 256

Зависимости

Corresponding d-axis current, id - 2D интерполяционную таблицу M-by- N массив

Corresponding q-axis current, iq - 2D интерполяционную таблицу M-by- N массив

flux_d max endpoint, u1max - Точка останова потока 0.22457 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_d min endpoint, u1min - Точка останова потока -0.22607 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_q max endpoint, u2max - Точка останова потока 0.42959 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

flux_q min endpoint, u2min - Точка останова потока -0.4296 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Stator phase resistance, Rs - Сопротивление 0.02 (по умолчанию) | scalar

Number of pole pairs, P - Пары полюсов 4 (по умолчанию) | scalar

Initial flux, fluxdq0 - Поток [0 0] (по умолчанию) | vector

Initial mechanical position, theta_init - Угол 0 (по умолчанию) | scalar

Initial mechanical speed, omega_init - Скорость 0 (по умолчанию) | scalar

Зависимости

Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical - Инерция, демпфирование, трение [0.0027, 4.924e-4, 0] (по умолчанию) | vector

Зависимости

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Темы

Документация Powertrain Blockset

Поддержка

`LdTrq` - Крутящий момент на валу ротора
`scalar`

`Spd` - Скорость вала ротора
`scalar`

`PhaseVolt` - Контактные напряжения статора
`1`-by- `3` массив

`Info` - Сигнал шины
автобус

`PhaseCurr` - Фаза а, b, c тока
`1`-by- `3` массив

`MtrTrq` - Крутящий момент двигателя
`scalar`

`MtrSpd` - Скорость двигателя
`scalar`

`Simulation type` - Выбор типа симуляции
`Continuous` (по умолчанию) | `Discrete`

`Sample time, Ts` - Шаг расчета для дискретного интегрирования
`0.001` (по умолчанию) | `scalar`

`Port Configuration` - Выбор строения порта
`Torque` (по умолчанию) | `Speed`

`Enable memory optimized 2D LUT` - Выбор
`off` (по умолчанию) | `on`

`Vector of d-axis flux, flux_d` - Точки останова потока
`1`-by- `M` вектор

`Resample storage size for flux_d, n1` - Размер бита потока
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

`Vector of q-axis flux, flux_q` - Точки останова потока
`1`-by- `N` вектор

`Resample storage size for flux_q, n2` - Размер бита потока
`2` (по умолчанию) | `4` | `8` | `16` | `32` | `64` | `128` | `256`

`Corresponding d-axis current, id` - 2D интерполяционную таблицу
`M`-by- `N` массив

`Corresponding q-axis current, iq` - 2D интерполяционную таблицу
`M`-by- `N` массив

`flux_d max endpoint, u1max` - Точка останова потока
`0.22457` (по умолчанию) | `scalar`

`flux_d min endpoint, u1min` - Точка останова потока
`-0.22607` (по умолчанию) | `scalar`

`flux_q max endpoint, u2max` - Точка останова потока
`0.42959` (по умолчанию) | `scalar`

`flux_q min endpoint, u2min` - Точка останова потока
`-0.4296` (по умолчанию) | `scalar`

`Stator phase resistance, Rs` - Сопротивление
`0.02` (по умолчанию) | `scalar`

`Number of pole pairs, P` - Пары полюсов
`4` (по умолчанию) | `scalar`

`Initial flux, fluxdq0` - Поток
`[0 0]` (по умолчанию) | `vector`

`Initial mechanical position, theta_init` - Угол
`0` (по умолчанию) | `scalar`

`Initial mechanical speed, omega_init` - Скорость
`0` (по умолчанию) | `scalar`

`Physical inertia, viscous damping, and static friction, mechanical` - Инерция, демпфирование, трение
`[0.0027, 4.924e-4, 0]` (по умолчанию) | `vector`

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®