PMSM 的无传感器磁场定向控制
此示例采用磁场定向控制 (FOC) 方法来控制三相永磁同步电机 (PMSM) 的转速。有关 FOC 的详细信息,请参阅磁场定向控制 (FOC)。
此示例使用无传感器的位置估计方法。您可以选用滑动模式观测器或磁通观测器或扩展的 EMF 观测器来估计示例中使用的 FOC 算法的位置反馈。
Sliding Mode Observer (SMO) 模块根据测量位置和估计位置之间的误差生成滑动运动。该模块生成的估计值与测量位置严格成正比。该模块使用定子电压 和电流 作为输入,并估计电机模型的电动势 (emf)。它使用 emf 进一步估计转子位置和转子转速。
Flux Observer 模块使用相同的输入 来估计定子磁通、生成的转矩和转子位置。
Extended EMF Observer 模块根据在静态 alpha-beta 参考坐标系中测得的电压和电流,计算电气位置 (或 和 )以及 PMSM 的机械转速。
为确保检测到的转子位置准确,请将逆变器板电阻值添加到电机模块的定子相电阻参数以及 Sliding Mode Observer、Flux Observer 和 Extended EMF Observer 模块的定子电阻参数中。
如果您使用磁通观测器,此示例可以运行 PMSM 和无刷直流 (BLDC) 电机。
无传感器的观测器和算法对于超出基转速的电机运行存在已知限制。我们建议您仅将无传感器示例用于基转速以下的运行。
模型
该示例包括以下模型:
您可以将这些模型用于仿真和代码生成。
对于可用于不同硬件配置的模型名称,请参阅“生成代码并将模型部署到目标硬件”一节中的“必需的硬件”主题。
必需的 MathWorks 产品
要仿真模型,您需要:
1.对于模型:mcb_pmsm_foc_sensorless_f28069MLaunchPad
Motor Control Blockset™
Fixed-Point Designer™
2.对于模型:mcb_pmsm_foc_sensorless_f28379d
Motor Control Blockset™
要生成代码并部署模型,您需要:
1.对于模型:mcb_pmsm_foc_sensorless_f28069MLaunchPad
Motor Control Blockset™
Embedded Coder®
C2000™ Microcontroller Blockset
Fixed-Point Designer™
2.对于模型:mcb_pmsm_foc_sensorless_f28379d
Motor Control Blockset™
Embedded Coder®
C2000™ Microcontroller Blockset
Fixed-Point Designer™(仅在优化代码生成时需要)
前提条件
1.获取电机参数。我们对 Simulink® 模型提供了默认电机参数,您可以用电机数据表或其他来源的值替换这些默认值。
不过,如果您有电机控制硬件,则可以通过使用 Motor Control Blockset 参数估计工具来估计要使用的电机的参数。有关说明,请参阅使用推荐的硬件估计 PMSM 参数。
参数估计工具使用估计的电机参数更新 motorParam 变量(在 MATLAB® 工作区中)。
2.如果您从数据表或其他来源获得电机参数,请在与 Simulink® 模型相关联的模型初始化脚本中更新电机参数和逆变器参数。有关说明,请参阅估计控制增益和使用工具函数。
如果您使用参数估计工具,则可以在模型初始化脚本中更新逆变器参数,但不能更新电机参数。该脚本会自动从更新后的 motorParam 工作区变量中提取电机参数。
如果使用的是 Sliding Mode Observer,且电机参数通过参数估计工具进行估计,则 Sliding Mode Observer 参数需要调节。
仿真模型
此示例支持仿真。请按照以下步骤仿真模型。
1.打开此示例附带的一个目标模型。
2.使用 Position Estimator 按钮选择以下无传感器位置估计方法之一:
3.要仿真模型,请点击仿真选项卡上的运行。
4.要查看和分析仿真结果,请点击仿真选项卡上的数据检查器。
生成代码并将模型部署到目标硬件
本节将指导您生成代码并在目标硬件上运行 FOC 算法。
此示例使用一个主机模型和一个目标模型。主机模型是控制器硬件板的一个用户界面。您可以在主机上运行主机模型。使用主机模型的前提条件是将目标模型部署到控制器硬件板上。主机模型使用串行通信对目标 Simulink® 模型发出指令,并以闭环控制方式运行电机。
必需的硬件
此示例支持以下硬件配置。您还可以在 MATLAB® 命令提示符下使用目标模型名称打开对应硬件配置的模型。
LAUNCHXL-F28069M 控制器 + BOOSTXL-DRV8305 逆变器:mcb_pmsm_foc_sensorless_f28069MLaunchPad
