Модель PMSM

Модель PMSM основана на Motor Control Blockset™ mcb_pmsm_foc_sim модель. Модель включает в себя:

Можно изучить эту модель для получения дополнительной информации. В этом примере исходная модель изменяется, чтобы убедиться, что симуляция начинается с устойчивого состояния. Устойчивое состояние служит рабочей точкой, используемой в рабочем процессе оценки частотной характеристики.

Откройте модель Simulink ®.

model = 'scd_fre_mcb_pmsm_foc_sim';
open_system(model)

Модификация модели для начала симуляции из устойчивого состояния

Чтобы убедиться, что симуляция начинается с устойчивого состояния, измените начальные условия исходной модели. Чтобы получить эти начальные условия, включите логгирование сигнала обратной связи скорости и симулируйте модель в установившемся состоянии со скоростью 0,5 п.у. Чтобы убедиться, что скорость достигает необходимого устойчивого состояния, после моделирования исследуйте результат симуляции в Данные моделирования Inspector.

На основе характеристики скорости на предыдущем рисунке можно использовать результаты симуляции через 0,6 секунды, чтобы получить начальные условия блока для оценки частотной характеристики. В дополнение к начальным условиям измените настройки в фильтрах, сопоставленных с циклом управления скорости для более быстрого отслеживания уставки скорости. Изменения предназначены для того, чтобы начать симуляцию с устойчивого состояния, но не влияют на модель объекта управления. Внесите в модель следующие изменения.

Также можно задать параметры блоков 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')

Оценка частотной характеристики в Model Linearizer с использованием сигнала фиксированной Выборки синестриама

После необходимых изменений симуляция начинается с устойчивого состояния со скоростью двигателя около 0,5 п.у. Затем можно использовать Model Linearizer, чтобы провести оценку частотной характеристики. Чтобы открыть Model Linearizer, в окне модели, в галерее Apps, нажмите Model Linearizer.

Чтобы собрать данные частотной характеристики, необходимо сначала задать фрагмент модели для оценки. По умолчанию Model Linearizer использует точки анализа линеаризации, определенные в модели (I/OS модели), чтобы определить, где ввести тестовый сигнал и где измерить частотную характеристику. Модель scd_fre_mcb_pmsm_foc_sim содержит предопределенные точки линейного анализа:

Чтобы просмотреть или изменить эти точки анализа, на вкладке Estimation Model Linearizer, в списке Analysis I/Os, нажмите Edit Model I/Os. Точки анализа для оценки работают так же, как и точки анализа для линеаризации. Для получения дополнительной информации о точках линейного анализа см. «Задание фрагмента модели для линеаризации».

Оценка частотной характеристики вводит входной сигнал во входные точки анализа, которые вы задаете для оценки. В этом примере используйте фиксированный входной сигнал синестреама шаг расчета для оценки. Создайте сигнал с 20 частотными точками от 1 рад/с до 1000 рад/с и амплитудой 0,05. Для получения дополнительной информации об определении входных сигналов sinestream, см. Sinestream Input Signals.

Чтобы создать сигнал, на вкладке Estimation Model Linearizer, в списке Входной сигнал, выберите Fixed Sample Time Sinestream.

В диалоговом окне «Задание фиксированного шага расчета» задайте значение шага 5e-5 секунд.

Нажмите OK. Откроется диалоговое окно Create sinestream input with fixed шаг расчета.

Задайте модули измерения частоты для оценки. В списке модули выберите rad/s.

Чтобы задать частоты, на которых можно оценить реакцию объекта, щелкните значок добавления частот.

В диалоговом окне Add frequencies задайте 20 логарифмически разнесенных частот в диапазоне от 1 рад/с до 1000 рад/с.

Нажмите OK. Добавленные точки видны в средстве просмотра частотного содержимого диалогового окна Create sinestream с фиксированным шагом расчета.

Чтобы задать амплитуду входного сигнала, сначала выберите все частоты в области графика. Затем в поле Amplitude введите 0.05. Используйте значения по умолчанию для остальных параметров.

