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PMSM Torque Estimator

估计机电转矩和功率

自 R2020a 起

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 d 轴和 q 轴定子绕组电感和永磁磁链的集总参数。
具有 d 轴和 q 轴磁链查找表的非线性模型。
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。
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 Input units 参数中选择 Per-Unit (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。

$T_{e} = \frac{3}{2} p {ψ_{m} I_{q} + (L_{d} - L_{q}) I_{d} I_{q}}$

或

$T_{e} = \frac{3}{2} p (ψ_{d} i_{q} - ψ_{q} i_{d})$

$P_{e} = T_{e} \cdot ω_{m}$

其中：

$L_{d}$ 和 $L_{q}$ 是 d 轴和 q 轴定子绕组电感（亨）。
$I_{d}$ 和 $I_{q}$ 是 d 轴和 q 轴电流（安培）。
ψ_m 是永磁磁链（韦伯）。
ψ_d 和 ψ_q 是沿 d 轴和 q 轴的磁通量（韦伯）。
$p$ 是电机中可用的极对数。
$ω_{m}$ 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)。

端口

输入

I_d — D 轴电流
标量

沿旋转 dq 参考系的 d 轴的电流。

数据类型: single | double | fixed point

I_q — Q 轴电流
标量

沿旋转 dq 参考系的 q 轴的电流。

数据类型: single | double | fixed point

ω_m — 转子的机械转速
标量

转子的机械转速。

数据类型: single | double | fixed point

L_d — D 轴电感
标量

D 轴绕组电感（亨）。

依存关系

要启用此输入端口，请将 Motor parameter input method 设置为 Input port based Ld, Lq and FluxPM。

数据类型: single | double | fixed point

L_q — Q 轴电感
标量

Q 轴绕组电感（亨）。

依存关系

要启用此输入端口，请将 Motor parameter input method 设置为 Input port based Ld, Lq and FluxPM。

数据类型: single | double | fixed point

Flux_PM — 永磁磁链
标量

峰值永磁磁链（以韦伯为单位）。

依存关系

要启用此输入端口，请将 Motor parameter input method 设置为 Input port based Ld, Lq and FluxPM。

数据类型: single | double | fixed point

输出

T_e — 估计的转矩
标量

电机的机械转矩输出。

数据类型: single | double | fixed point

P_e — 估计的功率
标量

电机的功率输出。

数据类型: single | double | fixed point

参数

电机参数

Number of pole pairs — 电机中可用的极对数
`4` (默认) | 标量

电机中可用的极对数。

Motor parameter input method — 电机参数的类型
Linear model with lumped parameters (默认) | Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs | Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs | Input port based Ld, Lq and FluxPM

模块用于生成转矩和功率估计值的电机参数。

Linear model with lumped parameters - 使用电机参数 L_d、L_q 和 FluxPM 的集总电路值生成估计值。
Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs - 使用 d 轴磁链 FluxD 和 q 轴磁链 FluxQ 查找表 (LUT) 生成估计值。
Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs - 使用 L_d、L_q 和 FluxPM LUT 生成估计值，指定为模块参数。
Input port based Ld,Lq and FluxPM - 使用 L_d、L_q 和 FluxPM LUT 生成估计值，指定为模块输入。

具有集总参数的线性模型

Stator d-axis inductance, Ld (H) — D 轴定子绕组电感
`0.2e-3` (默认) | 标量

沿旋转 dq 参考系的直轴的定子绕组电感（亨）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Linear model with lumped parameters。

Stator q-axis inductance, Lq (H) — Q 轴定子绕组电感
`0.2e-3` (默认) | 标量

沿旋转 dq 参考系的正交轴的定子绕组电感（亨）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Linear model with lumped parameters。

Permanent magnet flux linkage, FluxPM (Wb) — 永磁磁链
`6.4e-3` (默认) | 标量

峰值永磁磁链（韦伯）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Linear model with lumped parameters。

具有 FluxD 和 FluxQ 查找表的非线性模型

D-axis current breakpoint vector, id (A) — D 轴电流查找矢量
`[-40, -20, 0, 20]` (默认) | 矢量

