ACIM Control Reference

计算感应电机磁场定向控制的参考电流

库:
Motor Control Blockset / Controls / Control Reference
Motor Control Blockset HDL Support / Controls / Control Reference

描述

ACIM Control Reference 模块为磁场定向控制（和弱磁）操作计算 d 轴和 q 轴的参考电流。

该模块接受参考转矩和反馈机械转速，并输出对应的 d 和 q 轴参考电流。

该模块通过求解数学关系来计算参考电流值。计算使用 SI 单位制。使用标幺 (PU) 制时（将输入单位参数设置为标幺 (PU)），该模块将 PU 输入信号转换为 SI 单位以执行计算，并在输出端将其转换回 PU 值。

这些方程描述该模块如何计算参考 d 轴和 q 轴的电流值。

感应电机的数学模型

这些模型方程描述转子磁通参考系中感应电机的动态特性：

感应电机的电感表示为，

$L_{s} = L_{l s} + L_{m}$

$L_{r} = L_{l r} + L_{m}$

$σ = 1 - (\frac{L_{m}^{2}}{L_{s} \cdot L_{r}})$

定子电压表示为，

$v_{s d} = R_{s} i_{s d} + σ L_{s} \frac{d i_{s d}}{d t} + \frac{L_{m}}{L_{r}} \frac{d λ_{r d}}{d t} - ω_{e} σ L_{s} i_{s q}$

$v_{s q} = R_{s} i_{s q} + σ L_{s} \frac{d i_{s q}}{d t} + \frac{L_{m}}{L_{r}} ω_{e} λ_{r d} + ω_{e} σ L_{s} i_{s d}$

在前面的方程中，磁链可以表示为，

$λ_{s d} = \frac{L_{m}}{L_{r}} λ_{r d} + σ L_{s} i_{s d}$

$λ_{s q} = σ L_{s} i_{s q}$

$τ_{r} \frac{d λ_{r d}}{d t} + λ_{r d} = L_{m} i_{s d}$

如果我们保持转子磁通不变，并且 d 轴与转子磁通参考系对齐，则我们可以推断：

$λ_{rd} = L_{m} i_{s d}$

$λ_{rq} = 0$

下列方程描述机械动态特性，

$T_{e} = \frac{3}{2} p (\frac{L_{m}}{L_{r}}) λ_{r d} i_{s q}$

$T_{e} - T_{L} = J \frac{d ω_{m}}{d t} + B ω_{m}$

下列方程描述转差速度，

$τ_{r} = (\frac{L_{r}}{R_{r}})$

$ω_{e_slip} = (\frac{L_{m} \cdot i_{sq}^{r e f}}{τ_{r} \cdot λ_{rd}})$

$ω_{e} = ω_{r} + ω_{e_s l i p}$

$θ_{e} = \int ω_{e} \cdot d t = \int (ω_{r} + ω_{e_s l i p}) \cdot d t = θ_{r} + θ_{s l i p}$

