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闭环PID自动调谐ブロックを使用したフィールドオリエンテッドコントローラーの調整

この例では次を使用します:

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この例では,闭环PID自动调谐ブロックを使用して1回のシミュレーションのみで永久磁石同期機永磁同步电动机のフィールドオリエンテッド制御船を調整する方法を説明します。

フィールドオリエンテッド制御の紹介

この例では，永久磁石同期机（PMSM）のフィールドオリエンテッド制御（FOC）を，的Simscape™电气™コンポーネントを使用して的Simulinkでモデル化し金宝appます。

mdl ='scdfocmotorPIDTuning';open_system（MDL）

フィールドオリエンテッド制御船は三相固定子電流をベクトルとして制御します。FOCは,時間および速度に依存する三相システムを2つの時不変座標系に変換する投影に基づいています。これらの変換は,克拉克変換,公园変換,およびそのそれぞれの逆変換です。これらの変換はController_Algorithmサブシステム内のブロックとして実装されます。

ACモーターの制御にFOCを使用する利点には次が含まれます。

  • トルクと磁束を個別に直接制御

  • 過渡状態および定常状態を正確に管理

  • 直流モーターと比べて同様の性能

Controller_Algorithmサブシステムは3つすべてのπコントローラーを含みます。外側のループのπコントローラーはモーターの速度を調整します。内側のループのπコントローラー2つはd軸と问軸の電流を個別に制御します。外側のループのπコントローラーからのコマンドは,问軸に直接送られてトルクを制御します。このタイプのACモーターでは回転子の磁束が永久磁石で固定されているため,d軸のコマンドは永磁同步电动机ではゼロになります。

既存の速度のPIコントローラーのゲインはP = 0.08655およびI = 0.1997です。电流のPIコントローラーのゲインはどちらもP = 1およびI = 200です。

コントローラーゲインは数据存储内存ブロックに格納されており,外部から各PIDブロックへ提供されます。コントローラーの調整プロセスが完了すると,新規の調整ゲインが数据存储内存ブロックに書き込まれます。この構成ではシミュレーション中にコントローラーゲインをリアルタイムで更新することが可能です。

闭环PID自动调谐ブロック

闭环PID自动调节器ブロックでは，一度に1つのPIDコントローラーを调整することができます。このブロックは闭ループ実験の実行中に正弦波摂动信号をプラント入力に插入し，プラント出力を测定します。実験が停止されると，ブロックは目的の帯域幅付近の少数の点で推定したプラントの周波数応答に基づくPIDゲインを计算します。このFOC PMSMモデルでは，3つのPIコントローラーそれぞれに闭环PID自动调节器ブロックを使用できます。

このワークフローは,闭环PID自动调谐ブロックを使って再調整する初期コントローラーがある場合に適用されます。この方法の利点は次のとおりです。

  1. 実験中に予期しない外乱が生じた场合，既存のコントローラーによりこれが抑制され，安全な操作が确保されます。

  2. 既存のコントローラーは,摂動信号を抑制することによってプラントを定格操作点付近で実行し続けます。

シミュレーションとリアルタイムアプリケーションの両方に闭环PID自动调谐ブロックを使用する場合,次に注意します。

  • プラントは漸近的に安定(つまりすべての極が厳密に安定)であるか,積分でなければなりません。自動調整器ブロックは不安定なプラントでは動作しません。

  • 既存のコントローラーのフィードバックループは安定でなければなりません。

  • プラントの周波数応答をリアルタイムでより正確に推定するには,実験中にFOC永磁同步电动机モデル内のすべての外乱の発生を最小限にします。自動調整器ブロックは,プラント出力が挿入された摂動信号のみへの応答であると仮定します。

  • 実験中はフィードバックループが閉じているため,既存のコントローラーは挿入された摂動信号も抑制します。閉ループ実験を使用する利点は,コントローラーによってプラントが定格操作点付近で実行され,安全な操作を維持できることです。欠点は,ターゲット帯域幅が現在の帯域幅からかけ離れていると,周波数応答の推定の精度が低下することです。

自動調整器とプラントおよびコントローラーの接続

FOC永磁同步电动机モデルに示されるように,3つすべてのπコントローラーについてPIDブロックとプラントの間に闭环PID自动调谐ブロックを挿入します。启动/停止信号によって閉ループ実験が開始および終了します。実験が実行されていない場合,闭环PID自动调谐ブロックは1のゲインのブロックのように動作し,$ U $信号が$ U + \三角洲U $に直接渡されます。

