В этом примере показано, как использовать блок Closed-Loop PID Autotuner для настройки напряжения DC-канала, тока оси DQ и контроллеров нейтрали напряжения для корректора коэффициента степени на основе выпрямителя в Вене.
Этот пример использует схему коррекции коэффициента мощности, описанную в Vienna Rectifier Control (Simscape Electrical). Степень коэффициент коррекции предварительных преобразователей корректирует коэффициент степени нагрузок, что увеличивает энергетическую эффективность распределения системы. Эта коррекция используется, когда нелинейные импедансы, такие как источники степени в коммутируемом режиме, соединяются с сетью переменного тока.
Эта модель использует выпрямитель Вены и источник степени с переключаемым режимом для преобразования трехфазного источника переменного 120V в регулируемый источник 400V постоянного тока. Чтобы гарантировать правильность представления сопротивлений устройства, полупроводниковые компоненты моделируются с помощью MOSFET, а не идеальных переключателей. Симуляция модели сконфигурирована, чтобы запускаться в режиме Accelerator с помощью решателя разбиения.
open_system('PWM_Rectifier_Vienna_SC')
В данном примере контроллер оси DQ для выпрямителя Вены моделируется как показано на следующей схеме.
В управлении осью DQ зависящие от времени трехфазные токи преобразуются в инвариантный по времени двухкоординатный вектор с использованием проекций. Эти преобразования являются Преобразованием Кларка, Преобразованием Парка и их соответствующими обратными преобразованиями. Эти преобразования реализованы как блоки в Подсистеме измерений. Чтобы поддерживать коэффициент степени близкий к 1, реактивная степень, вытягиваемая из сетки, должна быть близкой к нулю. Поэтому команда нулевого тока Q-составляющей тока от контроллера позволяет коэффициенту степени быть близким к 1.
В модели контроллеры имеют следующие усиления:
Постоянное напряжение ПИ-контроллера: P = 2 и I = 20
Оба пИ-контроллеров тока оси DQ: P = 5 и I = 500
Нейтраль напряжения P контроллер: P = 0,001
Усиления контроллера хранятся в блоке памяти хранилища данных и предоставляются извне каждому блоку ПИД. Когда процесс настройки для контроллера завершен, новые настроенные усиления записываются в блок Data Store Memory. Это строение позволяет вам обновить усиления контроллера в реальном времени во время симуляции.
В данном примере эти контроллеры восстанавливаются с помощью блоков Autotuner ПИД замкнутой системы.
Блок Closed-Loop ПИД Autotuner позволяет настраивать по одному ПИД-регулятору за раз. Он вводит синусоидальные сигналы возмущения на входе объекта и измеряет результат выхода объекта во время эксперимента с обратной связью. Когда эксперимент прекращается, блок вычисляет коэффициенты ПИД на основе частотных характеристик объекта, оцененных в небольшом числе точек вблизи желаемой полосы пропускания. Для этой модели выпрямителя в Вене для каждого из контроллеров может использоваться блок Closed-Loop PID Autotuner, как показано ниже для цикла напряжения ссылки постоянного тока.
Этот рабочий процесс применяется, когда у вас есть начальные контроллеры, которые вы хотите вернуть с помощью блока Closed-Loop PID Autotuner. Преимущества этого подхода заключаются в следующем:
Если в ходе эксперимента возникнет неожиданное нарушение порядка, это отклоняется существующим контроллером для обеспечения безопасной операции.
Существующий контроллер поддерживает объект вблизи ее номинальной рабочей точки, подавляя сигналы возмущения.
При использовании блока Closed-Loop PID Autotuner как для симуляций, так и для приложений реального времени:
Этот объект должен быть либо асимптотически стабильным (все полюсы строго стабильны), либо интегрированным. Блок autotuner не работает с нестабильным объектом.
Цикл обратной связи с существующим контроллером должен быть стабильным.
Чтобы более точно оценить частотные характеристики объекта в реальном времени, минимизируйте вхождение любых нарушений порядка в модели выпрямителя Вены во время эксперимента. Блок autotuner ожидает, что выход объекта управления будет ответом только на введенные сигналы возмущения.
Поскольку цикл обратной связи закрыт во время эксперимента, существующий контроллер также подавляет введенные сигналы возмущения, что снижает точность оценки частотной характеристики, когда ваша целевая полоса пропускания находится далеко от текущей полосы пропускания.
