如何设计电机控制器使用Simscape电气,第2部分:建模三相逆变器
在本视频中,我们将向您展示如何建模三相逆变器转换直流电源到三相电流,以控制无刷直流电动机。
这是我们在之前的视频中建立的模型。这里我们有一个场景,我们转动电机轴,并在其中一个开放相测量反电动势。这一次,而不是操作电机作为一个发电机,我们将驱动电机通过使用逆变器模型的线圈对之一的能量。
在整个视频中,我们将参考我们的技术演讲视频,在那里我们讨论控制算法,包括三相逆变器和换向逻辑。所以在看这个视频之前,你可能想了解一下这些组件是如何工作的。在这集视频中,我们将关注算法的这部分在下一集视频中,我们将研究模型的其余部分。
我们从以前的模型中删除了一些块,因为我们不需要它们来建模逆变器。在添加负载惯性并输入其值之后,我们就可以开始对三相逆变器建模了。这张图片来自我们的Tech Talk视频将帮助我们建模逆变器。一个三相逆变器基本上是一个电路转换直流到交流电流使用三对逆变开关,每对对应一个相位。根据您想要建模三相逆变器的方式,您可以从Simscape Electrical中半导体和转换器部分提供的不同选项中进行选择。
在这个例子中,我们将使用mosfet。您可以使用功率逆变器的数据表来指定此块的参数。现在,我们将尝试通过插入必要的块并将它们连接在一起来构建与图中相同的电路。让我们从控制A相电流的第一对开关开始。我们简单地复制开关,并将上面的开关命名为AH,因为它是高侧开关,同样地,将下面的开关标记为AL,因为它是低侧开关。其中S1和S2为交换机编号。输入到逆变器的直流电压可以使用电压源块建模。
现在我们可以把这个电路连接到如图所示的A相上。我们可以通过复制粘贴这对开关来完成电路的其余部分。MOSFET的输入要么是一个高信号,要么是一个低信号,分别用于打开和关闭。正如我们在Tech Talk视频中讨论的那样,为了使电机正常运行,我们需要在正确的时间驱动正确的相位对。在控制算法中,该决策是通过感知角度位置,并在此基础上计算到三相逆变器的开关模式。我们将在下个视频中对这些部分进行建模。
在这个视频中,我们将假设一个静态开关模式,其中我们只给相a和C充电,然后我们将观察转子运动。我们可以用一个由六个常数值组成的矢量来模拟这个静态开关模式,以驱动这六个开关打开或关闭。为了将这个矢量值分配到相应的低侧和高侧开关,我们可以使用一个demux块以及“goto”和“from”块。通过这种方式,我们将两个信号连接在一起,而不显示任何电线,从而得到一个清晰的外观。这里,我们需要将Simulink信号(1或0)转换为Simscape信号,然后再将其连接到我们的电路中。其余的端口可以使用“goto”和“from”块连接。
现在,为了测量电流和电压,将提供给每个相位,我们可以使用相位电压传感器和电流传感器块。通过右键单击块并选择该选项,我们可以展开该端口以显示三个阶段。让我们对这个传感器也做同样的操作。如果你在实验室里,想用安培计测量电流,你要把它的端子与电路串联起来。类似地,在模拟中串联电流传感器。端口I输出测量到的三相电流,我们连接到一个范围后,转换为Simulink信号可视化。为了感知电压,我们将传感器并联在电机的电节点之间。类似地,我们将输出端口连接到作用域。
让我们选择这些块并创建一个子系统,我们将其重命名为三相逆变器。在本视频中,我们向您展示了如何从零开始建模您自己的三相逆变器,但请注意,您也可以在Simscape库中找到用于三相逆变器的内置块。该模块允许您从不同的开关设备中选择,如理想的开关,MOSFET或IGBT,以建模您的逆变器。
为了探索转子的运动,我们需要另一个传感器来测量速度。为此,我们使用理想的旋转运动传感器块,它分别通过W和A端口输出电机的速度和位置。我们将运动传感器块中的初始角位置设置为0度。还要注意,这些转换块允许定义单位,因此不需要额外的块来在度数和弧度之间进行转换。接下来,我们命名“切换模式”和“角度位置”信号。然后我们通过右键单击每个信号并选择这个选项来记录它们。我们有一个MATLAB脚本,它自动运行这个Simulink模型,然后使用记录的信号创建转子位置的动画。要查看这个动画,让我们转到命令行,输入它的名称并按“enter”来运行脚本。在这里,我们看到带电的相位A和C和产生的转子位置。如果你看过我们的第一个Tech Talk视频,你可能记得我们讨论了如何激励不同的线圈对导致不同的转子校准。 In this video, we showed you how you can model this in simulation and experiment with your model. In the next video, we’ll work on the rest of the control algorithm and simulate different characteristics of the motor.
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