Нажмите OK, чтобы создать сигнал фиксированного шага расчета синестрема.

Чтобы оценить и построить график частотной характеристики, на одной вкладке Estimation, нажмите Bode. Предполагаемая частотная характеристика появляется в Рабочей области Линейного анализа как frd модели estsys1 и ответ добавляется к Диаграмма Боде 1.

Оценка частотной характеристики с использованием входного сигнала PRBS

В дополнение к входным сигналам синестрима, можно также использовать входные сигналы PRBS в оценке частотной характеристики. В данном примере создайте входной сигнал с 2 периодами, порядком 18 и амплитудой 0,05.

Чтобы создать сигнал, на вкладке Estimation Model Linearizer, в списке Входной сигнал, нажмите PRBS Pseudorandom Binary Sequence.

В диалоговом окне Create PRBS input сконфигурируйте параметры сигнала PRBS. Диалоговое окно входа помогает вам задать порядок сигнала и количество периодов на основе интересующего вас частотной области значений. Сначала установите Шаг расчета равным 5e-5 секунд. Затем введите частотную область значений от 1 рад/с до 2000 рад/с, а затем нажмите Вычислить параметры. Программа вычисляет параметры сигнала Количество периодов и Порядок сигнала. Чтобы убедиться, что система правильно возбуждена, установите амплитуду возмущения равной 0,05 с помощью параметра Amplitude. Используйте значения по умолчанию для остальных параметров.

Нажмите OK, чтобы создать входной сигнал.

Чтобы оценить и построить график частотной характеристики, на вкладке Estimation, нажмите Bode. Предполагаемая частотная характеристика появляется в Рабочей области Линейного анализа как frd модели estsys2. Оценка частотной характеристики входным сигналом PRBS приводит к результатам с большим количеством частотных точек. Можно использовать функциональность «Утончение результата», чтобы извлечь интерполированный результат из предполагаемой модели частотной характеристики через заданную частотную область значений и количество частотных точек.

Чтобы применить утончение к предполагаемому результату, выберите estsys2 в Рабочей области линейного анализа и на вкладке Графики и результаты щелкните Утончение результата (Result Thinning).

В диалоговом окне «Задать частоты» задайте частотную область значений между 1 рад/с и 2000 рад/с с 30 логартимически разнесенными точками.

Нажмите OK. Утонченная расчетная система, estsys2_thinned, появляется в Рабочей области линейного анализа. Сравнение результата с estsys1Нажмите кнопку Диаграмма Боде 1.

Чтобы найти окончательное время симуляции для оценки частотной характеристики входным сигналом, выберите входной сигнал в Рабочей области Линейного Анализа и просмотрите время симуляции в области «Предварительный просмотр Переменной» Model Linearizer. Также можно экспортировать входные сигналы в рабочую область MATLAB ® и использовать getSimulationTime функция. Загрузите ранее сохраненный сеанс и отобразите времена симуляции.

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 сигналов обеспечивают одинаковые характеристики при оценке частотной характеристики. Можно использовать входные сигналы PRBS, чтобы получить точные результаты оценки частотной характеристики за более короткое время симуляции по сравнению с оценкой с сигналами синестрейма. Однако, поскольку результаты оценки PRBS содержат большое количество частотных точек, необходимо их утончить для точной параметрической оценки.

Оценка параметрической модели из результата частотной характеристики

Параметрические модели, такие как модели передаточной функции и модели пространства состояний, широко используются в рабочих процессах проектирования систем управления. Можно оценить параметрическую модель из результата оценки частотной характеристики.

Чтобы оценить параметрическую модель для двигателя PMSM, сначала экспортируйте estsys1 или estsys2_thinned в рабочее пространство MATLAB, затем используйте tfest или ssest выполняет функции из программного обеспечения System Identification Toolbox™ для оценки модели передаточной функции или модели пространства состояний, соответственно.

Закройте модель

close_system(model,0);