估计控制收益和使用效用函数——MATLAB和Simulink MathWorks日本金宝app

估计控制收益和使用效用函数

执行控制参数优化的速度和转矩控制回路磁场定向控制(FOC)算法的一部分。电机控制Blockset™为您提供了多种方法来计算系统或块传输的控制回路的收益函数,可用于汽车,逆变器,控制器:

使用<年代p一个n class="block">磁场定向控制自动调谐块。
使用<年代p一个n class="entity">金宝app^®控制设计™。
使用模型初始化脚本。

定向控制自动调谐

电机控制的定向控制自动调谐块Blockset使您能够自动调整PID控制回路在磁场定向控制(FOC)应用程序。您可以自动调整PID控制器与以下循环(更多细节,请参阅<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/ug/how-to-use-field-oriented-control-autotuner.html" class="a">如何使用磁场定向控制自动调谐块):

纵轴(d设在)电流环
交轴(问设在)电流环
速度环

对于每个循环块曲调,<年代p一个n class="block">定向控制自动调谐块执行自动调谐实验以闭环方式不使用参数模型与循环。块使您能够指定的顺序块曲调控制循环。优化实验运行时为一个循环,阻止循环之外就没有别的影响。关于FOC自动调谐的更多细节,请参阅<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/ref/fieldorientedcontrolautotuner.html" class="a">磁场定向控制自动调谐和<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/gs/tune-pi-controllers-using-foc-autotuner.html" class="a">调整PI控制器使用面向领域自动调谐控制。

金宝app仿真软件控制设计

金宝app仿真软件控制设计使您能够设计和分析控制系统建模仿真软件。金宝app您可以自动调整任意输出和MIMO控制架构,包括PID控制器。您可以部署PID自动调谐的嵌入式软件自动实时计算PID增益。

你可以找到操作点和计算模型的精确线性化模型在不同的操作条件。金宝app<年代p一个n class="entity">金宝app仿真软件控制设计提供了工具,使您无需修改您的模型计算出基于仿真的频率响应。有关详细信息,请参见<一个href="//www.tatmou.com/jp/help/slcontrol/index.html" target="_blank">//www.tatmou.com/help/slcontrol/index.html。

模型初始化脚本

本节解释如何运动控制Blockset例子估计间接磁场定向矢量控制实现所需控制收益。例如,对于一个连接到一个正交编码器的永磁同步电动机,这些步骤描述过程计算控制环路增益值系统通过使用初始化脚本的细节:

打开脚本初始化(00MATLAB中的示例)文件<年代up>®。找到相关的脚本文件名称:
1. 选择<年代trong class="guilabel">建模><年代trong class="guilabel">模型设置><年代trong class="guilabel">模型属性打开模型属性对话框。
2. 在模型属性对话框中,导航到<年代trong class="guilabel">回调选项卡><年代trong class="guilabel">InitFcn找到脚本文件的名称,仿真软件打开之前运行的例子。金宝app
这个图显示了一个示例的初始化脚本(00)文件。
使用<年代trong class="guilabel">工作空间编辑控制变量的值。例如,要更新定子电阻(Rs),使用的变量永磁同步电动机添加的参数值Rs字段。

