Flux-Based PM Controller

Контроллер для основанного на потоке постоянного магнита синхронный двигатель

Библиотека:
Powertrain Blockset / Движение / Контроллеры Электродвигателя

Описание

Блок Flux Based PM Controller реализует основанный на потоке, ориентированный на поле контроллер для внутреннего постоянного магнита синхронного двигателя (PMSM) с дополнительным контроллером скорости внешнего контура. Внутреннее управление крутящим моментом реализует стратегии достижения максимального крутящего момента на ампер (MTPA) и ослабления магнитного потока. Можно задать любого тип управления скоростью или крутящим моментом.

Flux Based PM Controller реализует уравнения для регулировки скорости, определения крутящего момента, регуляторов, преобразований координат и двигателей.

Фигура иллюстрирует информационный поток в блоке.

Блок реализует уравнения с помощью этих переменных.

ω	Скорость ротора
ω*	Команда скорости ротора
T*	Закрутите команду
_id _id*	текущая d-ось d-ось текущая команда
_iq _iq*	текущая q-ось q-ось текущая команда
_vd, _vd*	напряжение d-оси команда напряжения d-оси
_vq _vq*	напряжение q-оси команда напряжения q-оси
_va, _vb, _vc	Фаза a Stator, b, c напряжения
_ia, _ib, _ic	Фаза a Stator, b, c токи

Контроллер скорости

Чтобы реализовать контроллер скорости, выберите параметр Control Type Speed Control. Если вы выбираете параметр Control Type Torque Control, блок не реализует контроллер скорости.

Контроллер скорости определяет команду крутящего момента путем реализования фильтра состояния и вычисления команд обратной связи и feedforward. Если вы не реализуете контроллер скорости, введите команду крутящего момента с блоком Flux Based PM Controller.

Фильтр состояния

Фильтр состояния является фильтром lowpass, который генерирует ускоряющую команду на основе команды скорости. Дискретной формой характеристического уравнения дают:

$z + K_{s f} T_{s m} - 1$

Фильтр вычисляет усиление с помощью этого уравнения.

$K_{s f} = \frac{1 - \exp (- T_{s m} 2 π E V_{s f})}{T_{s m}}$

Уравнения используют эти переменные.

_EVsf	Полоса пропускания фильтра команды скорости
_Tsm	Контроллер движения шаг расчета
_Ksf	Постоянная времени регулятора скорости

Обратная связь состояния

Чтобы сгенерировать крутящий момент обратной связи состояния, блок использует отфильтрованный сигнал скоростной погрешности от фильтра состояния. Чтобы отфильтровать скорость, блок использует контроллер пропорционального интеграла (PI).

$T_{c m d} = K p_{ω} (ω_{m}^{*} - ω_{m}) + K i_{ω} \frac{z T_{s m}}{z - 1} (ω_{m}^{*} - ω_{m})$

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Скорость ротора
_ωm*	Команда скорости ротора
_Tcmd	Закрутите команду
_Kpω	Пропорциональная составляющая регулятора скорости
_Kiω	Интегральная составляющая регулятора скорости
_Tsm	Частота дискретизации регулятора скорости

Команда Feedforward

Чтобы сгенерировать крутящий момент прямого распространения состояния, блок использует отфильтрованную скорость и ускорение от фильтра состояния. Кроме того, вычисление крутящего момента прямого распространения использует инерцию, вязкое затухание и статическое трение. Чтобы достигнуть нулевой ошибки отслеживания, команда крутящего момента является суммой feedforward и команд крутящего момента обратной связи.

Команда крутящего момента прямого распространения использует это уравнение.

$T_{c m d_f f} = J_{p} {\dot{ω}}_{m} + F_{v} ω_{m} + F_{s} \frac{ω_{m}}{| ω_{m} |}$

где:

_Jp	Инерция ротора
_{Tcmd_ff}	Команда крутящего момента feedforward
_Fs	Статический постоянный момент трения
_Fv	Вязкий постоянный момент трения
_Fs	Статический постоянный момент трения
_ωm	Скорость ротора

Текущая команда

Блок использует интерполяционные таблицы, чтобы определить d-ось и q-ось текущие команды. Интерполяционные таблицы являются функциями механической скорости и крутящего момента. Чтобы определить интерполяционные таблицы, можно использовать внешний анализ конечных элементов (FEA) модели или динамометрические результаты испытаний.

