无刷直流电机模型

本例中的模型使用三相无刷直流电动机耦合降压转换器和三相逆变器电源链路。buck变换器采用mosfet建模，逆变器采用igbt而不是理想的开关，以便适当地表示器件的导通电阻和特性。DC-DC转换器链路和逆变器的电压都可以通过改变半导体门触发器来控制，该触发器控制电机的速度。

mdl =“scdbldcspeedcontrol”；open_system (mdl)

电机模型参数如下。

P = 4;%极对数Rs = 0.1;每相定子电阻%[欧姆]Ls = 1e-4;%每相定子自感量，Ls [H]Ms = 1e-5;%定子互感，Ms [H]Psim = 0.0175;最大永磁磁链[Wb]Jm = 0.0005;%转子惯性[Kg*m^2]Ts = 5e-6;%基本采样时间[s]Tsc = 1e-4;%内控制回路采样时间[s]Vdc = 48;%最大直流链路电压[V]

该模型预配置为具有稳定的闭环操作与两个级联PI控制器，一个用于内部直流链路电压环，一个用于外部电机速度环。

Kpw = 0.1;速度控制器的比例增益Kiw = 15;速度控制器的积分器增益%Kpv = 0.1;%比例增益电压控制器Kiv = 0.5;%电压控制器的积分器增益

用于测试跟踪性能的信号是0-500 RPM、500-2000 RPM和2000-3000 RPM之间的一系列速度斜坡。采用控制器初始增益对模型进行仿真，发现跟踪响应较慢，需要对控制器进行重新校准。

open_system ([mdl' /可视化/ RPM(外部)]) sim (mdl)

配置闭环PID自整定块

在本例中，您使用闭环PID自动调谐块来提高控制器性能。这些块估计在实验过程中闭环关闭时的频率响应，然后调整控制器增益。检查控制子系统，查看自整定速度和自整定电压子系统中的闭环PID自整定器块。

open_system ([mdl' /控制”])

遵循典型的级联环调整实践，首先调整外部速度环打开的内部电压环。然后，调整外部速度环与内部电压环关闭。

控件上的参数可以指定PID控制器的调优要求调优每个PID自调谐器块的标签。在这个例子中，控制器是并行的离散时间PI控制器。控制器采样时间为100微秒。

一个目标相位裕度为两个控制器提供了良好的性能和鲁棒性之间的平衡。

对于外环控制器，请选择a目标带宽100 rad/sec。对于内环控制器，选择400 rad/sec的估计目标带宽。这些值可以保证内环控制器的响应速度比外环控制器快。

闭环PID自动调谐器块进行闭环实验，获得装置的频率响应。你在。上指定这个实验的参数实验块参数的TAB。在这里,工厂签字是积极的，因为在标称工作点，工厂投入的正变化导致工厂产出的正变化，当工厂达到一个新的稳定状态时。当器件稳定时，如本例所示，器件符号等于其直流增益的符号。

对于在自动调谐过程中注入的正弦波的振幅，使用1来确保植物被适当地激发，同时保持在植物饱和限制内。如果你选择的振幅太小，自动调谐器块很难在电力电子电路中区分响应信号和波纹。

调优内环PI控制器

对于级联控制器的调优，首先建立调优内部电压环的模型，然后是外部速度环。

为了使内环控制器的调优过程生效，在“自动调优电压”子系统中，将“调优内环电压恒定块值”设置为1。设置这个值会打开外部回路，并配置内部回路使用恒定的标称电压参考12.5来代替。

set_param ([mdl“/控制/调谐内电压回路”),“价值”，' 1 '）

此外，要禁用外循环调优，请将调优外速度循环常量块值设置为0。

set_param ([mdl'/Control/Tune Outer Speed Loop'),“价值”，' 0 '）

该设置使闭环PID自动调谐器块，它被配置为运行一个闭环调谐实验从1到1.8秒的模拟时间。电站使用第一秒来达到稳定运行状态。闭环实验持续时间的一个很好的估计是,在那里目标带宽。您可以使用% conv闭环PID自动调谐器块的输出，监控实验的进展，并停止它时，% conv信号稳定在100%附近。

运行模拟。当实验结束时，闭环PID自动整定块返回内部电压回路的整定PID控制器增益。模型将它们作为数组发送到MATLAB工作区VoltageLoopGains．

close_system ([mdl' /可视化/ RPM(外部)(mdl) open_system (' /可视化/直流(内部)]) sim (mdl)

用新的增益更新内环PI控制器。

Kpv = voltageloopgain (1);Kiv = voltageloopgain (2);

调优外环PI控制器

接下来，调整外部速度循环。在自动调优电压子系统中，将调优内部电压环路常数块值更改为0，这将禁用内部电压环路调优。内环控制器使用新调整的增益，千伏峰值而且Kiv．

set_param ([mdl“/控制/调谐内电压回路”),“价值”，' 0 '）

类似地，在自动调优速度子系统中，将调优外部速度循环常数块值更改为1，这将启用外部速度循环调优。对于这个循环，从1秒开始使用0.9秒的闭环自动调优持续时间。调优的名义速度是2000转/分。

set_param ([mdl'/Control/Tune Outer Speed Loop'),“价值”，' 1 '）

再次运行模拟。当实验结束时，闭环PID自动整定块返回外部速度环的整定PID控制器增益。模型将它们作为数组发送到MATLAB工作区SpeedLoopGains．

close_system ([mdl' /可视化/直流(内部)(mdl) open_system (' /可视化/ RPM(外部)]) sim (mdl)

用新的增益更新外环PI控制器。

Kpw = speedloopgain (1);Kiw = speedloopgain (2);

改进自动调优后的跟踪性能

要检查调优的控制器性能，请在两个循环中禁用调优。

set_param ([mdl“/控制/调谐内电压回路”),“价值”，' 0 '(mdl) set_param ('/Control/Tune Outer Speed Loop'),“价值”，' 0 '）

调谐增益可以更好地跟踪测试斜坡信号。

sim (mdl)