PMSM Current Controller with Pre-Control

Токовый контроллер машины с постоянными магнитами в дискретном времени с предварительным управлением

Библиотека:
Simscape / Электрический / Контроль / Контроль PMSM

Описание

Блок PMSM Current Controller with Pre-Control реализует в дискретном времени ПИ-основанную синхронную машину с постоянными магнитами (PMSM) в d ротора - q системе отсчета с внутренним предварительным управлением с feedforward.

Обычно этот блок используется в ряде блоков, образующих структуру управления.

Можно сгенерировать текущую ссылку в система координат, которая будет использоваться в качестве входов для этого блока с PMSM Current Reference Generator.
Вы можете получить ссылку на напряжение в области abc, преобразовав выход этого блока с помощью блока Inverse Park Transform.

Вы можете увидеть пример полной структуры управления, от измерений машины до входов машины, в блоке PMSM Field-Oriented Control.

Уравнения

Блок дискретизируется с помощью обратного метода Эйлера из-за простоты первого порядка и устойчивости.

Два токовых контроллеров PI, реализованные в исходной системе координат ротора, создают вектор ссылки напряжения:

$v_{d}^{r e f} = (K_{p_i d} + K_{i_i d} \frac{T_{s} z}{z - 1}) (i_{d}^{r e f} - i_{d}) + v_{d_F F},$

$v_{q}^{r e f} = (K_{p_i q} + K_{i_i q} \frac{T_{s} z}{z - 1}) (i_{q}^{r e f} - i_{q}) + v_{q_F F},$

где:

$v_{d}^{r e f}$ и $v_{q}^{r e f}$ являются d-составляющими и q-составляющими опорными напряжениями, соответственно.
$i_{d}^{r e f}$ и $i_{q}^{r e f}$ являются d-составляющими и q-составляющими опорными токами, соответственно.
$i_{d}$ и $i_{q}$ являются токами по оси D и Q, соответственно.
_{Kp_id} и _{Kp_iq} являются пропорциональными составляющими для контроллеров d-осей и q-осей, соответственно.
_{Ki_id} и _{Ki_iq} являются интегральными составляющими для контроллеров d-осей и q-осей, соответственно.
_Ts является шагом расчета дискретного контроллера.
_{vd_FF} и _{vq_FF} являются напряжениями с feedforward для оси D и оси Q, соответственно.

Feedforward связью получаются из математических уравнений машины:

$v_{d_F F} = - ω_{e} L_{q} i_{q},$

$v_{q_F F} = ω_{e} (L_{d} i_{d} + ψ_{m}),$

где:

_ωe - электрическая скорость ротора.
_Ld и _Lq являются индуктивностью по оси D и оси Q, соответственно.
_ψm - редактирование потока постоянных магнитов.

Аннулирование нуля

Использование управления PI приводит к нулю в передаточной функции с обратной связью, что может привести к нежелательному перерегулированию в обратной связи с обратной связью. Этот нуль может быть отменен путем введения блока нулевой отмены в пути с feedforward. Передаточные функции аннулирования нуля в дискретном времени:

$G_{Z C_i d} (z) = \frac{\frac{T_{s} K_{i_i d}}{K_{p_i d}}}{z + (\frac{T_{s} - \frac{K_{p_i d}}{K_{i_i d}}}{\frac{K_{p_i d}}{K_{i_i d}}})},$

$G_{Z C_i q} (z) = \frac{\frac{T_{s} K_{i_i q}}{K_{p_i q}}}{z + (\frac{T_{s} - \frac{K_{p_i q}}{K_{i_i q}}}{\frac{K_{p_i q}}{K_{i_i q}}})} .$

Насыщение напряжением

Насыщение должно быть наложено, когда вектор напряжения статора превышает предел фазы напряжения _{Vph_max}:

$\sqrt{v_{d}^{2} + v_{q}^{2}} \leq V_{p h_m a x},$

где _vd и _vq являются напряжениями по оси D и Q, соответственно.

В случае расстановки приоритетов по оси вводятся _v1 и _v2 напряжения, где:

_{v1 = vd} и _{v2 = vq} для определения приоритетов по оси D.
_{v1 = vq} и _{v2 = vd} для определения приоритетов по оси Q.

Ограниченные (насыщенные) напряжения $v_{1}^{s a t}$ и $v_{2}^{s a t}$ получаются следующим образом:

$v_{1}^{s a t} = минута (\max (v_{1}^{u n s a t}, - V_{p h_m a x}), V_{p h_m a x})$

$v_{2}^{s a t} = минута (\max (v_{2}^{u n s a t}, - V_{2_m a x}), V_{2_m a x}),$

где:

$v_{1}^{u n s a t}$ и $v_{2}^{u n s a t}$ являются без ограничений (ненасыщенными) напряжениями.
_{v2_max} - максимальное значение _v2, которое не превышает предел фазы напряжения, заданный как $v_{2_m a x} = \sqrt{{(V_{p h_m a x})}^{2} - {(v_{1}^{s a t})}^{2}} .$

В случае, когда прямая и квадратурная оси имеют одинаковый приоритет (эквивалентность d-q), ограниченные напряжения получаются следующим образом:

$v_{d}^{s a t} = минута (\max (v_{d}^{u n s a t}, - V_{d_m a x}), V_{d_m a x})$

$v_{q}^{s a t} = минута (\max (v_{q}^{u n s a t}, - V_{q_m a x}), V_{q_m a x}),$

где:

$V_{d_m a x} = \frac{V_{p h_m a x} | v_{d}^{u n s a t} |}{\sqrt{{(v_{d}^{u n s a t})}^{2} + {(v_{q}^{u n s a t})}^{2}}}$

$V_{q_m a x} = \frac{V_{p h_m a x} | v_{q}^{u n s a t} |}{\sqrt{{(v_{d}^{u n s a t})}^{2} + {(v_{q}^{u n s a t})}^{2}}} .$

Интегральная анти-Windup

Чтобы избежать насыщения выходного сигнала интегратора, используется механизм защиты от обмотки возбуждения. В такой ситуации коэффициент усиления интегратора становится:

$K_{i_i d} + K_{a w_i d} (v_{d}^{s a t} - v_{d}^{u n s a t})$

$K_{i_i q} + K_{a w_i q} (v_{q}^{s a t} - v_{q}^{u n s a t}),$

где _{Kaw_id}, _{Kaw_iq} и _{Kaw_if} являются коэффициентами усиления против обмотки для d-составляющей, q-составляющей и контроллеров возбуждения, соответственно.

Предположения

Модель объекта управления для прямой и квадратурной осей может быть аппроксимирована системой первого порядка.
Это решение управления используется только для синхронных двигателей с постоянными магнитами с синусоидальным распределением потока и обмотками возбуждения.

Порты