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(i_d,i_q) 和 FluxQ(i_d,i_q)，适用于 Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs 方法。
L_d(i_d,i_q)、L_q(i_d,i_q) 和 FluxPM(i_d,i_q)，适用于 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs 方法。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs 或 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs。

Q-axis current breakpoint vector, iq (A) — Q 轴电流查找矢量
`[-40, -20, 0, 20, 40]` (默认) | 矢量

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(i_d,i_q) 和 FluxQ(i_d,i_q)，适用于 Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs 方法。
L_d(i_d,i_q)、L_q(i_d,i_q) 和 FluxPM(i_d,i_q)，适用于 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs 方法。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs 或 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs。

D-axis flux linkage LUT, FluxD(id,iq) (Wb) — D 轴磁链查找数据
`[-1.6,-1.6,-1.6,-1.6,-1.6;2.4,2.4,2.4,2.4,2.4;6.4,6.4,6.4,6.4,6.4;10.4,10.4,10.4,10.4,10.4]*1e-3` (默认) | 矩阵

D 轴磁链 FluxD(i_d,i_q) 查找表数据（韦伯）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs。

Q-axis flux linkage LUT, FluxQ(id,iq) (Wb) — Q 轴磁链查找数据
`[-8,-4,0,4,8;-8,-4,0,4,8;-8,-4,0,4,8;-8,-4,0,4,8]*1e-3` (默认) | 矩阵

Q 轴磁链 FluxQ(i_d,i_q) 查找表数据（韦伯）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Non-linear model with D,Q-flux linkage LUTs。

具有 L_d、L_q 和 FluxPM 查找表的非线性模型

Ld LUT, Ld(id,iq) (H) — D 轴电感查找数据
`0.2e-3 * ones(4, 5)` (默认) | 矩阵

D 轴电感 L_d(i_d,i_q) 查找表数据（以亨为单位）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs。

Lq LUT, Lq(id,iq) (H) — Q 轴电感查找表数据
`0.2e-3 * ones(4, 5)` (默认) | 矩阵

Q 轴电感 L_q(i_d,i_q) 查找表数据（以亨为单位）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs。

PM flux linkage LUT, FluxPM(id,iq) (Wb) — 永磁磁链查找数据
`6.4e-3 * ones(4, 5)` (默认) | 矩阵

永磁磁链 FluxPM(i_d,i_q) 查找表数据（以韦伯为单位）。

依存关系

要启用此参数，请将 Motor parameter input method 设置为 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs。

输入单位

Input units — 输入值的单位
Per-Unit (PU) (默认) | SI Units

输入值的单位。

Base Voltage (V) — 标称电压限值
`24/sqrt(3)` (默认) | 标量

标幺制的基电压（以伏特为单位）。

依存关系

要启用此参数，请将 Input units 设置为 Per-Unit (PU)。

Base Current (A) — 标称电流限值
`19.3` (默认) | 标量

标幺制的基电流（以安培为单位）。

依存关系

要启用此参数，请将 Input units 设置为 Per-Unit (PU)。

Base Speed (rpm) — 标称转速限值
`4107` (默认) | 标量

标幺制的基转速（以 rpm 为单位）。

依存关系

要启用此参数，请将 Input units 设置为 Per-Unit (PU)。

Base torque (Nm) — 标称转矩限值
`0.74112` (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。

当 Motor parameter input method 设置为 Linear model with lumped parameters 或 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs 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。

依存关系

要显示此参数，请将 Input units 设置为 Per-Unit (PU)。

Base power (W) — 标称功率限值
`401.143` (默认) | 标量

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 Motor parameter input method 设置为 Linear model with lumped parameters 或 Non-linear model with Ld,Lq and FluxPM LUTs 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。

依存关系

要显示此参数，请将 Input units 设置为 Per-Unit (PU)。

Allow scaled-down motor parameters with CodeGen (higher precision with Fixed-Point data type) — 按比例缩放内部参数以匹配标幺值范围
`on` (默认) | `off`

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。

依存关系

要启用此参数，请将 Input units 设置为 Per-Unit (PU)。

扩展功能

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

ACIM Torque Estimator | Park Transform | Speed Measurement | MTPA Control Reference | Vector Control Reference

主题