$\begin{array}{l} i_{d r e f} = f (| ω_{m} |, | T_{r e f} |) \\ i_{q r e f} = s i g n (T_{r e f}) * f (| ω_{m} |, | T_{r e f} |) \end{array}$

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Скорость ротора
_Tref	Закрутите команду
_idref, _iqref	d-и текущая ссылка q-оси, соответственно

Команда напряжения

Блок использует эти уравнения, чтобы вычислить напряжение в моторной системе координат.

$\begin{array}{l} v_{d} = \frac{d ψ_{d}}{d t} + R_{s} i_{d} - ω_{e} ψ_{q} \\ v_{q} = \frac{d ψ_{q}}{d t} + R_{s} i_{q} + ω_{e} ψ_{d} \end{array}$

$\begin{array}{l} \frac{d ψ_{d}}{d t} + R_{s} i_{d} = K p_{d} (i_{d}^{*} - i_{d}) + K i_{d} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{d}^{*} - i_{d}) \\ \frac{d ψ_{q}}{d t} + R_{s} i_{q} = K p_{q} (i_{q}^{*} - i_{q}) + K i_{q} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{q}^{*} - i_{q}) \\ v_{d} = K p_{i} (i_{d}^{*} - i_{d}) + K i_{d} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{d}^{*} - i_{d}) + ω_{e} ψ_{q} \\ v_{q} = K p_{i} (i_{q}^{*} - i_{q}) + K i_{q} \frac{z T_{s t}}{z - 1} (i_{q}^{*} - i_{q}) - ω_{e} ψ_{d} \\ ψ_{q} = f (i_{d}, i_{q}) \\ ψ_{d} = f (i_{d}, i_{q}) \end{array}$

Уравнения используют эти переменные.

_ωm	Скорость механического устройства ротора
_ωe	Ротор электрическая скорость
_Rs, _Rr	Сопротивление статора и обмоток ротора, соответственно
_iq, _id	q-и текущая d-ось, соответственно
_vq, _vd	q-и напряжение d-оси, соответственно
_Ψq, _Ψd	q-и магнитный поток d-оси, соответственно
_Tst	Текущая частота дискретизации регулятора
_Kid , _Kiq	d-и q-интегральная составляющая оси, соответственно
_Kpd , _Kpq	d-и q-пропорциональная составляющая оси, соответственно

Преобразовывания

Чтобы вычислить напряжения и токи в трехфазном сбалансированном (a, b) количества, двухфазная квадратура (α, β) количества, и вращающийся (d, q) системы координат, блок использует Преобразования Кларка и Парка.

В уравнениях преобразования.

$\begin{array}{l} ω_{e} = P ω_{m} \\ \frac{d θ_{e}}{d t} = ω_{e} \end{array}$

Преобразовать	Описание	Уравнения
Кларк	Преобразует сбалансированные трехфазные количества (a, b) в сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = \frac{2}{3} x_{a} - \frac{1}{3} x_{b} - \frac{1}{3} x_{c} \\ x_{β} = \frac{\sqrt{3}}{2} x_{b} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{c} \end{array}$
Парк	Преобразует сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β) в ортогональную систему координат вращения (d, q).	$\begin{array}{l} x_{d} = x_{α} \cos θ_{e} + x_{β} \sin θ_{e} \\ x_{q} = - x_{α} \sin θ_{e} + x_{β} \cos θ_{e} \end{array}$
Инверсия Кларк	Преобразует сбалансированные двухфазные квадратурные количества (α, β) в сбалансированные трехфазные количества (a, b).	$\begin{array}{l} x_{a} = x_{a} \\ x_{b} = - \frac{1}{2} x_{α} + \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \\ x_{c} = - \frac{1}{2} x_{α} - \frac{\sqrt{3}}{2} x_{β} \end{array}$
Обратный парк	Преобразует ортогональную систему координат вращения (d, q) в сбалансированные двухфазные ортогональные стационарные количества (α, β).	$\begin{array}{l} x_{α} = x_{d} \cos θ_{e} - x_{q} \sin θ_{e} \\ x_{β} = x_{d} \sin θ_{e} + x_{q} \cos θ_{e} \end{array}$

Преобразования используют эти переменные.

