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PMSM Torque Estimator

估计机电转矩和功率

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库:
Motor Control Blockset / Controls / Control Reference

描述

PMSM Torque Estimator 模块生成机电转矩和功率估计值以实现永磁同步电机 (PMSM) 的磁场定向控制。该模块输出针对给定电机参数以数学方式计算的机电转矩。为了精确测量转矩值，可以考虑使用物理传感器。

该模块接受 d- 轴和 q 轴电流和机械转速的反馈值作为输入。

该模块使用以下方法之一根据指定的电机参数生成这些估计值。

  • 具有集总参数的线性模型 - 具有 d 轴和 q 轴定子绕组电感和永磁磁链的集总参数。

  • 带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型 - 具有 d 轴和 q 轴磁链查找表的非线性模型。

  • 带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型 - 具有 d 轴和 q 轴定子绕组电感和永磁磁链查找表的非线性模型。

  • 基于输入端口的 Ld、Lq 和 FluxPM - 使用单独的输入端口提供 d 轴和 q 轴定子绕组电感和永磁磁链值。

方程

如果您在输入单位参数中选择标幺(PU)，则该模块默认将按比例缩放内部参数以匹配标幺值范围。您还可以将该模块配置为在执行任何计算之前先将输入转换为 SI 单位，并在使用允许在 CodeGen 中使用缩小的电机参数(提升定点数据类型的精度) 参数计算输出后将其转换回标幺值。

下列方程描述了该模块对机电转矩和功率估计的计算。

Te=32p{ψmIq+(Ld−Lq)IdIq}

或

Te=32p(ψdiq−ψqid)

Pe=Te⋅ωm

其中：

  • Ld 和 Lq 是 d 轴和 q 轴定子绕组电感（亨）。

  • Id 和 Iq 是 d 轴和 q 轴电流（安培）。

  • ψm 是永磁磁链（韦伯）。

  • ψd 和 ψq 是沿 d 轴和 q 轴的磁通量（韦伯）。

  • p 是电机中可用的极对数。

  • ωm 是转子的机械转速（弧度/秒）。

有关 Motor Control Blockset™ 用于 PMSM 的详细方程组和假设，请参阅 PMSM 的数学模型。

示例

PMSM 的弱磁控制（使用 MTPA）

PMSM 的弱磁控制（使用 MTPA）

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) 的转矩和转速。FOC 算法需要转子位置反馈，该反馈通过正交编码器获得。有关 FOC 的详细信息，请参阅磁场定向控制 (FOC)。

Field-Weakening Control (with MTPA) of Nonlinear PMSM Using Lookup Table

Field-Weakening Control (with MTPA) of Nonlinear PMSM Using Lookup Table

Uses a lookup table (LUT) for a nonlinear permanent magnet synchronous motor (PMSM) and controller to run the motor using field-weakening control (with maximum torque per ampere (MTPA)). Use this example to replicate and run a finite element analysis (FEA) based nonlinear, high-fidelity PMSM in simulation. This example helps motor design engineers to simulate high-performance motors in real-world motor control applications. In addition, control system engineers can use this example to design control algorithms for a given set of motor parameter data to achieve high levels of accuracy in tracking and controlling speed and torque as well as to meet efficiency requirements, especially for high-performance motors.

PMSM Drive Characteristics and Constraint Curves

PMSM Drive Characteristics and Constraint Curves

Uses Motor Control Blockset™ to show how to use the PMSM characteristic plotting and PMSM milestone speed identification functions to obtain a control trajectory.

PMSM Constraint Curves and Their Application

PMSM Constraint Curves and Their Application

Uses Motor Control Blockset™ to explain the fundamentals of constraint curves, utilization of these curves to determine operating currents, and usage of the grid of these currents in simulation or deployment environments.

端口

输入

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沿旋转 dq 参考系的 d 轴的电流。

此端口的单位取决于输入单位参数值。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将接受以安培为单位的输入信号。

数据类型: single | double | fixed point

沿旋转 dq 参考系的 q 轴的电流。

此端口的单位取决于输入单位参数值。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将接受以安培为单位的输入信号。

数据类型: single | double | fixed point

转子的机械转速。

此端口的单位取决于输入单位参数值。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将接受以弧度/秒为单位的输入信号。

数据类型: single | double | fixed point

D 轴定子绕组电感

此端口的单位取决于输入单位参数值。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将接受以亨为单位的输入信号。

依赖关系

要启用此输入端口，请将电机参数输入方法设置为基于输入端口的 Ld、Lq 和 FluxPM。

数据类型: single | double | fixed point

Q 轴绕组电感（以亨为单位）。

此端口的单位取决于输入单位参数值。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将接受以亨为单位的输入信号。

