Введение ориентированного на поле управления

В этом примере ориентированное на поле управление (FOC) для асинхронной машины (ASM) моделируется в Simulink® с помощью компонентов Simscape™ Electrical™. Модель основана на примере Simscape Трехфазный Асинхронный Диск с Управлением Датчиком (Simscape Electrical).

mdl = 'scdfocasmPIDTuning';
open_system(mdl)

Ориентированное на поле управление управляет 3-фазовыми токами статора как вектором. FOC основан на проекциях, которые преобразовывают 3-фазовую зависящую от времени и зависимую скоростью систему в две координатных независимых от времени системы. Эти преобразования являются Преобразованием Кларка, Преобразованием Парка, и их соответствующая инверсия преобразовывает. Эти преобразования реализованы как блоки в подсистеме Средств управления.

Преимущества использования FOC, чтобы управлять электродвигателями переменного тока включают:

Подсистема Средств управления содержит все четыре ПИ-контроллера. ПИ-контроллер скорости внешнего контура регулирует скорость двигателя. ПИ-контроллер потока внешнего контура регулирует поток статора. Два ПИ-контроллера внутреннего цикла управляют d-осью и токами q-оси отдельно. Команда от ПИ-контроллера скорости внешнего контура непосредственно питается к q-оси, чтобы управлять крутящим моментом. Команда для d-оси является ненулевой для ASM и является результатом ПИ-контроллера потока внешнего контура.

Существующие ПИ-контроллеры имеют следующие усиления:

Усиления контроллера хранятся в Блоке памяти Хранилища данных и предоставленный внешне каждому блоку PID. Когда настраивающий процесс для контроллера завершен, новые настроенные усиления записаны в Блок памяти Хранилища данных. Эта настройка позволяет вам обновлять свои коэффициенты усиления контроллера в режиме реального времени во время симуляции.

Блок автотюнера ПИДа с обратной связью

Блок Closed-Loop PID Autotuner позволяет вам настраивать один ПИД-регулятор за один раз. Это вводит синусоидальные сигналы возмущения во входе объекта и измеряет объект выход во время эксперимента с обратной связью. Когда эксперимент останавливается, блок вычисляет коэффициенты ПИД на основе частотных характеристик объекта, оцененных в маленьком числе точек около желаемой полосы пропускания. Для этой модели FOC ASM блок Closed-Loop PID Autotuner может использоваться для каждого из этих четырех ПИ-контроллеров.

Этот рабочий процесс применяется, когда у вас есть начальные контроллеры, что вы хотите повторно настроить использование блока Closed-Loop PID Autotuner. Преимущества этого подхода:

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

Соедините автотюнер с объектом и контроллер

Вставьте блок Closed-Loop PID Autotuner между блоком PID и объектом для всех четырех ПИ-контроллеров, как показано в модели FOC ASM. start/stop сигнал запускает и останавливает эксперимент с обратной связью. Когда никакой эксперимент не запускается, блок Closed-Loop PID Autotuner ведет себя как блок усиления единицы, куда сигнал непосредственно передает.

Просмотрите исходную структуру управления для конвертера машины стороны с четырьмя ПИ-контроллерами.

Чтобы изменить структуру управления, включите Блок Автотюнера ПИДа С обратной связью к каждому из ПИ-контроллеров. Просмотрите модифицированную структуру управления для конвертера машины стороны.

Сконфигурируйте блок автотюнера

После соединения блока Closed-Loop PID Autotuner с моделью объекта управления и блока PID, сконфигурируйте настройки настройки и эксперимента.

На вкладке Tuning существует две основных настраивающих настройки:

На вкладке Experiment существует три основных настройки эксперимента:

Настройка каскадной обратной связи

Поскольку блок Closed-Loop PID Autotuner только настраивает один ПИ-контроллер за один раз, эти четыре контроллера должны быть настроены отдельно в модели FOC ASM. Настройте контроллеры внутреннего цикла сначала, и затем настройте контроллеры внешнего контура.

После настройки каждого ПИ-контроллера коэффициенты усиления контроллера обновляются через Блок памяти Хранилища данных.

Симуляция блока автотюнера в режиме normal mode

В этом примере модель FOC ASM создана в Simulink. Все четыре контроллера настраиваются в одной симуляции. Кроме того, ответы скорости сравнены до и после настройки контроллеров. Сценарии под тестом включают ускоряющий процесс и закручивают изменения загрузки (величина 1 p.u.).

Симуляция модели FOC ASM обычно занимает несколько минут на вашем компьютере из-за времени небольшой выборки контроллера силовой электроники двигателя.

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

Следующий рисунок показывает полный результат симуляции.

Серая область на предыдущем рисунке показывает текущие ответы и ответы скорости во время настройки, от 3,5 до 5,8 секунд. Изменения в токе и в частоте вращения двигателя очень малы. Частота вращения двигателя достигает номинального 1600 об/мин перед процессом автоматической настройки начинается.

Эти четыре ПИ-контроллера настраиваются с новыми усилениями.

Те же ссылки скорости ротора и загрузки крутящего момента применяются до и после процесса автоматической настройки. Постройте скоростные погрешности ротора относительно номинального 1600 об/мин до и после контроллеров настраивается с помощью блока Closed-Loop PID Autotuner. Кривые скоростной погрешности выравниваются вовремя, чтобы сравнить эффективность контроллера рядом друг с другом.

scdfocasmPIDTuningPlotSpeed

После настройки контроллеров ответ скорости асинхронного двигателя имеет более быстрый переходный процесс и меньшую установившуюся ошибку во время ускорения и когда загрузка крутящего момента изменяется.

bdclose(mdl)