模型初始化脚本与目标模型调用这些函数和相关设置工作区与必要的变量。

模型初始化脚本	函数调用模型初始化脚本	描述
脚本与目标模型相关联	`mcb_SetPMSMMotorParameters`	函数的输入是永磁同步电动机的类型(例如,BLY171D)。填充结构命名的函数永磁同步电动机MATLAB的工作区中,所使用的模型。它还计算永磁磁通和所选电动机额定转矩。您可以扩展函数通过添加一个额外的新电机切换实例。这个函数也加载结构motorParam,运行参数估计,得到的结构永磁同步电动机。如果结构motorParam不可用MATLAB的工作区中,函数加载默认参数。
	`mcb_SetACIMMotorParameters`	函数的输入交流感应电动机的类型(例如,EM_Synergy)。填充结构命名的函数奇迹课程MATLAB的工作区中,所使用的模型。您可以扩展函数通过添加一个额外的新电机切换实例。这个函数也加载结构motorParam,运行参数估计,得到的结构奇迹课程。如果结构motorParam不可用MATLAB的工作区中,函数加载默认参数。
	`mcb_SetInverterParameters`	逆变器的输入函数类型(例如,BoostXL-DRV8305)。填充结构命名的函数逆变器MATLAB的工作区中,所使用的模型。这个函数计算选择逆变器的逆变电阻。您可以扩展函数通过添加一个额外的新变频器切换实例。
	`mcb_SetProcessorDetails`	函数的输入处理器类型(例如,F28379D)和脉冲宽度调制(PWM)开关频率。填充结构命名的函数目标MATLAB的工作区中,所使用的模型。函数还计算PWM对抗时期,是一个参数ePWM块的目标模型。您可以扩展函数通过添加一个额外的新处理器切换实例。
	`mcb_getBaseSpeed`	输入电机和逆变器参数的函数。函数计算永磁同步电动机的基本速度。类型帮助mcb_getBaseSpeed在MATLAB命令窗口或看到的部分<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/gs/estimate-control-gains-from-motor-parameters.html" class="intrnllnk">获得基本的速度为更多的细节。
	`mcb_SetPUSystem`	输入电机和逆变器参数的函数。函数集的基值单位系统的电压、电流、速度、转矩和功率。填充结构命名的函数PU_SystemMATLAB的工作区中,所使用的模型。
	`mcb.internal.SetControllerParameters`	函数是电机和逆变器的输入参数,单位系统的基值,PWM开关时间,样品时间控制系统,速度控制器和样品时间。函数计算比例积分(π)参数(Kp,Ki间接磁场定向矢量控制的实现。填充结构命名的函数PI_paramsMATLAB的工作区中,所使用的模型。参见<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/gs/estimate-control-gains-from-motor-parameters.html" class="intrnllnk">获得控制器的收益为更多的细节。
	`mcb_updateInverterParameters`	输入电机和逆变器参数的函数。功能更新基于所选择的硬件和电机逆变器参数。

