如何使用场定向控制自动调谐块
你可以使用场定向控制自动调谐器块自动调整PI控制器在闭环场定向控制(FOC)结构对机器在Simulink中建模金宝app®使用Motor Control Blockset™。例如，您可以使用电机控制块集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，这个参数模型用于估计在面向现场的控制应用中PI控制器的控制增益。有关更多信息，请参见场定向控制(FOC)。
当您拥有具有初始控制器集的电机的现有FOC结构时，此工作流程适用于闭环系统稳定且电机模型在标称工作点运行的情况。使用场定向控制自动调谐器块以自动调整具有指定带宽和相位裕度的现有控制器。
这个块需要金宝appSimulink Control Design™软件
场定向控制自动调谐块
该块允许您在闭环FOC结构中自动调整以下控制回路:
直轴(d轴)电流回路
正交轴(q轴)电流回路
速度环
通量循环
该模块依次对d轴电流、q轴电流、速度和磁通控制回路进行闭环自整定实验。在实验过程中，对于每个回路，块在频率处注入正弦摄动信号[1/10,1/3, 1,3,10]ωc,在那里ωc是要调优的指定目标带宽。
当实验结束时，该模块使用估计的频率响应来计算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。您可以将系统配置为自动更新现有PID控制器的增益，从而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的模型
下图显示了一个简化的面向磁场的永磁同步电机控制结构框图。简化的框图显示了转子参考框架中的参数，不包括逆变器，帕克-克拉克变换或传感器。有关永磁同步电机磁场定向控制的详细模型，请参见场定向控制(FOC)。对于永磁同步电机，磁场定向控制结构中有三个控制环:直轴电流控制环、正交轴电流控制环和速度控制环。由于转子磁链是固定的，d轴电流环基准通常设为零，因此没有磁链环控制器。在某些应用中，您可以为d轴电流参考提供负值，以实现磁场减弱控制，并以更高的电流为代价实现更高的转子速度。
在场定向控制自动调谐器阻塞参数，禁用该选项调谐磁通回路由于转子磁通是固定的永磁体为这种类型的交流电机。
连接场定向控制自动调谐器阻塞和调整模型中的PI控制器，首先确定模型中的输入和输出参数。然后，您可以按照下面描述的方式连接块。
用于调整d轴电流控制回路:
连接控制信号从
PI_daxis到PIDout daxis输入端口。连接微扰daxis通过使用输出为的求和块
PI_daxis，即d轴电压基准Vd_ref，对设备的输入进行修改。连接从测量(感测或估计)电机电流获得的d轴电流到测量反馈轴输入端口。
用于q轴电流控制回路的调谐:
连接控制信号从
PI_qaxis到PIDout qaxis输入端口。连接微扰qaxis通过使用输出为的求和块
PI_qaxis，即q轴电压基准Vq_ref，对设备的输入进行修改。将从测量(感测或估计)电机电流获得的q轴电流连接到测量反馈q轴输入端口。
用于调整速度控制回路:
连接控制信号从
PI_speed到PIDout速度输入端口。连接扰动速度通过使用输出为的求和块
PI_speed，即q轴电流基准Iq_ref，对设备的输入进行修改。将测量的(感测的或估计的)速度从电机连接到测量反馈速度输入端口。
下面的模型一般说明了块如何适应前面的框图中所示的FOC结构。
在自整定过程中，块在与每个控制回路相关的植物输入处注入扰动信号，并测量其响应测量反馈对于每个循环。当实验结束时，该块计算PI增益并返回它们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，阻塞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。对于要调优的每个回路，您可以配置以下控制器参数:
类型-指定PID控制器动作。如果您使用的是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—指定控制器表单。如果您使用的是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-为积分器项指定离散积分公式。如果您使用的是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-如果您的控制器包含带有导数滤波器项的导数作用，则指定离散导数滤波器的公式。
然后，对于每个环路，指定目标带宽和相位裕度，以便与目标带宽(rad/sec)和目标相裕度(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植物对一个给定的循环有反应吗C是与该循环相关的控制器响应。这个交叉频率大致设置了控制带宽。期望的上升时间τ，目标带宽的一个很好的猜测是2/τ。为了实现有效的串级控制，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:
当前环路带宽至少为速度环路带宽的10倍。
当前环路带宽至少比开关频率慢10倍。
