Введение ориентированного на поле управления

В этом примере ориентированное на поле управление (FOC) для постоянного магнита синхронной машины (PMSM) моделируется в Simulink® с помощью компонентов Simscape™ Electrical™.

mdl = 'scdfocmotorPIDTuning';
open_system(mdl)

Ориентированное на поле управление (FOC) управляет 3-фазовыми токами статора как вектором. FOC основан на проекциях, которые преобразовывают 3-фазовое время - и зависимая скоростью система 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 Controller_Algorithm.

Преимущества использования FOC, чтобы управлять электродвигателями переменного тока включают:

Подсистема Controller_Algorithm содержит все три ПИ-контроллера. ПИ-контроллер внешнего контура регулирует скорость двигателя. Два ПИ-контроллера внутреннего цикла управляют d-осью и токами q-оси отдельно. Команда от ПИ-контроллера внешнего контура непосредственно питается к q-оси, чтобы управлять крутящим моментом. Команда для d-оси является нулем для PMSM, потому что поток ротора фиксируется с постоянным магнитом для этого типа электродвигателя переменного тока.

Существующий ПИ-контроллер скорости имеет усиления P = 0.08655 и я = 0.1997. Текущие ПИ-контроллеры и имеют усиления P = 1 и я = 200.

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 PMSM блок Closed-Loop PID Autotuner может использоваться для каждого из этих трех 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 трех ПИ-контроллеров, как показано в модели FOC PMSM. 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.

Чтобы просмотреть модифицированную структуру управления внешнего контура, откройте подсистему Controller_Algorithm.

controlSubsystem = [mdl '/Controller_Algorithm'];
open_system(controlSubsystem)

Просмотрите модифицированный токовый контроллер d-оси. У модифицированного контроллера q-оси есть идентичная структура.

open_system([controlSubsystem '/DQ_Current_Control/D_Current_Control'])

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 три контроллера должны быть настроены отдельно в модели FOC PMSM. Настройте контроллеры внутреннего цикла сначала, и затем настройте контроллер 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 PMSM создана в Simulink. Все три контроллера настраиваются в одной симуляции. Кроме того, ответы сравнены между ответами скорости до и после настройки контроллеров.

Симуляция модели FOC PMSM 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.

Следующий рисунок показывает текущие ответы и ответы скорости во время настройки, от 1,3 до 3,5 секунд. Изменение в токе в 0.1 A и изменение в частоте вращения двигателя в 2 рад/секунда (о 1% отклонение).

Эти три ПИ-контроллера настраиваются с новыми усилениями.

Те же скоростные команды применяются до и после процесса автоматической настройки. График ответы скорости до и после контроллеров настраивается с помощью блока Closed-Loop PID Autotuner. Кривые отклика скорости выравниваются вовремя, чтобы сравнить эффективность контроллера рядом друг с другом.

scdfocmotorPIDTuningPlotSpeed

После настройки контроллеров ответ скорости электродвигателя переменного тока имеет более быстрый переходный процесс и меньшую установившуюся ошибку.

bdclose(mdl)