参考电流计算

下列方程显示参考电流的计算，

$i_{s d_0} = \frac{λ_{rd}}{L_{m}}$

$i_{s q_r e q} = \frac{T^{r e f}}{\frac{3}{2} p (\frac{L_{m}}{L_{r}}) λ_{r d}}$

在低于基转速和弱磁区域运行时，参考电流的计算方法有所不同，

如果 $ω_{m} \leq ω_{r a t e d}$ ，则：

$i_{s d_s a t} = \min (i_{s d_0}, i_{\max})$

如果 $ω_{m} > ω_{r a t e d}$ ，则：

$i_{s d_f w} = i_{s d_0} (\frac{ω_{r a t e d}}{ω_{m}})$

$i_{s d_s a t} = \min (i_{s d_f w}, i_{\max})$

下列方程指示 q 轴电流计算，

$i_{s q_l i m} = \sqrt{i_{m a x}^{2} - i_{s d_s a t}^{2}}$

$i_{s q_s a t} = s a t (i_{s q_l i m}, i_{s q_r e q})$

该模块输出以下值，

$i_{s d}^{r e f} = i_{s d_s a t}$

$i_{s q}^{r e f} = i_{s q_s a t}$

其中：

$p$ 是电机的极对数。
$R_{s}$ 是定子相绕组电阻 (ohm)。
$R_{r}$ 是转子相对于定子的电阻 (ohm)。
$L_{l s}$ 是定子漏感（亨）。
$L_{l r}$ 是转子泄漏电感（亨）。
$L_{s}$ 是定子电感（亨）。
$L_{m}$ 是磁化电感（亨）。
$L_{r}$ 是转子相对于定子的电感（亨）。
$σ$ 是感应电机的总漏磁因子。
$τ_{r}$ 是转子时间常量（秒）。
$v_{s d}$ 和 $v_{s q}$ 是定子的 d 轴和 q 轴电压（伏）。
$i_{s d}$ 和 $i_{s q}$ 是定子的 d 轴和 q 轴电流（安培）。
$i_{s d_0}$ 是定子的额定 d 轴电流，也称为磁化电流（安培）。
$i_{m a x}$ 是电机的最大相电流（峰值）（安培）。
$λ_{s d}$ 是定子的 d 轴磁链（韦伯）。
$λ_{s q}$ 是定子的 q 轴磁链（韦伯）。
$λ_{r d}$ 是转子的 d 轴磁链（韦伯）。
$λ_{r q}$ 是转子的 q 轴磁链（韦伯）。
$ω_{e_slip}$ 是转子的电气转差速度（弧度/秒）。
$ω_{slip}$ 是转子的机械转差速度（弧度/秒）。
$ω_{e}$ 是对应于定子电压频率的电角速度（弧度/秒）。
$ω_{m}$ 是转子机械转速（弧度/秒）。
$ω_{r}$ 是转子电角速度（弧度/秒）。
$ω_{r a t e d}$ 是电机的额定机械转速（弧度/秒）。
$T_{e}$ 是电机产生的机电转矩 (Nm)。

示例

使用转速传感器实现感应电机的磁场定向控制

此示例采用磁场定向控制 (FOC) 方法来控制三相 AC 感应电机 (ACIM) 的转速。FOC 算法需要转子转速反馈，在此示例中通过使用正交编码器获得此反馈。有关 FOC 的详细信息，请参阅磁场定向控制 (FOC)。

打开模型

端口

输入

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T^ref — 参考转矩值
标量

模块为其计算参考电流的参考转矩输入值。

数据类型: single | double | fixed point

⍵_m — 机械转速
标量

模块为其计算参考电流的参考机械转速值。

数据类型: single | double | fixed point

输出

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I_sd^ref — 参考 d 轴定子电流
标量

参考 d 轴定子电流值。

数据类型: single | double | fixed point

I_sq^ref — 参考 q 轴定子电流
标量

参考 q 轴定子电流值。

数据类型: single | double | fixed point

参数

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极对数 — 电机中可用的极对数
`2` (默认) | 标量

感应电机中可用的极对数。

转子泄漏电感(H) — 转子绕组的漏感
`6.81e-3` (默认) | 标量

与转子绕组相关的泄漏磁通产生的电感（以亨为单位）。

磁化电感(H) — 感应电机的磁化电感
`30e-3` (默认) | 标量

由磁化磁通产生的电感（以亨为单位）。

额定磁通(Wb) — 电机的额定磁通
`38.2e-3` (默认) | 标量

感应电机的额定磁通（以韦伯为单位）。

额定转速(rpm) — 电机的额定转速
`1150` (默认) | 标量

基于电机数据表的感应电机的额定转速（以 rpm 为单位）。

同步转速(rpm) — 电机同步转速
`1500` (默认) | 标量

感应电机的同步转速（以 rpm 为单位）。

最大电流(A) — 电机的相电流最大限值（安培）
`3` (默认) | 标量

感应电机的相电流最大限值（安培）。

输入单位 — 输入值的单位
标幺(PU) (默认) | SI 单位

输入值的单位。

基电流(A) — 标幺制的基电流
`5.3611` (默认) | 标量

标幺制的基电流（以安培为单位）。

依赖关系

要启用此参数，请将输入单位设置为标幺(PU)。

基转矩(Nm) — 标幺制的基转矩
`0.50072` (默认) | 标量

标幺制的基转矩（以 Nm 为单位）。有关详细信息，请参阅标幺制页。

此参数不可配置，它使用的值是使用其他参数内部计算获得的。

依赖关系

要显示此参数，请将输入单位设置为标幺(PU)。

参考

[1] B. Bose, Modern Power Electronics and AC Drives. Prentice Hall, 2001. ISBN-0-13-016743-6.

[2] Lorenz, Robert D., Thomas Lipo, and Donald W. Novotny. "Motion control with induction motors." Proceedings of the IEEE, Vol. 82, Issue 8, August 1994, pp. 1215-1240.

[3] W. Leonhard, Control of Electrical Drives, 3rd ed. Secaucus, NJ, USA:Springer-Verlag New York, Inc., 2001.

[4] Briz, Fernando, Michael W. Degner, and Robert D. Lorenz. "Analysis and design of current regulators using complex vectors." IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 36, Issue 3, May/June 2000, pp. 817-825.