目标相位裕度反映了调谐系统所需的鲁棒性。通常，您可以选择45°-60°的范围内的值。一般来说，较高的相位裕度可以减少超调，但会限制响应速度。默认值60°倾向于平衡性能和鲁棒性，产生约5-10%的超调，具体取决于工厂的特性。
要对内部控制回路使用相同的调优设置，请启用对当前回路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轴电流回路指定相同的控制器参数和调谐目标。
有关设置这些参数的详细信息，请参见场定向控制自动调谐器块引用页。
设置实验参数
在块参数中，指定每个回路自动调谐实验的开始时间和持续时间。该块一次只能调谐一个控制器，因此一个回路的调谐实验的开始时间和持续时间不得与另一个回路重合或重叠。首先调整内环控制器，然后调整外环控制器。在指定实验开始时间和持续时间时，请考虑以下几点。
当电机达到所需的稳态工作点时，开始实验。使用初始控制器驱动电机到工作点。
实验过程中避免对电机产生任何输入或输出干扰。如果现有的闭环系统具有良好的抗干扰性，则实验可以处理较小的干扰。否则，较大的干扰会使系统输出失真，降低频率响应估计的精度。
对于每个循环，让实验运行足够长的时间，以便算法收集足够的数据，以便对它探测的所有频率进行良好的估计。保守估计实验持续时间为200/秒ωc,在那里ωc是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/停止信号使用外部源启动/停止实验。
然后指定循环实验设置对于要调优的每个循环。植物类型指定与单个回路相关联的对象是渐近稳定还是积分。的工厂签字如果在期望的工作点上装置输入的正变化导致装置输出的正变化，则参数为正。否则，植物符号为负。对于PMSM FOC调谐，植物类型渐近稳定和工厂签字三个循环都是正的。
频率响应估计实验将一个正弦信号注入到与每个频率的环路相关联的对象中[1/ 10,1 /3, 1,3,10]ωc,在那里ωc是调优的目标带宽。使用正弦振幅的参数。场定向控制自动调谐器块来指定这些信号的幅度。你可以指定一个标量值在每个频率注入相同的振幅，也可以指定一个长度为5的向量在每个频率注入不同的振幅[1/ 10,1 /3, 1,3,10]ωc。
所有的扰动幅值必须为:
足够大的扰动克服任何死区在工厂执行器和产生一个响应高于噪声水平。
小到足以使装置在接近标称工作点的近似线性区域内运行，并避免使装置输入或输出饱和。
有关设置实验参数的详细信息，请参见场定向控制自动调谐器块引用页。
运行模型并启动调谐实验
配置好所有调优参数后，运行模型。
如果在块参数中配置了实验的开始时间和持续时间，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以开始实验。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。
如果您已经配置了外部
启动/停止信号，当植物达到稳态时开始实验。有关如何配置外部启动和停止信号的详细信息，请参阅的输入参数场定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启动/停止信号注册一个下降沿。
如果您已经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，则允许模拟运行到实验结束。
如果您已经配置了外部
启动/停止信号，实验结束时信号在收敛输出稳定接近100%的每个循环。
在这两种情况下，实验时间的保守估计为200/ωc,在那里ωc是正在调优的循环的目标带宽。例如，如果调节d轴电流控制器的目标带宽为5000 rad/秒，则调节d轴电流回路的实验时间为0.04秒。
当您停止实验时，该块根据工厂的估计频率响应和与该块调谐的每个回路相关的指定调谐目标计算新的PI增益。有几种方法可以查看调整后的增益:
命令的输出
pid增益自动调谐器模块的端口。查看此输出的一种方法是将输出连接到Simulink金宝app显示块。在块参数中，对块选项卡上,单击导出到MATLAB。该块在MATLAB中创建一个结构®工作区,
FOCTuningResult。有关此结构内容的更多信息，请参阅块参考页面。
更新PI控制器与调谐增益和验证性能
的场定向控制自动调谐器块不会自动将增益写入PI控制器。您可以手动或使用自己的逻辑将调谐增益传输到控制器。
要手动更新PI增益，可以查看
pid增益自动调谐器模块的端口。pid增益是一个总线信号，它包含PI控制器对每个回路的调谐增益。你也可以点击导出到MATLAB在块参数中获取结构FOCTuningResult在您的MATLAB工作空间中，其中包括调谐的控制器增益。您还可以配置自己的逻辑来传输调优后的PI增益。例如，您可以在Simulink中使用信号路由块来向控制器存储、读取和写入增益。金宝app
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，场定向控制自动调谐器块输出包含调谐的比例增益和积分增益。因为比例积分控制器期望积分增益预乘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，可以使用新增益观察和验证系统的持续性能。
