主要内容

Extended EMF Observer

计算永磁同步电机 (PMSM) 的电气位置和机械转速

自 R2023a 起

库:
Motor Control Blockset / Sensorless Estimators

描述

Extended EMF Observer 模块会计算电气位置 θe(或 sin θe 和 cos θe),此外还根据静止 αβ 参考系中测得的电压和电流计算 PMSM 的机械转速。

该模块包括线性扩展电动势状态观测器,用于估计扩展反电动势。它使用低通滤波器来去除估计的反电动势值中的任何噪声。此外,该模块还包括一个基于转速前馈的正交锁相环 (PLL),用作转速观测器。转速观测器使用计算出的扩展反电动势来确定电机转速。它计算速度的误差为零,即使在恒定角加速度的情况下也是如此。然后,该模块根据估计的电机电角速度计算位置输出。

此外,您还可以使用高级选项来启用 ParameterBus 输入端口,该端口可与 Compute Parameter 模块结合使用,以便在运行时以最佳方式更新模块参数。当电机参数可能随时间变化时(例如,构建可能需要在运行时更换电机的应用时),您可以使用此功能。

方程

IPMSM 状态方程定义为:

[i·e·]=[A11A120A22][ie]+[B10]v+[0W]i=C[ie]

下列方程描述降阶的 PMSM 状态模型:

i·=A11i+A12e+B1ve·=A22e

扩展反电动势 e={(LdLq)(ωreidi·q)+ωreKE}[sinθrecosθre]

以下方程描述降维状态观测器:

e^·=(A^22ξA12)e^+ξ(i·A^11iB1v)

下列方程描述扩展的电动势观测器参数:

A22ξA12=ωreJ(αI+βJ)(1Ld)Iξ=(αI+βJ)

为确保收敛,如果将 β=ωre×Ldα 设置为负值,则扩展电动势观测器增益可由下式确定:

Extended EMF observer gain=αLd

其中:

  • i=[iαiβ]e=[eαeβ]v=[vαvβ]

  • W=(LdLq)(ωreid·iq··)[sinθrecosθre].

  • A=[A11A120A22]B=[B10]C=[I0]

  • A11=(RLd)I+(ωre(LdLq)Ld)JA12=(1Ld)IA22=ωreJ

  • B1=(1Ld)II=[1001]J=[0110]

    注意

    A 和 C 是一个可观察对组。

  • ·”和“··”分别是一阶和二阶微分运算子。

  • vαvβ 分别是沿 αβ 轴的定子电压。

  • iαiβ 分别是沿 αβ 轴的定子电流。

  • eαeβ 分别是沿 αβ 轴的扩展反电动势。

  • idiq 分别是沿 dq 轴的定子电流。

  • R 是 PMSM 的定子电阻。

  • LdLq 分别是跨 dq 轴的 PMSM 定子电感。

  • KE 是电动势常量

  • ωre 是电角处的角速度。

  • θre 是电角处的转子位置。

  • e^, A^22, and A^11 是估计值。

  • ξ 是反馈增益。

示例

端口

输入

全部展开

沿静止 αβ 参考系的 α 轴的标幺电压分量。

数据类型: single | double | fixed point

沿静止 αβ 参考系的 β 轴的标幺电压分量。

数据类型: single | double | fixed point

沿静止 αβ 参考系的 α 轴的标幺电流分量。

数据类型: single | double | fixed point

沿静止 αβ 参考系的 β 轴的标幺电流分量。

数据类型: single | double | fixed point

重置和重启模块算法处理的脉冲(true 值)。

数据类型: single | double | fixed point

Extended EMF Observer 模块的计算参数。输入端口接受以下参数:

  • 极对数

  • 定子电阻(欧姆)

  • 定子 d 轴电感(H)

  • 定子 q 轴电感(H)

  • 最大应用转速(RPM)

  • EEMF 观测器增益

  • EEMF 滤波器截止频率(Hz)

  • 比例(P)

  • 积分(I)