[5] Briz, Fernando, et al. "Current and flux regulation in field-weakening operation [of induction motors]." IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 37, Issue 1, Jan/Feb 2001, pp. 42-50.

[6] R. M. Prasad and M. A. Mulla, “A novel position-sensorless algorithm for field oriented control of DFIG with reduced current sensors,” IEEE Trans. Sustain. Energy, vol. 10, no. 3, pp. 1098–1108, July 2019.

扩展功能

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C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成
使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

HDL Coder™ 提供了影响 HDL 实现和综合逻辑的额外配置选项。

HDL 架构

此模块具有一个默认 HDL 架构。

HDL 模块属性


ConstrainedOutputPipeline	要通过移动设计中的现有延迟来放置在输出端的寄存器的数量。分布式流水线不会重新分布这些寄存器。默认值为 `0`。有关更多详细信息，请参阅 ConstrainedOutputPipeline (HDL Coder)。
FlattenHierarchy	从生成的 HDL 代码中删除 ACIM Control Reference 模块层次结构。默认值为继承。另请参阅 FlattenHierarchy (HDL Coder)。
InputPipeline	要在生成的代码中插入的输入流水线阶段数。分布式流水线和受限输出流水线可以移动这些寄存器。默认值为 `0`。有关更多详细信息，请参阅 InputPipeline (HDL Coder)。
OutputPipeline	要在生成的代码中插入的输出流水线阶段数。分布式流水线和受限输出流水线可以移动这些寄存器。默认值为 `0`。有关更多详细信息，请参阅 OutputPipeline (HDL Coder)。
SharingFactor	要映射到单个共享资源的功能等效的资源数量。默认值为 0。另请参阅Resource Sharing (HDL Coder)。

定点转换
使用 Fixed-Point Designer™ 设计和仿真定点系统。

版本历史记录

在 R2020b 中推出

另请参阅

MTPA Control Reference | ACIM Slip Speed Estimator | PI Controller | Speed Measurement

ACIM Control Reference

描述

感应电机的数学模型

参考电流计算

示例

使用转速传感器实现感应电机的磁场定向控制

端口

输入

Tref — 参考转矩值 标量

⍵m — 机械转速 标量

输出

Isdref — 参考 d 轴定子电流 标量

Isqref — 参考 q 轴定子电流 标量

参数

极对数 — 电机中可用的极对数 2 (默认) | 标量

转子泄漏电感(H) — 转子绕组的漏感 6.81e-3 (默认) | 标量

磁化电感(H) — 感应电机的磁化电感 30e-3 (默认) | 标量

额定磁通(Wb) — 电机的额定磁通 38.2e-3 (默认) | 标量

额定转速(rpm) — 电机的额定转速 1150 (默认) | 标量

同步转速(rpm) — 电机同步转速 1500 (默认) | 标量

最大电流(A) — 电机的相电流最大限值（安培） 3 (默认) | 标量

输入单位 — 输入值的单位 标幺(PU) (默认) | SI 单位

基电流(A) — 标幺制的基电流 5.3611 (默认) | 标量

依赖关系

基转矩(Nm) — 标幺制的基转矩 0.50072 (默认) | 标量

依赖关系

参考

扩展功能

C/C++ 代码生成 使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成 使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

定点转换 使用 Fixed-Point Designer™ 设计和仿真定点系统。

版本历史记录

另请参阅

主题

T^ref — 参考转矩值
标量

⍵_m — 机械转速
标量

I_sd^ref — 参考 d 轴定子电流
标量

I_sq^ref — 参考 q 轴定子电流
标量

极对数 — 电机中可用的极对数
`2` (默认) | 标量

转子泄漏电感(H) — 转子绕组的漏感
`6.81e-3` (默认) | 标量

磁化电感(H) — 感应电机的磁化电感
`30e-3` (默认) | 标量

额定磁通(Wb) — 电机的额定磁通
`38.2e-3` (默认) | 标量

额定转速(rpm) — 电机的额定转速
`1150` (默认) | 标量

同步转速(rpm) — 电机同步转速
`1500` (默认) | 标量

最大电流(A) — 电机的相电流最大限值（安培）
`3` (默认) | 标量

输入单位 — 输入值的单位
标幺(PU) (默认) | SI 单位

基电流(A) — 标幺制的基电流
`5.3611` (默认) | 标量

基转矩(Nm) — 标幺制的基转矩
`0.50072` (默认) | 标量

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成
使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

定点转换
使用 Fixed-Point Designer™ 设计和仿真定点系统。