如何使用面向场控制自动调谐块
您可以使用场向控制自动调谐器块，针对Simulink中建模的机器，自动调优闭环场定向控制(FOC)结构中的PI控制器金宝app®使用Motor Control Blockset™。例如，您可以使用Motor Control Blockset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，该参数化模型用于在面向现场的控制应用中估计PI控制器的控制增益。有关更多信息，请参见磁场定向控制(FOC)．
当您有一个具有初始控制器集的电机的现有FOC结构时，此工作流适用于闭环系统是稳定的，并且电机模型在一个名义工作点运行。使用场向控制自动调谐器块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控制设计™软件
场向控制自动调谐器块
该块允许你在闭环FOC结构中自动调优以下控制循环:
直轴(d轴)电流回路
q轴电流回路
速度环
通量循环
块依次对d轴电流、q轴电流、速度、磁通控制环进行闭环自动调谐实验。在实验过程中，对于每个回路，块在给定的频率上注入正弦扰动信号[1/10,1/ 3,1,3,10]ωc,在那里ωc用于调优的指定目标带宽。
当实验结束时，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。您可以配置您的系统以自动更新现有PID控制器的增益，允许您在用于调优的相同模拟运行中验证闭环性能。
请注意
尽管场向控制自动调谐器block可以调优PID和PIDF控制器，电机控制Blockset库只提供PI控制器。在块参数中选择循环的PI控制器类型。如果要使用其他类型的控制器，可以使用PID控制器块从Simulink库或一个你金宝app可以使自己的自定义PID控制器。
将自动调谐器连接到现有模型
下图显示了永磁同步电机面向磁场控制结构的简化框图。简化的方框图显示了转子参考系中的参数，不包括逆变器、Park-Clarke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，请参见磁场定向控制(FOC)．对于永磁同步电动机，在面向磁场的控制结构中有三个控制环:直轴电流控制环、四轴电流控制环和速度环。没有磁链控制器，因为转子磁链是固定的，d轴电流环参考通常设置为零。在某些应用中，可以为d轴电流参考提供负值，以实现弱磁场控制，以更高的电流为代价实现更高的转子转速。
在场向控制自动调谐器阻塞参数，禁用该选项调谐通量回路由于转子磁链是用永磁体固定的，这种类型的交流电机。
连接场向控制自动调谐器块和调优PI控制器在你的模型，首先确定输入和输出参数在你的模型。然后，您可以按照下面的描述连接块。
调优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，为d轴电压基准Vd_ref，以修改对植物的输入。连接从测量(感知或估计)电机电流获得的d轴电流到测量feedback_daxis输入端口。
调优q轴电流控制回路:
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，为q轴电压基准Vq_ref，以修改对植物的输入。连接从测量(感知或估计)电机电流获得的q轴电流到测量feedback_qaxis输入端口。
调速回路调优:
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，为q轴电流参考Iq_ref，以修改对植物的输入。将测量(感知或估计)的速度从电机连接到测量feedback_daxis输入端口。
下面的模型大致说明了块如何适应前面的块图所示的FOC结构。
在自动调谐过程中，该模块在与每个控制回路相关的装置输入处注入扰动信号，并在处测量响应测量反馈对于每个循环。当实验结束时，块计算PI增益，并在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，块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。对于每个调优的循环，您可以配置以下控制器参数:
类型—指定PID控制器动作。如果您正在使用来自电机控制块集库的PI控制器，则将此参数设置为
π对于所有的循环。形式—指定控制器的形式。如果您正在使用来自电机控制块集库的PI控制器，则将此参数设置为
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。如果您正在使用来自Motor Control Blockset库的PI控制器，则将此参数设置为
向前欧拉．过滤方法-如果控制器包含带有导数滤波项的导数动作，则指定离散导数滤波公式。
然后，对于每个循环，指定用于调优的目标带宽和相位裕度目标带宽(rad/sec)而且目标相位裕度(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植物是对给定循环的响应吗C是与该循环关联的控制器响应。这个交叉频率大致设置了控制带宽。对于期望的上升时间τ时，目标带宽的一个很好的猜测是2/τ．为了进行有效的级联控制，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:
