用Simulink实现永磁同步电机的场向控制,第2部分:桌面仿真
Melda Ulusoy, MathWorks
在本视频中,我们演示了如何使用电机控制块集和产品中包含的参考示例作为设计和实现面向场的表面贴装和内部永磁同步电机(PMSM)控制算法的起点。我们将把重点放在桌面模拟上,作为一种测试和验证算法设计的方法。然后您可以重用相同的模型来生成和部署嵌入式代码。
在这个视频中,我们将看到如何使用电机控制块集来实现对无刷PMSM电机的场向控制,我们在这里看到。该模型是电机控制块集的参考应用之一。它配置了变量,因此我们可以使用该模型来模拟和生成代码。这本质上让我们可以使用相同的模型来针对逆变器和电机模型模拟面向现场的控制算法,并生成代码来编程微控制器。此外,该模型已建立使用三种不同的方法来建模逆变器。在第一个选项中,我们使用来自电机控制块集的平均值逆变器块进行低保真度仿真。我们可以使用的另一个选项是Simscape electric在逆变器中建模理想的开关。选择第三个选项可以让我们使用Simscape electric来建模多级转换器。
让我们快速浏览一下模型中的不同子系统。在串行接收中,我们从主机模型获得通过串口发送的数据。该数据决定了所需的电机速度,以及PWM占空比是否将是非零,以允许电机旋转。在速度控制子系统中,我们有一个pictroller来控制转子的速度。它输出Iq参考。由于我们实现了面向场的表面贴装永磁同步电机控制,因此Id参考值设为零。在电流控制子系统中,我们得到传感器读数并实现面向场的控制以及PWM写入驱动器。让我们看看在这个子系统下有什么。在这里,我们正在处理电流,位置和速度的测量。在这个子系统中,我们正在将正交编码器读数转换为位置和速度,使用我们在这里看到的由电机控制块集提供的块。
在控制系统子系统中,我们利用Clarke, Park, Inverse Park, Space Vector Generator和piccontroller实现了面向场的控制算法。我们还使用了正弦和余弦查找块,它实现了在微控制器上部署的高效查找。这里,我们有微控制器上用于PWM写入的驱动块。注意,这些块来自C2000处理器的嵌入式编码器支持包。
最后,利用逆变器和电机工厂模型对算法和仿真结果进行验证。我们前面提到的三种变体为我们提供了不同的电机和逆变器建模选项。这是电机控制块集的平均值实现。这里我们使用平均逆变器和表面贴装PMSM块。我们还来看看Simscape electric的实现。在逆变子系统中,这一次我们将查看实现理想开关的第二个变量。在这里,我们使用来自Simscape electric的PMSM块以及从PWM获取开关脉冲的转换器。块对话框让我们选择交换设备。在这里,我们使用理想开关,但也有其他选择,如使用IGBT或mosfet进行高保真建模。最后,在第三个选项中,我们对多级转换器建模。
现在我们已经讨论了模型,让我们模拟它并查看一些结果。为此,我们按下run。正在对模型进行编译和仿真。研究结果现已公布。在我们查看它们之前,让我们还使用来自电机控制块集的低保真度工厂模型运行仿真,其中我们使用了平均值逆变器。现在我们可以打开数据检查器并查看模拟结果。
让我们比较这两次运行时电机和空间矢量调制信号所看到的速度、Iq、a相电压和a相电流。在第一个图中,我们看到速度参考是红色的,在两次跑步之间没有变化。黄色和蓝色的速度反馈信号在两次运行之间看起来非常接近。下一个图显示Iq参考和Iq反馈。我们可以看到切换对智商反馈的影响,用黄色表示。在第三和第四个图中,我们分别看到电机看到的a相电压和a相电流。这是这些信号的特写。黄色的信号向我们展示了我们使用Simscape electric建模和模拟的逆变器中开关的效果。最后,这些是我们用空间矢量调制得到的具有特征形状的著名的占空比调制信号。当我们放大时,我们会看到两次运行之间的结果非常相似。 Note that you can log any signal of interest in your model and run more simulations to check the performance of your controller by running different test cases. Once you're satisfied with the performance, you can move on to implementing your algorithm on嵌入式单片机。视频到此结束。
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