如何使用磁场定向控制自动调谐块
您可以使用磁场定向控制自动调谐块来自动调整PI控制器闭环磁场定向控制(FOC)结构中对机器建模仿真软件金宝app®使用电动机控制Blockset™。例如,您可以使用电机控制Blockset创建一个精确的电机模型通过收集数据直接从硬件和计算电机的参数。然后使用这个参数模型来估计PI控制器控制收益在定向控制应用程序。有关更多信息,请参见磁场定向控制(FOC)。
这个工作流程适用于当您有一个现有的船与初始结构电机控制器,闭环系统是稳定的和电动机模型运行在一个名义操作点。使用磁场定向控制自动调谐块自动调整现有的控制器与指定带宽和相位的利润率。
这一块需要金宝app仿真软件控制设计™软件。
磁场定向控制自动调谐块
块可以自动调整控制回路闭环FOC结构如下:
纵轴(d-axis)电流环
交轴电流环路(q-axis)
速度环
通量循环
块执行d-axis电流闭环自动调谐实验,q-axis电流、速度和通量顺序控制回路。在实验中,对于每个循环,阻止注入正弦扰动信号的频率(1/10,1/3,1、3、10]ωc,在那里ωc是你指定目标带宽调优。
当实验结束时,块使用估计频率响应计算PID收益。调优算法旨在平衡性能和鲁棒性,同时实现控制带宽和相位你指定的保证金。您可以配置您的系统自动更新现有的收益PID控制器,允许您验证闭环性能相同的模拟运行,用于调优。
请注意
即使磁场定向控制自动调谐块可以调整PID和PIDF控制器,电机控制Blockset图书馆只提供了PI控制器。选择类型的循环块参数PI控制器。如果你想使用另一种类型的控制器,可以使用PID控制器块从模型库或你可以让你的自定义金宝app的PID控制器。
自动调谐连接到现有的模型
下面的图显示了一个简化框图间接磁场定向矢量控制的永磁同步电动机的结构。简化的方框图显示参数转子参考帧和不包括一个逆变器,Park-Clarke变换,或传感器。详细的模型间接磁场定向矢量控制的永磁同步电动机,明白了磁场定向控制(FOC)。永磁同步电动机,有三个控制回路在定向控制结构:纵轴电流控制回路,交轴电流控制环,速度环。没有通量循环控制器转子磁通是固定和d-axis当前循环引用通常被设置为0。在某些应用程序中,您可以提供一个负值的d-axis当前参考实现转子磁场减弱控制和实现更高速度的代价更高的电流。
在磁场定向控制自动调谐块参数,禁用的选项调整流量循环随着转子磁通与永久磁铁固定这种类型的交流电动机。
连接的磁场定向控制自动调谐块和调整PI控制器在你的模型中,首先确定你的模型的输入和输出参数。然后您可以连接块如下所述。
调优d-axis电流控制回路:
连接的控制信号
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,这是d-axis电压参考Vd_ref修改的输入装置。连接d-axis当前获得的测量(感觉或估计)电机电流测量feedback_daxis输入端口。
调优q-axis电流控制回路:
连接的控制信号
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,这是q-axis电压参考Vq_ref修改的输入装置。连接q-axis当前获得的测量(感觉或估计)电机电流测量feedback_qaxis输入端口。
优化速度控制回路:
连接的控制信号
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,这是q-axis电流参考Iq_ref修改的输入装置。连接测量(感觉或估计)的速度从电动机到测量feedback_daxis输入端口。
下面的模型说明了一般块如何适应FOC结构如前面的框图所示。
在自动调谐过程中,阻止核电站注入扰动信号的输入与每个控制回路和相关措施的反应测量反馈对于每一个循环。当实验结束时,块计算π收益和回报他们pid增益端口。实验没有运行时,块不注入任何扰动信号。在这种状态下,阻止对植物或控制器的行为没有影响。
指定控制器参数和调优的目标
连接块输入和输出选择的循环如前一节所述。每个循环优化,您可以配置以下控制器参数:
类型——指定PID控制器动作。如果您正在使用一个PI控制器的运动控制Blockset图书馆,设置这个参数
π所有的循环。形式——指定控制器形式。如果您正在使用一个PI控制器的运动控制Blockset图书馆,设置这个参数
平行。控制器采样时间(秒)——指定控制器样品时间。
积分器的方法——指定集成商项的离散积分公式。如果您正在使用一个PI控制器从电动机控制Blockset图书馆,设置这个参数
向前欧拉。过滤方法——指定离散微分滤波器的公式如果控制器包括过滤器导数微分作用。
然后,对于每一个循环,指定目标带宽和相位保证金的调优目标带宽(rad /秒)和目标阶段保证金(度)参数,分别。
目标为0分贝增益带宽是目标价值交叉频率调谐的开环反应CP,在那里P是植物响应给定循环,C是控制器响应与循环。这种交叉频率大约设置控制带宽。预期的上升时间τ,一个好的目标带宽2 /猜τ。为了有效的串级控制,内部控制回路(d-axis和q-axis)反应速度远远超过外部控制回路(通量和速度)。