Поскольку блок Closed-Loop ПИД Autotuner настраивает только по одному ПИД-регулятору за раз, четыре контроллера должны быть настроены отдельно в модели. Поэтому сначала вы настраиваете внутренние токовые контроллеры, далее следует контроллер напряжения постоянного тока, а затем контроллер нейтрали напряжения.
Во время симуляции модели:
Токовый контроллер оси D настраивается между 0,65 и 0,75 с.
Токовый контроллер Q-составляющей настраивается между 0,8 и 0,9 с.
Контроллер напряжения постоянного тока настраивается между 0,95 и 1,45 с.
Контроллер нейтрализации напряжения настраивается между 1,7 и 1,72 с.
После настройки каждого из контроллеров усиления контроллера обновляются через блок Data Store Memory.
После соединения блоков Closed-Loop PID Autotuner с объектом и блоками PID настройте настройки настройки и экспериментируйте для каждого из них. На вкладке Tuning есть две основные настройки настройки:
Целевая полоса пропускания - определяет, насколько быстро вы хотите, чтобы контроллер ответил. В этом примере выберите 3000 рад/с для управления током, 400 рад/с для управления напряжением постоянного тока и 20000 рад/с для управления нейтралем напряжения.
Целевой запас по фазе - определяет, насколько надежным вы хотите, чтобы контроллер был. В этом примере выберите 60 степени для всех контроллеров.
На вкладке Эксперимент существуют три основные настройки эксперимента:
Тип объекта - определяет, является ли объект асимптотически стабильным или интегрирующимся. В этом примере венская модель выпрямителя является стабильной.
Знак объекта - определяет, имеет ли объект положительный или отрицательный знак. Знак объекта управления положительный, если положительное изменение входного параметра объекта входа в номинальной рабочей точке приводит к положительному изменению выхода объекта управления, когда объект достигает нового устойчивого состояния. В противном случае знак объекта отрицателен. Если объект является стабильным, знак объекта эквивалентен признаку усиления постоянного тока. Если объект интегрируется, знак завода положителен (или отрицателен), если выход объекта продолжает увеличиваться (или уменьшаться). В этом примере модель выпрямителя Вены имеет положительный знак объекта.
Амплитуды синуса - задает амплитуды вводимых синусоид. В этом примере, чтобы убедиться, что объект правильно возбужден в пределах предела насыщения, выберите 0.6 для контроллера оси D, 0.19 для контроллера Q-оси, 1 для контроллера напряжения постоянного тока и 0.01 для контроллера нейтрализации напряжения. Если амплитуда возбуждения слишком велика или слишком мала, это даст неточные результаты оценки частотной характеристики для этих экспериментов.
В этом примере модель выпрямителя Вены запускается в режиме Accelerator, и все четыре контроллера настраиваются в одной симуляции. Симуляция модели обычно занимает несколько минут из-за небольшого шага расчета степени контроллера электроники.
Чтобы настроить контроллеры, симулируйте модель.
sim('PWM_Rectifier_Vienna_SC')
ans =
Simulink.SimulationOutput:
logsout: [1x1 Simulink.SimulationData.Dataset]
tout: [4000001x1 double]
SimulationMetadata: [1x1 Simulink.SimulationMetadata]
ErrorMessage: [0x0 char]
На графике ниже показан профиль напряжения постоянного тока во время настройки контроллера тока и напряжения от 0,65 до 1,45 секунд. Это также показывает введение несбалансированной нагрузки на 1,5 секунды и последующую настройку контроллера нейтраля напряжения на 1,7 секунды.
open_system('PWM_Rectifier_Vienna_SC/Scopes/Scope')
Четыре контроллера настроены на новые усиления.
Постоянное напряжение ПИ-контроллера: P = 0,7386 и I = 135,6
Ток по оси D ПИ-контроллеров: P = 8.407 и I = 1127
Q-составляющая тока ПИ-контроллеров: P = 11,91 и I = 3706
Нейтраль напряжения P контроллер: P = 6.628
На графике ниже показана характеристика напряжения DC-канала по сравнению с ссылкой до и после настройки контроллеров. Исходный контроллер (красный) не может поддерживать напряжение постоянного тока после введения несбалансированных нагрузок на уровне 0,7 и 1,1 секунды. С другой стороны, автотуннельный контроллер уменьшает время нарастания с минимальным перерегулированием и хорошим временем урегулирования до установившегося значения.