LAUNCHXL-F28379D 控制器 +(BOOSTXL-DRV8305 或 BOOSTXL-3PHGANINV)逆变器:mcb_pmsm_foc_sensorless_f28379d
有关与前述硬件配置相关的连接,请参阅 LAUNCHXL-F28069M 和 LAUNCHXL-F28379D 配置。
生成代码并在目标硬件上运行模型
1.仿真目标模型并观测仿真结果。
2.完成硬件连接。
3.模型会自动计算模数转换器 (ADC) 或电流偏移值。要禁用此功能(默认启用),请在模型初始化脚本中将变量 inverter.ADCOffsetCalibEnable 的值更新为 0。
您也可以计算 ADC 偏移值,并在模型初始化脚本中手动更新它。有关说明,请参阅以开环控制方式运行三相交流电机并校准 ADC 偏移量。
4.按所需的硬件配置打开目标模型。如果您要更改该模型的默认硬件配置设置,请参阅模型配置参数。
5.将一个示例程序加载到 LAUNCHXL-F28379D 的 CPU2(例如使用 GPIO31 操作 CPU2 蓝色 LED 的程序 c28379D_cpu2_blink.slx),以确保 CPU2 没有错误地配置为使用预留给 CPU1 的板载外设。有关示例程序或模型的详细信息,请参阅 Getting Started with Texas Instruments C2000 Microcontroller Blockset (C2000 Microcontroller Blockset) 中的“任务 2 - 为 TI Delfino F28379D LaunchPad(双核)创建、配置和运行模型”部分。
6.使用 Position Estimator 按钮选择一个无传感器位置估计方法。
7.点击硬件选项卡上的编译、部署和启动以将目标模型部署到硬件上。
8.在目标模型中,点击主机模型超链接以打开关联的主机模型。
有关主机模型和目标模型之间串行通信的详细信息,请参阅Host-Target Communication。
9.在与目标模型关联的模型初始化脚本中,使用变量 target.comport 指定通信端口。该示例使用此变量来更新主机模型中可用的 Host Serial Setup、Host Serial Receive 和 Host Serial Transmit 模块的端口参数。
10.更新主机模型中的 Reference Speed 值。
注意:
在以要求的参考转速运行电机(通过使用 Sliding Mode Observer、Flux Observer 或 Extended EMF Observer)之前,请使用开环控制以 0.1 x
pmsm.N_base
的转速开始运行电机。然后,将转速增加到 0.25 xpmsm.N_base
(其中,pmsm.N_base
是电机基转速的 MATLAB 工作区变量),以转换为闭环控制。
加速和减速过快可能会影响无传感器位置计算。
11.点击仿真选项卡上的运行以运行主机模型。
12.将 Start / Stop Motor 开关的位置切换到 On,以开始在开环条件下运行电机(默认情况下,电机以 10% 的基转速旋转)。
注意:请勿长时间在开环条件下运行电机(使用此示例)。电机可能会消耗大量电流并产生过多热量。
我们设计了开环控制,使电机以小于或等于基转速 10% 的参考转速运行。
当您在硬件上以低参考转速运行此示例时,因为已知问题,PMSM 可能不会按照低参考转速运行。
13.将电机的参考转速增至高于基转速的 10% 的值,以从开环控制切换到闭环控制。
注意:要更改电机的旋转方向,请将电机的参考转速降至低于基转速 10% 的值。这会使电机回到开环条件。更改旋转方向,但保持参考转速的大小不变。然后转换到闭环状态。
14.在主机模型的 Time Scope 中,观测来自 RX 子系统的调试信号。
注意:
如果参考转速和参考转矩较高,则可能会影响 Sliding Mode Observer 模块的性能。
如果您使用基于 F28379D 的控制器,还可以选择要监控的调试信号。
其他可尝试的操作
您可以使用 SoC Blockset™ 来实现无传感器闭环电机控制应用,以应对与 ADC-PWM 同步、控制器响应和研究不同 PWM 设置相关的挑战。有关详细信息,请参阅Integrate MCU Scheduling and Peripherals in Motor Control Application。
您还可以使用 SoC Blockset™ 开发无传感器实时电机控制应用,以利用多个处理器核实现设计模块化、更高的控制器性能和其他设计目标。有关详细信息,请参阅Partition Motor Control for Multiprocessor MCUs。