请注意
作为一个典型的经验法则,你可以设置带宽,这样:
电流环带宽至少10倍的速度回路带宽。
电流环带宽至少10倍低于开关频率。
目标阶段利润反映出你想要的调谐系统的鲁棒性。通常情况下,你可以选择一个值的范围大约45°-60°。一般来说,更高的利润率降低过度阶段,但可以限制响应速度。默认值60°趋向于平衡性能和鲁棒性,产生过度约5 - 10%,根据植物的特点。
使用相同的优化设置内部控制回路,使使用相同的设置为电流环控制器(D-axis + Q-axis)。这样做允许您指定相同的控制器参数和调优目标d-axis和q-axis当前循环。
关于设置这些参数的更多信息,请参阅磁场定向控制自动调谐块引用页面。
设置实验参数
在块参数,指定自动调谐的开始时间和持续时间为每个循环实验。块曲调一次只有一个控制器,所以优化实验的开始时间和持续时间的循环必须不一致或重叠与另一个循环。首先调整内循环控制器,然后调优和控制器。时考虑以下指定实验的开始时间和持续时间。
开始实验时,电机所需的稳态操作点。使用最初的控制器来驱动电动机操作点。
避免任何输入或输出扰动在电机实验。如果你现有的闭环系统具有良好的抗干扰性,然后实验可以处理小扰动。否则,大的扰动可以扭曲植物产量和减少频率特性估计的准确性。
对于每个循环块的曲调,让实验运行足够长的时间算法收集充分的资料对一个好估计频率探头。实验持续时间一个保守的估计是200 /ωc,在那里ωc是你的目标带宽调整的循环。
或者,您可以配置您的启动/停止信号通过启用参数使用外部源的启动/停止实验。
然后指定循环实验设置每个回路调谐。植物类型指定是否与个人相关的植物循环是渐近稳定或整合。的工厂签字参数是积极的如果一个积极改变植物输入所需的操作点的结果在一个积极的改变植物的产量。否则,工厂符号是负的。对永磁同步电动机FOC调优,植物类型渐近稳定和工厂签字是正对所有三个循环。
频率特性估计实验注入一个正弦信号频率与每个循环相关的工厂(1/10,1/3,1、3、10]ωc,在那里ωc是调优目标带宽。使用正弦振幅参数的磁场定向控制自动调谐块来指定这些信号的振幅。你可以指定一个标量值注入相同的振幅在每个频率或一个向量长度为5的在每个指定一个不同的振幅(1/10,1/3,1、3、10]ωc。
所有的扰动振幅必须:
足够大的扰动克服任何死区上方的植物致动器和生成响应噪声水平。
足够小,保证工厂在名义操作点附近的近似的线性区域,避免饱和植物输入或输出。
关于设置实验参数的更多信息,请参阅磁场定向控制自动调谐块引用页面。
运行模型和启动优化实验
所有配置参数调优后,运行模型。
如果您已经配置了开始和持续时间块的实验参数,使模拟运行足够长的时间开始实验,通过指定一个仿真长度大于最大的开始时间和持续时间的总和。例如,如果你的速度循环实验开始时间是5秒,持续时间3秒,那么你的仿真长度必须大于8秒。
如果你有一个外部配置
启动/停止信号,开始实验的时候工厂已经达到稳定状态。为更多的信息关于如何配置一个外部启动和停止信号,看到的输入参数磁场定向控制自动调谐块。
停止实验,检查调整收益
频率特性估计实验结束时启动/停止注册一个下降沿的信号。
如果您已经配置了开始和持续时间的实验开始和结束块参数调优过程在特定时间,允许通过实验的最后仿真运行。
如果你有一个外部配置
启动/停止信号,当信号在终止实验收敛每个循环输出稳定在100%附近。
在这两种情况下,一个保守的估计的实验时间是200 /ωc,在那里ωc是你的目标带宽调整的循环。例如,如果你有一个目标带宽5000 rad /秒调整d-axis电流控制器,调整实验的持续时间为d-axis电流环可以在0.04秒。
当你停止实验,计算块新的π收益估计频率响应的基础上指定的工厂和你的调优目标与每个循环块曲调相关联。有几种方法可以看到调整收益:
视图的输出
pid增益端口自动调谐块的。把这个输出的一个方法是将输出连接到仿真软件金宝app显示块。在块参数块选项卡上,单击出口到MATLAB。MATLAB中的块创建一个结构®工作区,
FOCTuningResult。更多信息关于这个结构的内容,看到块引用页面。
更新的PI控制器调整收益和验证性能
的磁场定向控制自动调谐块不写收益会自动给你的PI控制器。您可以手动调整收益转移到控制器或用自己的逻辑。
手动更新π收益,您可以查看的输出
pid增益端口自动调谐块的。pid增益是一个总线信号,它包含每个环的PI控制器调整收益块曲调。您也可以点击出口到MATLAB块的参数结构FOCTuningResult在MATLAB工作区,其中包括调整控制器收益。您还可以配置自己的逻辑将调谐π收益。例如,您可以使用信号路由仿真软件存储块,读和写获得的控制器。金宝app
请注意
如果你是调优比例积分控制器从电机控制Blockset图书馆磁场定向控制自动调谐块输出包含调比例和积分收益。因为比例积分控制器预计积分增益控制器自左乘的样本作为输入,而不是我,使用我* T年代当编写一个新的积分增益控制器。
之后你将调整收益PI控制器,你可以观察和验证系统的持续性能与新收益。