依赖关系

要启用此输入端口，请将电机参数输入方法设置为基于输入端口的 Ld、Lq 和 FluxPM。

数据类型: single | double | fixed point

峰值永磁磁链。

此端口的单位取决于输入单位参数值。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将接受以韦伯为单位的输入信号。

依赖关系

要启用此输入端口，请将电机参数输入方法设置为基于输入端口的 Ld、Lq 和 FluxPM。

数据类型: single | double | fixed point

输出

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电机的机械转矩输出。

此端口的单位取决于由输入单位参数定义的模块输入单位。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将输入以 Nm 为单位的信号。

数据类型: single | double | fixed point

电机的功率输出。

此端口的单位取决于由输入单位参数定义的模块输入单位。如果将此参数设置为 SI 单位，则此端口将输入以瓦特为单位的信号。

数据类型: single | double | fixed point

参数

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电机参数

电机中可用的极对数。

模块用于生成转矩和功率估计值的电机参数。

  • 具有集总参数的线性模型 - 使用电机参数 Ld、Lq 和 FluxPM 的集总电路值生成估计值。

  • 带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型 - 使用 d 轴磁链 FluxD 和 q 轴磁链 FluxQ 查找表 (LUT) 生成估计值。

  • 带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型 - 使用 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 生成估计值，指定为模块参数。

  • 基于输入端口的 Ld、Lq 和 FluxPM - 使用 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 生成估计值，指定为模块输入。

下列查找表中使用的 d 轴电流矢量，取决于用于指定电机参数的方法。

  • FluxD(id,iq) 和 FluxQ(id,iq)，适用于带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型方法。

  • 带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型方法的 Ld(id,iq)、Lq(id,iq) 和 FluxPM(id,iq)。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型或带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型。

下列查找表中使用的 q 轴电流矢量，取决于用于指定电机参数的方法。

  • FluxD(id,iq) 和 FluxQ(id,iq)，适用于带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型方法。

  • 带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型方法的 Ld(id,iq)、Lq(id,iq) 和 FluxPM(id,iq)。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型或带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型。

具有集总参数的线性模型

沿旋转 dq 参考系的直轴的定子绕组电感（亨）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为具有集总参数的线性模型。

沿旋转 dq 参考系的正交轴的定子绕组电感（亨）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为具有集总参数的线性模型。

峰值永磁磁链（韦伯）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为具有集总参数的线性模型。

带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型

D 轴磁链 FluxD(id,iq) 查找表数据（韦伯）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型。

Q 轴磁链 FluxQ(id,iq) 查找表数据（韦伯）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为带 D、Q 磁链 LUT 的非线性模型。

具有 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型

D 轴电感 Ld(id,iq) 查找表数据（以亨为单位）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型。

Q 轴电感 Lq(id,iq) 查找表数据（以亨为单位）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型。

永磁磁链 FluxPM(id,iq) 查找表数据（以韦伯为单位）。

依赖关系

要启用此参数，请将电机参数输入方法设置为带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型。

输入单位

输入值的单位。

标幺制的基电压（以伏特为单位）。

依赖关系

要启用此参数，请将输入单位设置为标幺(PU)。

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)。

标幺制的基转速（以 rpm 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)。

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。

当电机参数输入方法设置为具有集总参数的线性模型或带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型时，您无法配置此参数。模块将使用其他参数计算此参数的值。

依赖关系

要显示此参数，请将输入单位设置为标幺(PU)。

标幺制的基功率（以 W 为单位）。有关详细信息，请参阅标幺制页。

当电机参数输入方法设置为具有集总参数的线性模型或带 Ld、Lq 和 FluxPM LUT 的非线性模型时，您无法配置此参数。模块将使用其他参数计算此参数的值。

依赖关系

要显示此参数，请将输入单位设置为标幺(PU)。

生成代码时按比例缩放内部参数以匹配标幺值范围的选项。

  • 当启用此选项时，模块会按比例缩放内部常量和系数以匹配标幺值范围。这样，在您使用定点数据类型时可以提供更高的精度。如果将此选项用于单精度或双精度数据类型，根据分配给整数部分的位数，可能会损失一些精度。

  • 当禁用此选项时，模块将其用于内部计算的所有常量和系数转换为 SI 单位，然后转换回 PU 尺度。这允许您在生成的代码中更新查找表值，通常用于控制器调节或行尾运算等应用。您还可以手动更新这些值，以便调试或重用以前生成的代码。

依赖关系

要启用此参数，请将输入单位设置为标幺(PU)。

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 R2020a 中推出

另请参阅

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