Внедрение векторного управления

В этом примере векторное управление (FOC) для асинхронной машины (ASM) моделируется в Simulink ® с использованием Simscape™ компонентов Electrical™. Модель основана на примере Simscape Трехфазный асинхронный привод с управлением датчиком (Simscape Electrical).

mdl = 'scdfocasmPIDTuning';
open_system(mdl)

Векторное управление управляет 3-фазными токами статора как вектором. FOC основан на проекциях, которые преобразуют 3-фазовую зависящую от времени и скорости систему в две координатно-инвариантную систему. Эти преобразования являются Преобразованием Кларка, Преобразованием Парка и их соответствующими обратными преобразованиями. Эти преобразования реализованы как блоки в подсистеме Controls.

Преимущества использования FOC для управления двигателями переменного тока включают:

Подсистема Controls содержит всё четыре ПИ-контроллеров. Скорость внешнего контура ПИ-контроллера регулирует скорость двигателя. Поток из внешнего контура ПИ-контроллера регулирует поток статора. Два внутренних контура ПИ-контроллеров управлять токами по оси D и Q отдельно. Команда от ПИ-контроллера скорости внешнего контура непосредственно подается на ось q, чтобы управлять крутящим моментом. Команда для оси d ненулевая для ASM и является результатом ПИ-контроллера потока из внешнего контура.

Существующие ПИ-контроллеры имеют следующие усиления:

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.

Блок замкнутой системы ПИД Autotuner

Блок Closed-Loop ПИД Autotuner позволяет настраивать по одному ПИД-регулятору за раз. Он вводит синусоидальные сигналы возмущения на входе объекта и измеряет выход объекта во время эксперимента с обратной связью. Когда эксперимент останавливается, блок вычисляет коэффициенты ПИД на основе частотных характеристик объекта, оцененных в небольшом числе точек вблизи желаемой полосы пропускания. Для этой модели FOC ASM может использоваться блок Closed-Loop ПИД Autotuner для каждого из четырёх ПИ-контроллеров.

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:

При использовании блока Closed-Loop PID Autotuner как для симуляций, так и для приложений реального времени:

Соедините Autotuner с объектом и контроллером

Вставьте блок Closed-Loop ПИД Autotuner между блоком ПИД и объектом для всего четырёх ПИ-контроллеров, как показано на модели FOC ASM. The start/stop сигнал запускается и останавливает эксперимент с обратной связью. Когда ни один эксперимент не выполняется, блок Closed-Loop PID Autotuner ведет себя как блок усиления единства, куда сигнал непосредственно переходит.

Просмотрите исходную структуру управления для конвертера со стороны машины с четырёх ПИ-контроллеров.

Чтобы изменить структуру управления, включите блок Closed-Loop ПИД Autotuner в каждый из ПИ-контроллеров. Просмотрите измененную структуру управления для конвертера со стороны машины.

Сконфигурируйте блок Autotuner

После соединения блока Closed-Loop PID Autotuner с моделью объекта управления и блоком ПИД, настройте настройку и экспериментируйте.

На вкладке Tuning есть две основные настройки настройки:

На вкладке Эксперимент существуют три основные настройки эксперимента:

Настройка каскадной обратной связи Циклов

Поскольку блок Closed-Loop ПИД Autotuner настраивает только по одному ПИ-контроллеру за раз, четыре контроллера должны быть настроены отдельно в модели FOC ASM. Сначала настройте контроллеры внутреннего контура, а затем настройте контроллеры внешнего контура.

После настройки каждого ПИ-контроллера коэффициент усиления контроллера обновляется через блок Данных Store Памяти.

Симуляция блока Autotuner в режиме Normal Mode

В этом примере модель FOC ASM построена в Simulink. Все четыре контроллера настроены в одной симуляции. В сложение отклики скорости сравниваются до и после настройки контроллеров. Тестируемые сценарии включают процесс ускорения и изменение крутящей нагрузки (величина 1 p.u.).

Симуляция модели FOC ASM обычно занимает на вашем компьютере несколько минут из-за небольшого шага расчета контроллера силовой электроники двигателя.

sim(mdl)
logsout_autotuned = logsout;
save('AutotunedSpeed','logsout_autotuned');

Следующий рисунок показывает общий результат симуляции.

Серая область на предыдущем рисунке показывает ток и скорость откликов во время настройки, от 3,5 до 5,8 секунд. Изменения тока и скорости мотора очень малы. Скорость двигателя достигает номинальной 1600 об/мин перед началом процесса автотунирования.

Четыре ПИ-контроллеров настроены с новыми усилениями.

Те же самые опорные скорости ротора и крутящие нагрузки прикладываются до и после процесса автотунирования. Постройте график ошибок скорости ротора относительно номинальной 1600 об/мин до и после настройки контроллеров с помощью блока Closed-Loop PID Autotuner. Кривые ошибки скорости выравниваются по времени, чтобы сравнить характеристики контроллера один за другим.

scdfocasmPIDTuningPlotSpeed

После настройки контроллеров скоростная характеристика асинхронного двигателя имеет более быстрый переходный процесс и меньшую установившуюся ошибку во время ускорения и при изменении крутящей нагрузки.

bdclose(mdl)