如何使用面向字段的控制自动调谐块
您可以使用场向控制自动调谐器块针对Simulink中建模的机器自动调优闭环场面向控制(FOC)结构中的PI控制器®使用Motor Control Blockset™。例如，您可以使用Motor Control Blockset通过直接从硬件收集数据并计算电机参数来创建精确的电机模型。然后，在面向现场的控制应用中，该参数模型用于估计PI控制器的控制增益。有关更多信息，请参见磁场定向控制(FOC)．
当你有一个现有的FOC结构的电机和初始控制器集，这样闭环系统是稳定的，电机模型运行在一个标称工作点时，这个工作流适用。使用场向控制自动调谐器块，以使用指定的带宽和相位裕度自动调优现有控制器。
这一块需要仿真软件控制设计™软件
面向字段的控制自动调谐块
该块允许你在你的闭环FOC结构中自动调优以下控制循环:
直轴(d轴)电流环
四轴(q轴)电流环
速度环
通量循环
该模块依次对d轴电流、q轴电流、转速和磁通控制回路进行闭环自动调谐实验。在实验过程中，对每个循环，块注入正弦扰动信号的频率[1/10,1/3, 1,3, 10]ωc,在那里ωc为调优指定的目标带宽。
当实验结束时，块使用估计的频率响应计算PID增益。调优算法旨在平衡性能和鲁棒性，同时实现您指定的控制带宽和相位裕度。您可以配置系统自动更新现有PID控制器的增益，允许您在用于调优的相同模拟运行中验证闭环性能。
连接自动调谐器到现有模型
下图是永磁同步电机面向场控制结构的简化框图。简化的框图在转子参考系中显示参数，不包括逆变器、Park-Clarke变换或传感器。有关永磁同步电机的磁场定向控制的详细模型，请参见磁场定向控制(FOC)．对于永磁同步电机，在面向场的控制结构中有三个控制环:直轴电流控制环、四轴电流控制环和速度环。没有磁链控制器，转子磁链是固定的，d轴电流环参考通常设置为零。在某些应用中，可以为d轴电流参考提供负值，以实现弱磁场控制，以更高的电流为代价实现更高的转子速度。
在场向控制自动调谐器阻塞参数，禁用该选项调整流量循环因为这种类型的交流电机的转子磁链是固定的永磁体。
连接的场向控制自动调谐器块和调优模型中的PI控制器，首先确定模型中的输入和输出参数。然后，您可以按下面所述连接块。
调节d轴电流控制回路:
连接控制信号
PI_daxis到PIDout daxis输入端口。连接微扰daxis通过使用和块的输出
PI_daxis，为d轴电压基准Vd_ref，以修改对植物的输入。连接从测量(感知或估计)电机电流获得的d轴电流到测量反馈daxis输入端口。
调节q轴电流控制回路:
连接控制信号
PI_qaxis到PIDout qaxis输入端口。连接微扰qaxis通过使用和块的输出
PI_qaxis，为q轴电压基准Vq_ref，以修改对植物的输入。连接从测量(感知或估计)电机电流获得的q轴电流到测量反馈qaxis输入端口。
对于调整速度控制回路:
连接控制信号
PI_speed到PIDout速度输入端口。连接扰动速度通过使用和块的输出
PI_speed，为q轴电流参考Iq_ref，以修改对植物的输入。连接测量(感知或估计)速度从电机到测量反馈速度输入端口。
下面的模型大致说明了块如何与前面的框图中所示的FOC结构相适应。
在自动调谐过程中，模块在与每个控制回路相关的设备输入端注入扰动信号，并测量在的响应测量反馈对于每一个循环。当实验结束时，块计算PI增益并在pid增益端口。当实验不运行时，块不注入任何扰动信号。在这种状态下，块对设备或控制器的行为没有影响。
指定控制器参数和调优目标
如前一节所述，连接所选循环的块输入和输出。对于你正在调优的每个循环，你可以配置以下控制器参数:
类型—指定PID控制器动作。如果您正在使用电机控制块集库中的PI控制器，请将此参数设置为
π对于所有的循环。形式—指定控制器的形式。如果您正在使用电机控制块集库中的PI控制器，请将此参数设置为
平行．控制器采样时间(秒)—设置控制器采样时间。
积分器的方法-指定积分器项的离散积分公式。如果您正在使用电机控制块集库中的PI控制器，请将此参数设置为
向前欧拉．过滤方法-如果你的控制器包含带有导数过滤器项的导数动作，则指定离散导数过滤器的公式。
然后，对于每个循环，指定用于调优的目标带宽和相位裕量目标带宽(rad /秒)而且目标相位裕度(度)参数,分别。
目标带宽是调谐开环响应的0 dB增益交叉频率的目标值CP,在那里P是给定循环的植物响应，和C是与该循环关联的控制器响应。这个交叉频率大致设定了控制带宽。为所需的上升时间τ，目标带宽的一个很好的猜测是2/τ．为了实现有效的级联控制，内部控制回路(d轴和q轴)的响应速度要比外部控制回路(通量和速度)快得多。
请注意
作为一个典型的经验法则，你可以这样设置带宽:
当前环路带宽至少比速度环路带宽快10倍。
当前环路带宽至少比开关频率慢10倍。
