SM Field-Oriented Control

Синхронное векторное управление машиной

Библиотека:
Simscape/Электрический/Управление/SM Управление

Описание

Блок SM Field-Oriented Control реализует векторную структуру управления синхронной машины (SM). Векторное управление (FOC) является эффективной стратегией управления электродвигателем переменного тока, которая развязывает крутящий момент и поток путем преобразования стационарных токов фазы во вращающуюся систему координат. Используйте FOC, когда скорость и положение ротора известны, и ваше приложение требует:

Высокий крутящий момент и низкий ток при запуске
Высокая эффективность

Уравнения

ФОК SM состоит из нескольких блоков управления из библиотеки Control. Чтобы увидеть и изменить эти блоки и внутреннюю структуру FOC, щелкните правой кнопкой мыши блок в Simulink и выберите Mask > Look Under Mask. Общая структура управления состоит из нескольких частей:

Контроллер внешнего контура преобразует уставку, которую вы подаете, в ссылку d ось, q ось и токи поля.
Вы можете выбрать тип опорного сигнала, который вы предоставляете, используя Control mode параметр:
- Velocity control - Управление или регулирование скорости вращения синхронной машины. Блок внутреннего Velocity Controller генерирует крутящий момент ссылки от ошибки скорости ротора.
- Torque control - Управление или регулирование механического крутящего момента ПЛ.
Блок внутреннего SM Current Reference Generator генерирует опорные токи с помощью пропорционально-интегрального (PI) контроллера, минимизируя ошибку крутящего момента.
Контроллер внутреннего цикла преобразует ссылки на токи в ссылки на напряжения. Внутренний SM Current Controller генерирует ссылки на напряжение с помощью ПИ-контроллера, минимизирующей ошибку тока, и feedforward членов:

$\begin{array}{l} v_{d_F F} = - ω_{e} L_{q} {_{i}}_{q} \\ v_{q_F F} = ω_{e} (L_{d} i_{d} + L_{m f} i_{f}) \\ v_{f_F F} = 0 \end{array}$
где:
- _ωe - электрическая скорость вращения ротора.
- _Ld и _Lq являются d - и q - осями индуктивности статора.
- _Lmf - взаимная индуктивность якоря возбуждения.
- _id, _iq и _if являются токами возбуждения d - q статора и возбуждения поля, соответственно.
Генератор PWM преобразует эталонные напряжения статора в импульсы управления ключами, которые будут переданы в Преобразователь Степени, который питает обмотки статора синхронной машины.
Генератор PWM возбуждения преобразует напряжение возбуждения ссылки в импульсы управления ключами, которые будут переданы в прерыватель постоянного тока, питающий обмотку возбуждения SM.

Эта схема показывает общую архитектуру блока.

На схеме:

ω и _ωref являются измеренными и опорными скоростями вращения, соответственно.
_Tref - ссылка электромагнитный крутящий момент. Если вы конфигурируете блок для управления скоростью, контроллер скорости генерирует этот ссылочный крутящий момент.
i и v являются токами и напряжениями статора. Индексы d, q и f представляют ось D, ось Q и обмотку возбуждения. Индексы a, b и c представляют три обмотки статора.
_θe - электрический угол ротора.
G - импульс управления ключами, нижние индексы H и L представляют высокие и низкие, а нижние индексы a, b и c, представляют три обмотки статора. Индекс ex представляет импульсы возбуждения поля.

Можно принять решение реализовать управление скоростью или крутящим моментом с Control mode параметр. Блок реализует управление скоростью в точности как показано на схеме. Блок реализует управление крутящим моментом, удалив блок Контроллер и приняв эталонный крутящий момент непосредственно.

Предположения

Параметры машины известны.

Ограничения

Структура управления реализована с одной частотой дискретизации.

Порты

Вход

расширить все

`Reference` - ссылка по системе
скаляр

Ссылка на систему, заданная как уставка крутящего момента в N * m или уставка скорости в рад/с, в зависимости от выбранного режима управления.