_ωm	Скорость ротора
P	Пары полюса ротора
_ωe	Ротор электрическая скорость
_Θe	Ротор электрический угол
x	Ток фазы или напряжение

Двигатель

Блок использует токи фазы и напряжения фазы, чтобы оценить текущую шину DC. Положительный ток указывает на выброс батареи. Отрицательный ток указывает на заряд батареи.

Блок использует эти уравнения.

Загрузите степень	$L d_{P w r} = v_{a} i_{a} + v_{b} i_{b} + v_{c} i_{c}$
Исходная степень	$S r c_{P w r} = L d_{P w r} + P w r_{L o s s}$
Текущая шина DC	$i_{b u s} = \frac{S r c_{P w r}}{v_{b u s}}$
Предполагаемый крутящий момент ротора	$T_{e} = 1.5 P [ψ_{d} i_{q} - ψ_{q} i_{d}]$
Потери мощности для одного источника КПД, чтобы загрузить	$P w r_{L o s s} = \frac{100 - E f f}{E f f} \cdot L d_{P w r}$
Потери мощности для одного КПД загружают к источнику	$P w r_{L o s s} = \frac{100 - E f f}{100} \cdot \| L d_{P w r} \|$
Потери мощности для сведенного в таблицу КПД	$P w r_{L o s s} = f (ω_{m}, M t r T r q_{e s t})$

Уравнения используют эти переменные.

_va, _vb, _vc	Фаза a Stator, b, c напряжения
_vbus	Предполагаемое напряжение на шине DC
_ia, _ib, _ic	Фаза a Stator, b, c токи
_ibus	Предполагаемая текущая шина DC
Eff	Полный КПД инвертора
_ωm	Скорость механического устройства ротора
_Lq, _Ld	q-и d-ось извилистая индуктивность, соответственно
_Ψq, _Ψd	q-и магнитный поток d-оси, соответственно
_iq, _id	q-и текущая d-ось, соответственно
λ	Потокосцепление постоянного магнита
P	Пары полюса ротора

Электрические потери

Задавать электрические потери, на вкладке Electrical Losses, для Parameterize losses by, избранной одной из этих опций.

Установка Блокируйте реализацию

Установка	Блокируйте реализацию
`Single efficiency measurement`	Электрическая потеря вычислила использование постоянного значения для КПД инвертора.
`Tabulated loss data`	Электрическая потеря вычисляется в зависимости от частот вращения двигателя и крутящих моментов нагрузки.
`Tabulated efficiency data`	Электрическая потеря вычислила с помощью КПД инвертора, который является функцией частот вращения двигателя и крутящих моментов нагрузки. Преобразует значения КПД, которые вы вводите в потери, и использует сведенные в таблицу потери для симуляции. Игнорирует значения КПД, вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент. Потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем. Линейная интерполяция использования, чтобы определить потери. Введите таблицу данных для низких скоростей и низких крутящих моментов, как требуется, чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени. Не экстраполирует значения потерь для скорости и закручивает величины, которые превышают область значений таблицы.

Single efficiency measurement

Электрическая потеря вычислила использование постоянного значения для КПД инвертора.

Tabulated loss data

Электрическая потеря вычисляется в зависимости от частот вращения двигателя и крутящих моментов нагрузки.

Tabulated efficiency data

Электрическая потеря вычислила с помощью КПД инвертора, который является функцией частот вращения двигателя и крутящих моментов нагрузки.

Преобразует значения КПД, которые вы вводите в потери, и использует сведенные в таблицу потери для симуляции.
Игнорирует значения КПД, вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент. Потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем.
Линейная интерполяция использования, чтобы определить потери. Введите таблицу данных для низких скоростей и низких крутящих моментов, как требуется, чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени.
Не экстраполирует значения потерь для скорости и закручивает величины, которые превышают область значений таблицы.