这个表解释了有用的变量为每个控制参数,您可以更新。

请注意

你可以试着开始MATLAB在管理员模式窗口<年代up>®系统,如果你不能更新模型初始化脚本模型相关的例子。

控制参数类别	控制参数名称	MATLAB工作空间变量
电机参数	制造商的型号	`pmsm.model`
	制造商的序列号	`pmsm.sn`
	双极	`pmsm.p`
	定子电阻(欧姆)	`pmsm.Rs`
	d-axis定子绕组电感(亨利)	`pmsm.Ld`
	q-axis定子绕组电感(亨利)	`pmsm.Lq`
	emf常数(V_line(峰值)/ krpm)	`pmsm.Ke`
	电动机惯性(kg.m<年代up>2)	`pmsm.J`
	摩擦常数(新墨西哥州)	`pmsm.F`
	永磁磁通(WB)	`pmsm.FluxPM`
	证明的	`pmsm.T_rated`
	Nbase	`pmsm.N_base`
	最大使用的电动机转速mcb_getCharacteristics(永磁同步电动机、逆变器)函数 `pmsm.N_max`= 2✖pmsm.N_base	`pmsm.N_max`
	愤怒的	`pmsm.I_rated`
位置解码器	QEP指数和霍尔位置偏移校正	`pmsm.PositionOffset`
位置解码器	正交编码器每革命缝	`pmsm.QEPSlits`
逆变器参数	制造商的型号	`inverter.model`
	制造商的序列号	`inverter.sn`
	逆变器的直流环节电压(V)	`inverter.V_dc`
	最大允许电流通过逆变器(A)	`inverter.I_trip`
	场效应管的开态电阻(欧姆)	`inverter.Rds_on`
	并联电阻的电流传感(欧姆)	`inverter.Rshunt`
	每板阻力被电动机(欧姆)	`inverter.R_board`
	ADC补偿电流传感器(我<年代ub>一个和我<年代ub>b)	`inverter.CtSensAOffset` `inverter.CtSensBOffset`
	最大限度的自动校准ADC补偿电流传感器(我<年代ub>一个和我<年代ub>b)	`inverter.CtSensOffsetMax`
	最低的极限电流传感器自动校准ADC补偿(I<年代ub>一个和我<年代ub>b)	`inverter.CtSensOffsetMin`
	启用自动校准目前adc	`inverter.ADCOffsetCalibEnable`
	通过SPI ADC配置增益系数	`inverter.ADCGain`
	逆变器的类型: 1 -活跃high-enabled逆变器 0 -活跃low-enabled逆变器	`inverter.EnableLogic`
	公约目前进入电机: 1 -电流进入电机感觉到积极的电流放大器 1 -电流进入电机感觉到负面的电流放大器	`inverter.invertingAmp`
	参考电压的逆变器电流传感电路(V)	`inverter.ISenseVref`
	逆变器的输出电压电流传感电路对应1安培电流(V / A) 你可以计算这个参数使用的数据表值电流分流电阻(inverter.Rshunt)和电流放大器增益的逆变器。 `inverter.ISenseVoltPerAmp`=inverter.Rshunt✖电流放大器增益	`inverter.ISenseVoltPerAmp`
	最大可测peak-neutral电流逆变器的电流传感电路(一)	`inverter.ISenseMax`
处理器	制造商的型号	`target.model`
	制造商的序列号	`target.sn`
	CPU频率	`target.CPU_frequency`
	脉宽调制频率	`target.PWM_frequency`
	PWM计数器时期	`target.PWM_Counter_Period`
	参考电压ADC (V)	`Target.ADC_Vref`
	最大数量为12位ADC输出	`Target.ADC_MaxCount`
	串行通信的波特率	`Target.SCI_baud_rate`
单位系统	基准电压(V)	`PU_System.V_base`
	基极电流(A)	`PU_System.I_base`
	基础速度(转速)	`PU_System.N_base`
	基地转矩(Nm)	`PU_System.T_base`
	基础功率(瓦特)	`PU_System.P_base`
数据类型为目标设备	数据类型(定点或浮点)的选择	`数据类型`
样品时间值	开关频率转换器	`PWM_frequency`
	PWM开关时间	`T_pwm`
	样品时间电流控制器	`Ts`
	样品时间速度控制器	`Ts_speed`
	模拟样品时间	`Ts_金宝appsimulink`
	模拟电机样品时间	`Ts_motor`
	逆变器仿真样本时间	`Ts_inverter`
控制器参数	比例增益的智商控制器	`PI_params.Kp_i`
	积分增益的智商控制器	`PI_params.Ki_i`
	比例增益控制器为Id	`PI_params.Kp_id`
	积分增益控制器为Id	`PI_params.Ki_id`
	比例增益对速度控制器	`PI_params.Kp_speed`
	积分获得速度控制器	`PI_params.Ki_speed`
	比例增益的磁场减弱控制器	`PI_params.Kp_fwc`
	积分获得磁场减弱控制器	`PI_params.Ki_fwc`
传感器延迟参数	电流传感器延迟	`Delays.Current_Sensor`
	速度传感器延迟	`Delays.Speed_Sensor`
	为低通滤波器速度延迟	`Delays.Speed_Filter`
控制器延时参数	当前控制回路的阻尼因子(ζ)	`Delays.OM_damping_factor`
控制器延时参数	对称的速度控制循环的最佳因素	`Delays.SO_factor_speed`

请注意

预定义的处理器和司机,模型初始化脚本使用默认值。

模型初始化脚本使用这些函数进行计算:

控制参数类别	函数	功能
基本的运动速度	`mcb_getBaseSpeed`	计算的基本速度永磁同步电动机在额定电压和额定负载。对于细节,类型帮助mcb_getBaseSpeed在MATLAB命令提示符或看到的部分<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/gs/estimate-control-gains-from-motor-parameters.html" class="intrnllnk">获得基本的速度。
电机给定电机和逆变器的特点	`mcb_getCharacteristics`	获取这些驱动永磁同步电机的特点。转矩与速度的特点力量与速度的特点我<年代ub>dq而不是速度的特点最大相电流(<年代p一个n class="inlineequation"> $我_{p e 一个 k} = \sqrt{我_{d}^{2} + 我_{问}^{2}}$ )的运动而不是速度特征对于细节,类型帮助mcb_getCharacteristics在MATLAB命令提示符。详情,请参阅部分<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/gs/estimate-control-gains-from-motor-parameters.html" class="intrnllnk">获得电机特点。
电机给定电机和逆变器的特点	`mcb_getCharacteristicsAcim`	获得这些运动特征的感应电动机。转矩与速度的特点力量与速度的特点获取这些驱动感应电动机的特点。转矩与速度的特点力量与速度的特点我<年代ub>dq而不是速度的特点最大相电流(<年代p一个n class="inlineequation"> $我_{p e 一个 k} = \sqrt{我_{d}^{2} + 我_{问}^{2}}$ )的运动而不是速度特征对于细节,类型帮助mcb_getCharacteristicsAcim在MATLAB命令提示符。详情,请参阅部分<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/gs/estimate-control-gains-from-motor-parameters.html" class="intrnllnk">获得电机特点。
控制算法参数	`mcb.internal.SetControllerParameters`	计算这些PI控制器的收益: 电流(转矩)控制回路收益(K<年代ub>p,K<年代ub>我)电流我<年代ub>d和我<年代ub>问速度控制回路的收益(K<年代ub>p,K<年代ub>我) 磁场减弱控制收益(K<年代ub>p,K<年代ub>我) 详情,请参阅部分<一个href="//www.tatmou.com/jp/jp/help/mcb/gs/estimate-control-gains-from-motor-parameters.html" class="intrnllnk">获得控制器的收益。
控制分析电机和逆变器使用	`mcb_getControlAnalysis`	执行频率域分析计算所得的PI控制器用于定向运动控制系统。请注意该功能需要控制系统工具箱™。对于细节,类型帮助mcb_getControlAnalysis在MATLAB命令提示符。

获得基本的速度

这个函数mcb_getBaseSpeed永磁同步电动机的计算基础速度给定的电源电压。基础速度最大电动机转速在额定电压和额定负载,场强减弱以外的地区。

当你调用这个函数(例如,base_speed = mcb_getBaseSpeed(永磁同步电动机、逆变器)),它会返回基地的速度(rpm)永磁同步电动机和变频器的给定组合。函数接受如下输入:

永磁同步电动机参数结构。
逆变器参数结构。

这些方程描述函数执行的计算:

逆变器电压约束定义为计算d设在和问设在电压:

$v_{d o} = - ω_{e} l_{问} 我_{问}$

$v_{问 o} = ω_{e} (l_{d} 我_{d} + λ_{p 米})$

$v_{米一个 x} = \frac{v_{d c}}{\sqrt{3}} - R_{年代} 我_{米一个 x} \geq \sqrt{v_{d o}^{2} + v_{问 o}^{2}}$

当前限制圆定义当前约束可以被认为是:

$我_{米一个 x}^{2} = 我_{d}^{2} + 我_{问}^{2}$

在前面的方程,<年代p一个n class="inlineequation"> $我_{d}$ 对表面永磁同步电动机是零。永磁同步电动机内部的值<年代p一个n class="inlineequation"> $我_{d}$ 和<年代p一个n class="inlineequation"> $我_{问}$ 对应于电流。

使用前面的关系,我们可以计算出基地的速度为:

$ω_{b 一个年代 e} = \frac{1}{p} \cdot \frac{v_{米一个 x}}{\sqrt{{(l_{问} 我_{问})}^{2} + {(l_{d} 我_{d} + λ_{p 米})}^{2}}}$

地点:

$ω_{e}$ 电速度对应定子电压的频率(弧度/秒)。
$ω_{b 一个年代 e}$ 是电机的机械基础速度(弧度/秒)。
$我_{d}$ 是d设在电流(安培)。
$我_{问}$ 是问设在电流(安培)。
$v_{d o}$ 是d设在电压时<年代p一个n class="inlineequation"> $我_{d}$ 是零(伏)。
$v_{问 o}$ 是问设在电压时<年代p一个n class="inlineequation"> $我_{问}$ 是零(伏)。
$l_{d}$ 是d设在绕组电感(亨利)。
$l_{问}$ 是问设在绕组电感(亨利)。
$R_{年代}$ 是定子相绕组电阻(欧姆)。
$λ_{p 米}$ 永磁磁链(韦伯)。
$v_{d}$ 是d设在电压(伏)。
$v_{问}$ 是问设在电压(伏)。
$v_{米一个 x}$ 是中性的最大基本线电压(峰值)提供给电动机(伏)。
$v_{d c}$ 是逆变器提供的直流电压(伏)。
$我_{米一个 x}$ 最大相电流(峰值)的电动机(安培)。
$p$ 是汽车的数量极对。