目标相位裕量反映了调优系统所需的鲁棒性。通常情况下，您可以选择45°-60°范围内的值。一般来说，较高的相位裕量可以减少超调，但会限制响应速度。默认值60°倾向于平衡性能和健壮性，产生约5-10%的超调，这取决于您的设备的特性。
若要对内部控制循环使用相同的调优设置，请启用对电流环控制器使用相同的设置(d轴+ q轴)．这样做允许您为d轴和q轴电流循环指定相同的控制器参数和调优目标。
有关设置这些参数的详细信息，请参见场向控制自动调谐器块引用页面。
设置实验参数
在块参数中，指定每个循环的自动调优实验的开始时间和持续时间。该块每次只调优一个控制器，因此一个循环的调优实验的开始时间和持续时间不能与另一个循环重合或重叠。先调优内环控制器，再调优外环控制器。当你指定实验开始时间和持续时间时，考虑以下几点。
当电机处于所需的稳态工作点时开始实验。用初始控制器驱动电机到工作点。
在实验过程中避免对电机的任何输入或输出干扰。如果你现有的闭环系统有很好的抗干扰能力，那么实验可以处理小的干扰。否则，较大的干扰会使设备输出失真，降低频率响应估计的精度。
对于每个循环块调优，让实验运行足够长的时间，让算法收集足够的数据，对它探测的所有频率进行良好的估计。实验持续时间的保守估计是200/ωc,在那里ωc正在调优的循环的目标带宽。
或者，您可以通过启用该参数来配置启动/停止信号实验启动/停止使用外部电源．
然后指定循环实验设置对于每个要调优的循环。植物类型指定与单个循环相关联的设备是渐近稳定的还是积分的。的工厂签字参数为正，如果在期望操作点的设备输入的正变化导致设备输出的正变化。否则，植物符号为负。对于永磁同步电机FOC调谐，植物类型是否渐近稳定工厂签字对所有三个循环都是正的。
频率响应估计实验在与每个频率回路相关的装置中注入一个正弦信号[1/10, 1/3, 1,3, 10]ωc,在那里ωc是调优的目标带宽。使用正弦振幅参数的场向控制自动调谐器块来指定这些信号的振幅。您可以指定一个标量值在每个频率处注入相同的振幅，也可以指定长度为5的向量在每个频率处注入不同的振幅[1/10, 1/3, 1,3, 10]ωc．
所有摄动振幅必须为:
大到足以使扰动克服装置执行器中的任何死区，并产生高于噪声水平的响应。
小到足以使装置运行在接近标称工作点的近似线性区域内，并避免使装置输入或输出饱和。
有关设置实验参数的更多信息，请参见场向控制自动调谐器块引用页面。
运行模型并启动调优实验
在您为调优配置了所有参数之后，运行模型。
如果在块参数中配置了实验的开始和持续时间，则通过指定大于最大开始时间和持续时间之和的模拟长度，允许模拟运行足够长的时间来开始实验。例如，如果你的速度循环实验开始时间是5秒，持续时间是3秒，那么你的模拟长度必须大于8秒。
如果配置了外部设备
启动/停止信号，当装置达到稳定状态时开始实验。有关如何配置外部启动和停止信号的更多信息，请参阅的输入参数场向控制自动调谐器块。
停止实验并检查调谐增益
频率响应估计实验结束时启动/停止信号显示有下降边缘。
如果在块参数中配置了实验的开始和持续时间，以便在特定时间开始和结束调优过程，则允许模拟在实验结束时运行。
如果配置了外部设备
启动/停止信号，实验结束时，信号在收敛每个循环的输出稳定在接近100%。
在这两种情况下，实验时间的保守估计是200/ωc,在那里ωc正在调优的循环的目标带宽。例如，如果调整d轴电流控制器的目标带宽为5000 rad/秒，那么d轴电流环的调整实验持续时间可以为0.04秒。
当你停止实验，块计算新的PI增益基于估计的频率响应的植物和你的指定调优目标与每个循环相关联的块调优。有几种方法可以查看调整后的增益:
的输出
pid增益自动调谐器块的端口。查看此输出的一种方法是将输出连接到Simulink显示块。在块参数中，对块选项卡上,单击出口到MATLAB．该块在MATLAB中创建一个结构®工作区,
FOCTuningResult．有关该结构内容的更多信息，请参见块参考页面。
更新PI控制器与调谐增益和验证性能
的场向控制自动调谐器块不会自动写入增益到你的PI控制器。您可以手动或使用自己的逻辑将调优增益转移到控制器。
如果需要手动更新PI增益，可以查看输出
pid增益自动调谐器块的端口。pid增益是一个总线信号，它包含了该块调谐的每个循环的PI控制器的调谐增益。你亦可按出口到MATLAB在块参数中得到一个结构FOCTuningResult在您的MATLAB工作空间，其中包括调谐控制器增益。您还可以配置自己的逻辑来传输调优的PI增益。例如，您可以在Simulink中使用信号路由块来存储、读取和写入增益到控制器。
请注意
如果你正在调优比例积分控制器从电机控制块集库中场向控制自动调谐器块输出包含调谐的比例和积分增益。因为比例积分控制器期望积分增益预先乘以控制器采样时间作为输入，而不是K我,使用K我* T年代当写入一个新的积分增益到控制器块。
将调优增益传输到PI控制器后，可以使用新的增益观察和验证系统的持续性能。
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