Для лучшей практики используйте Tabulated loss data вместо Tabulated efficiency data:

КПД заболевает заданный для нулевой скорости или нулевого крутящего момента.
Можно объяснить постоянные составляющие потерь, которые все еще присутствуют для нулевой скорости или крутящего момента.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`SpdReq` — Команда скорости ротора
`scalar`

Команда скорости ротора, _ω*m, в rad/s.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Speed Control для параметра Control Type.

`TrqCmd` — Закрутите команду
`scalar`

Закрутите команду, T*, в N · m.

Зависимости

Чтобы создать этот порт, выберите Torque Control для параметра Control Type.

`BusVolt` — Напряжение на шине DC
`scalar`

Напряжение на шине DC, _vbus, в V.

`PhaseCurrA` — Текущий
`scalar`

Статор текущая фаза a, _ia, в A.

`PhaseCurrB` — Текущий
`scalar`

Статор текущая фаза b, _ib, в A.

`SpdFdbk` — Скорость ротора
`scalar`

Скорость ротора, _ωm, в rad/s.

`PosFdbk` — Ротор электрический угол
`scalar`

Ротор электрический угол, _Θm, в рад.

Вывод

развернуть все

`Info` — Сигнал шины
шина

Сигнал шины, содержащий эти вычисления блока.

Сигнал	Описание	Модули
`SrcPwr`	Исходная степень	W
`LdPwr`	Загрузите степень	W
`PwrLoss`	Потери мощности	W
`MtrTrqEst`	Предполагаемый крутящий момент двигателя	N·

`BusCurr` — Текущая шина
`scalar`

Предполагаемая текущая шина DC, _ibus, в A.

`PhaseVolt` — Напряжения терминала статора
`array`

Напряжения терминала статора, _Va, _Vb и _Vc, в V.

Параметры

развернуть все

Блокируйте опции

`Control Type` — Выберите управление
`Torque Control` (значение по умолчанию) | `Speed Control`

Если вы выбираете Torque Control, блок не реализует контроллер скорости.

Эта таблица суммирует конфигурации порта.

Конфигурация порта	Создает порты
`Speed Control`	`SpdReq`
`Torque Control`	`TrqCmd`

Параметры двигателя

`Number of pole pairs, PolePairs` — Полюса
4 (значение по умолчанию) | `scalar`

Моторные пары полюса, P.

`Vector of d-axis current breakpoints, id_index` — Текущий
`vector`

текущая d-ось, _{id_index}, в A.

`Vector of q-axis current breakpoints, iq_index` — текущий
`vector`

текущая q-ось, _{iq_index}, в A.

`Corresponding d-axis flux, lambda_d` — Поток
`vector`

поток d-оси, _λd, в Wb.

`Corresponding q-axis flux, lambda_q` — Поток
`vector`

поток q-оси, _λq, в Wb.

Токовый контроллер

`Sample time for the torque control, Tst` Время
`1e-4` (значение по умолчанию) | `scalar`

Закрутите время контрольной выборки, _Tst, в s.

`D-axis proportional gain, Kp_d` — Усиление
2.4056 (значение по умолчанию) | `scalar`

пропорциональная составляющая d-оси, _Kpd, в V/A.

`Q-axis proportional gain, Kp_q` — Усиление
2.4056 (значение по умолчанию) | `scalar`

пропорциональная составляющая q-оси, _Kpq, в V/A.

`D-axis integral gain, Ki_d` — Усиление
192.45 (значение по умолчанию) | `scalar`

интегральная составляющая d-оси, _Kid, в V/A · s.

`Q-axis integral gain, Ki_q` — Усиление
192.45 (значение по умолчанию) | `scalar`

интегральная составляющая оси q-, _Kiq, в V/A · s.

`Vector of speed breakpoints, wpb` — Точки останова
`vector`

Точки останова скорости, _ωbp, в rad/s.

`Vector of torque breakpoints, tpb` — Точки останова
`vector`

Закрутите точки останова, _Tbp, в N · m.

`Corresponding d-axis current reference, id_ref` — Текущий
`vector`

текущая ссылка d-оси, _idref, в A.

`Corresponding q-axis current reference, iq_ref` — Текущий
`vector`

текущая ссылка q-оси, _iqref, в A.

Контроллер скорости