获得电机特点

这个函数mcb_getCharacteristics计算转矩、功率和当前永磁同步电动机的特点,这有助于您开发电机的控制算法。

函数返回给定的永磁同步电动机的这些特点:

转矩与速度
力量与速度
我<年代ub>dq而不是速度
我<年代ub>峰而不是速度

这个函数mcb_getCharacteristicsAcim计算电机和驱动感应电动机的特点,这有助于您开发电机的控制算法。

函数返回给定感应电动机的电机特点:

转矩与速度
力量与速度

函数返回给定感应电动机驱动器特点:

转矩与速度
力量与速度
我<年代ub>dq而不是速度
我<年代ub>峰而不是速度

获得控制器的收益

这个函数mcb.internal.SetControllerParameters计算PI控制器的收益用于定向运动控制系统。

您可以使用此命令来调用这个函数mcb.internal.SetControllerParameters:

PI_params = mcb.internal.SetControllerParameters(永磁同步电动机、逆变器、PU_System T_pwm, Ts, Ts_speed);

函数返回这些PI控制器的收益用于FOC算法:

纵轴(d设在)电流环
交轴(问设在)电流环
速度环
场强减弱控制回路

该函数接受这些输入:

永磁同步电动机的对象
逆变器对象
聚氨酯系统参数
T_pwm
Ts_control
Ts_speed

函数没有情节的特点。

补偿器的设计依赖于古典频率响应分析应用于电机控制系统。我们使用的模量(MO)基础优化设计电流控制器和对称优化(所以)基础设计速度控制器。

函数自动计算所需的其他参数(例如,延迟,阻尼因子)根据输入参数。

您可以修改系统默认响应通过一个可选的输入函数指定了系统延迟,阻尼因子,和对称的最佳因素:

PI_params = mcb.internal.SetControllerParameters(永磁同步电动机、逆变器、PU_System T_pwm, Ts, Ts_speed,延迟);

阻尼因子(ζ)定义的动态行为标准形式的二阶系统,0<ζ<1[1]。欠阻尼的系统更快地接近最终的价值比临界阻尼或一个过阻尼系统。在系统响应没有振荡,临界阻尼系统显示最快的反应。过阻尼系统总是缓慢的在应对任何输入。这个参数的默认值<年代p一个n class="inlineequation"> $\frac{1}{\sqrt{2}}$ 。

对称的最佳因子(一个)定义了交叉频率的位置的几何平均两个拐角频率,以获得最大的阶段,导致最优阻尼的循环速度,一个>1[2]。这个参数的默认值1.2。

这个例子解释了如何自定义参数:

%传感器延迟Delays.Current_Sensor=2*Ts;<年代p一个n style="color:#228B22">%电流传感器延迟Delays.Speed_Sensor=Ts;<年代p一个n style="color:#228B22">%速度传感器延迟Delays.Speed_Filter=20e-3;<年代p一个n style="color:#228B22">%的速度延迟滤波器(LPF)%控制器的延迟Delays.OM_damping_factor=1/sqrt(2);<年代p一个n style="color:#228B22">%为电流控制回路阻尼因子Delays.SO_factor_speed=1。5;<年代p一个n style="color:#228B22">% 1 < x < 20对称最佳因素%控制器设计PI_params = mcb.internal.SetControllerParameters(永磁同步电动机、逆变器、PU_System T_pwm, Ts, Ts_speed,延迟);

执行控制分析

这个函数mcb_getControlAnalysis当前执行的基本控制分析永磁同步电动机船控制系统。函数执行频率域分析计算PI控制器的收益用于定向运动控制系统。

请注意

这个函数需要控制系统工具箱。

当你调用这个函数(例如,mcb_getControlAnalysis(永磁同步电动机、逆变器、PU_System PI_params, Ts, Ts_speed)),它执行以下功能对当前控制回路或子系统:

闭环电流控制系统的传递函数
根轨迹
波德图
稳定的利润(PM和通用)
阶跃响应
PZ地图

功能块相应的情节:

引用

[1]Ogata, k (2010)。现代控制工程。普伦蒂斯霍尔。

[2]里昂哈,w (2001)。控制电机驱动器。施普林格科学与商业媒体。86页。