当前环带宽至少比speed环带宽快10倍。
电流环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，您可以在45°-60°的范围内选择一个值。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°倾向于平衡性能和健壮性，产生大约5-10%的超调，这取决于您的设备的特性。
若要对内部控制循环使用相同的调优设置，请启用电流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轴电流循环指定相同的控制器参数和调优目标。
有关设置这些参数的详细信息，请参见场向控制自动调谐器块引用页。
设置实验参数
在块参数中，指定每个循环的自动调优实验的开始时间和持续时间。该块一次只能调优一个控制器，因此一个循环的调优实验的开始时间和持续时间不能与另一个循环重合或重叠。先调优内环控制器，再调优外环控制器。在指定实验开始时间和持续时间时，要考虑以下几点。
当电机处于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。
在实验过程中，电机应避免任何输入或输出干扰。如果你现有的闭环系统具有良好的抗干扰能力，那么实验可以处理较小的干扰。否则，较大的扰动会使系统输出失真，降低频响估计的精度。
对于每个循环块的曲调，让实验运行足够长的时间，让算法收集足够的数据，以在它探测的所有频率上进行良好的估计。保守估计实验持续时间为200/小时ωc,在那里ωc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/停止信号实验启动/停止使用外部光源．
然后指定循环实验设置对每个循环进行调优。植物类型指定与单个循环相关的对象是渐近稳定的还是积分的。的工厂签字如果在期望的工作点上植物输入的正变化导致植物输出的正变化，则参数为正。否则，植物标志为负。对于PMSM FOC调优，植物类型是否渐近稳定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频率上的每个回路相关的装置中[1/ 10,1 / 3,1,3,10]ωc,在那里ωc调优的目标带宽。使用正弦振幅参数。场向控制自动调谐器块来指定这些信号的振幅。您可以指定一个标量值以在每个频率上注入相同的振幅，也可以指定长度为5的矢量以在每个频率上指定不同的振幅[1/ 10,1 / 3,1,3,10]ωc．
所有摄动振幅必须为:
大到足以使扰动克服植物驱动器中的任何死区，并产生高于噪声水平的响应。
足够小，以保持装置在接近标称工作点的近似线性区域内运行，并避免装置输入或输出饱和。
有关设置实验参数的更多信息，请参见场向控制自动调谐器块引用页。
运行模型并启动调优实验
在为调优配置了所有参数之后，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。
如果您配置了外部设备
启动/停止信号，当植物达到稳定状态时开始实验。的输入参数，以获取如何配置外部启动和停止信号的详细信息场向控制自动调谐器块。
停止实验，检查调谐增益
频率响应估计实验结束时启动/停止信号登记下降边缘。
如果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。
如果您配置了外部设备
启动/停止信号，当信号到达时结束实验收敛每个循环的输出稳定在100%附近。
在这两种情况下，实验时间的保守估计是200/ωc,在那里ωc正在调优的循环的目标带宽。例如，如果用于调优d轴电流控制器的目标带宽为5000 rad/sec，则d轴电流环的调优实验持续时间可以为0.04秒。
当你停止实验时，块计算新的PI增益基于工厂的估计频率响应和你指定的调谐目标与块调谐的每个循环相关联。有几种方法可以看到调整后的增益:
命令的输出
pid增益自动调谐器块端口。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．有关此结构的内容的更多信息，请参阅块引用页。
更新PI控制器与调谐增益和验证性能
的场向控制自动调谐器block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。
手动更新PI增益时，可查看输出
pid增益自动调谐器块端口。pid增益是一个总线信号，包含PI控制器的调谐增益为每个循环的块调谐。您也可以点击导出到MATLAB在块参数中得到一个结构FOCTuningResult在你的MATLAB工作空间，其中包括调谐控制器增益。您还可以配置自己的逻辑来传输调优的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
如果你在调优离散PI控制器从电机控制块集库，该场向控制自动调谐器块输出包含调谐比例和积分增益。因为离散PI控制器期望积分增益乘以控制器采样时间作为输入，而不是K我,使用K我* T年代当向控制器块写入新的积分增益时。
在将调谐增益传输到PI控制器后，您可以使用新的增益观察和验证系统的持续性能。
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