変更された外側のループの制御構造を見るには,Controller_Algorithmサブシステムを開きます。

controlSubsystem = [MDL'/ Controller_Algorithm'];open_system（controlSubsystem）

変更されたd軸電流コントローラーを表示します。変更された问軸コントローラーは同一の構造をもちます。

open_system ([controlSubsystem'/ DQ_Current_Control / D_Current_Control']）

自動調整器ブロックの設定

闭环PID自动调节器ブロックをプラントモデルとPIDブロックに正しく接続したら，调整と実験の设定を指定します。

[調整]タブには2つの主要な调整设定があります。

  • ターゲットの帯域幅——コントローラーの望ましい応答速度を指定します。この例では,電流制御に5000ラジアン/秒速度制御に100.ラジアン/秒を选択します。

  • ターゲットの位相余裕——コントローラーの望ましいロバスト性を指定します。この例では,電流制御に70度,速度制御に90度を選択します。

[実験]タブには3つの主要な実験設定があります。

  • プラントタイプ——プラントが漸近的に安定か,または積分であるかを指定します。この例では,FOC永磁同步电动机モデルは安定です。

  • プラントの符号——プラントが正と負のどちらの符号をもつかを指定します。定格操作点でのプラント入力における正の変化によって,プラントが新しい定常状態に達したときにプラント出力に正の変化が生じる場合,プラントの符号は正になります。それ以外の場合,プラントの符号は負です。プラントが安定の場合,プラントの符号はその直流ゲインの符号に等しくなります。プラントが積分の場合,プラントの符号は,プラント出力が増加し続ける場合は正,減少し続ける場合は負になります。この例では,FOC永磁同步电动机モデルのプラントの符号は正です。

  • 正弦波振幅——挿入される正弦波の振幅を指定します。この例では,電流コントローラーに0．25,速度コントローラーに0．01を选択して，プラントが饱和制限内で确実に正しく励起されるようにします。励起の振幅が大きすぎたり小さすぎたりすると，周波数応答の推定结果が不正确になります。

カスケードフィードバックループの調整

闭环PID自动调节器ブロックは一度に1つのPIコントローラーのみを调整するため，FOC PMSMモデルの3つのコントローラーを个别に调整しなければなりません。最初に内侧のループのコントローラーを调整してから，外侧のループのコントローラーを调整します。

  • d軸の電流コントローラーは1.3 ~ 1.35秒の間で調整されます。

  • 问軸の電流コントローラーは1.4 ~ 1.45秒の間で調整されます。

  • 速度コントローラーは1.5〜3.5秒の间で调整されます。

各PIコントローラーの调整后，数据存储存储器ブロックによってコントローラーゲインが更新されます。

ノーマルモードでの自動調整器ブロックのシミュレーション

この例ではFOC永磁同步电动机モデルが仿金宝app真软件で作成されています。3つのコントローラーがすべて1回のシミュレーションで調整されます。さらに,コントローラーを調整する前と後の速度応答間で応答が比較されます。

FOC永磁同步电动机モデルのシミュレーションは,モーターのパワーエレクトロニクスコントローラーのサンプル時間が小さいため,通常はコンピューター上で数分かかります。

Sim (mdl) logsout_autotuning = logsout;保存(“AutotunedSpeed”，“logsout_autotuned”）

次の図はシミュレーション結果全体を示しています。

次の図は,調整中の1.3 ~ 3.5秒の電流と速度の応答を示しています。電流の変化は0.1一个以内,モーター速度の変化は2ラジアン/秒(約1%の偏差)以内です。

3つのPIコントローラーは新しいゲインで调整されています。

  • 速度のπコントローラーのゲインはP = 0.2785およびI = 2.678です。

  • d轴の电流のPIコントローラーのゲインはP = 5.135およびI = 8663です。

  • 问軸の電流のπコントローラーのゲインはP = 4.59および我= 8026です。

自动调整プロセスの前と后に同じ速度コマンドが适用されています.Closed回路PID自动调节器ブロックを使用したコントローラーの调整の前と后の速度応答をプロットします。速度応答の曲线は，コントローラーの性能を并べて比较できるように时间が揃えられています。

scdfocmotorPIDTuningPlotSpeed

コントローラーを調整した後,ACモーターの速度応答は過渡応答がより高速になり,定常状態誤差がより小さくなります。

bdclose（MDL）

参考

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