  • 转速滤波器截止频率(Hz)

将此端口与 Compute Parameter 模块结合使用,以便在运行时以最佳方式更新前述模块参数。

依赖关系

要启用此端口,请选择高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

数据类型: single | double

输出

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估计的转子电气位置。

依赖关系

要启用此端口,请将位置输出参数设置为电气位置

数据类型: single | double | fixed point

估计的转子电气位置的正弦值。

依赖关系

要启用此端口,请将位置输出参数设置为正弦和余弦电气位置

数据类型: single | double | fixed point

估计的转子电气位置的余弦值。

依赖关系

要启用此端口,请将位置输出参数设置为正弦和余弦电气位置

数据类型: single | double | fixed point

估计的转子机械转速。

数据类型: single | double | fixed point

参数

全部展开

选择此参数可启用 ParameterBus 输入端口并禁用以下参数:

  • 极对数

  • 定子电阻(欧姆)

  • 定子 d 轴电感(H)

  • 定子 q 轴电感(H)

  • 最大应用转速(RPM)

  • EEMF 观测器增益

  • EEMF 滤波器截止频率(Hz)

  • 比例(P)

  • 积分(I)

  • 转速滤波器截止频率(Hz)

此参数使您能够将输入端口与 Compute Parameter 模块结合使用,以便在运行时以最佳方式更新模块参数。

模块输入的单位。

模块输出的位置的类型。

  • 电气位置 - 选择此值以启用 θe 端口。

  • 正弦和余弦电气位置 - 选择此值以启用 Sin θeCos θe 端口。

两个连续的模块执行实例之间的固定时间间隔(以秒为单位)。

电机参数

定子相绕组电阻(以 ohm 为单位)。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

沿旋转 d-q 参考系的 d 轴的定子相绕组电感(以亨为单位)。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

沿旋转 d-q 参考系的 q 轴的定子相绕组电感(以亨为单位)。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

该模块可以支持的最大机械转速(以 RPM 为单位)。如果您为转速设置的值高于此值,模块将生成不正确的输出。

注意

该模块使用此参数来滤除估计的转速信号中的噪声。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

电机中可用的极对数。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

施加于 PMSM 上的最大相电压。有关详细信息,请参阅标幺制

施加于 PMSM 的最大可测量电流。有关详细信息,请参阅标幺制

观测器参数

线性扩展电动势状态观测器的增益。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

低通滤波器的截止频率,模块使用该截止频率来消除估计的反电动势值中的噪声。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

模块使用的转速观测器的比例增益。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

模块使用的转速观测器的积分增益。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

查找表中的数据点数,转速观测器使用这些数据点根据扩展反电动势值计算转速。

低通滤波器的截止频率,模块使用该截止频率来消除估计的转速中的噪声。

依赖关系

要启用此参数,请清除高级选项部分中提供的使用输入端口提供计算参数(运行时电机更换) 参数。

数据类型

位置输出的单位。

位置输出的数据类型。

转速输出的单位。

转速输出的数据类型。

表的数据类型。

参考

[1] Zhiqian Chen, M. Tomita, S. Doki and S. Okuma, "An extended electromotive force model for sensorless control of interior permanent-magnet synchronous motors," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 50, no. 2, pp. 288-295, April 2003, doi: 10.1109/TIE.2003.809391.

[2] T. Ohnuma, S. Doki and S. Okuma, "Extended EMF observer for wide speed range sensorless control of salient-pole synchronous motor drives," The XIX International Conference on Electrical Machines - ICEM 2010, Rome, Italy, 2010, pp. 1-6, doi: 10.1109/ICELMACH.2010.5608087.

[3] G. Liu, H. Zhang and X. Song, "Position-Estimation Deviation-Suppression Technology of PMSM Combining Phase Self-Compensation SMO and Feed-Forward PLL," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 9, no. 1, pp. 335-344, Feb. 2021, doi: 10.1109/JESTPE.2020.2967508.

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。

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 R2023a 中推出