Simulink中PMSM模型的改進在電機控制仿真中的工程應用

2021-01-11 電子產品世界

  引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/233863.htm

  近年來,隨著電力電子技術和稀土永磁材料的快速發展,永磁同步電機(permanent magnet synchronous motor,PMSM)日益受到關注。目前,對於永磁同步電機的建模和仿真研究大多集中在控制算法上,這主要得利於Matlab Simulink庫提供封裝好的PMSM模塊。但是,由於系統集成的PMSM模塊的先天不足,不能滿足貼近實際工況的仿真要求,如電機參數不可在線修改,反而給研究帶來不便。


  本文首先分析指出SIMULINK中集成PMSM模塊的不足,然後在建立PMSM數學模型的基礎上給出一種改進方法。根據某臺電機的實際參數自定義PMSM模型,然後將其應用在變參數的系統中,並在實際電機臺架進行測試,驗證仿真模型及控制算法的準確性。

  Matlab中電機模型修改方法

  Simulink庫中封裝的電機模型在設定參數時,一般是在仿真開始前通過雙擊模塊後彈出靜態對話框進行設置。但是,在對時變系統進行動態仿真,研究變參數模型的時候,模塊的參數需要根據仿真環境的要求進行動態變化,這是無法通過設置靜態框實現的。從儘量貼近實際工程應用的角度考慮,建立變參數的電機模型非常有必要。基於對Simulink中集成PMSM模塊不足的分析,本文提出改進方式,根據實際需求對庫文件電機模型做修改,再重新封裝,導入系統中實現仿真。

  打開SimPowerSystems工具箱集成的PMSM仿真模塊,滑鼠右擊並選擇「Look Under Mask」命令,將出現其內部結構。模型中包含4個block塊,需要修改的兩個為Electrical model(電氣模型)和Mechanical model(機械模型)。由於系統封裝過的PMSM組件處於鎖定狀態,不允許用戶對其直接修改,只能修改庫文件[5]。一般的操作步驟為:

  1)解鎖。選中模塊右擊,在Link options中選擇Go to Library block,然後在打開的庫模型中選擇Edit/unlock library完成解鎖。

  2)修改。找到需要修改的模塊,替換成信號端、Fcn函數等。

  3)更新。返回仿真界面,點擊菜單Edit/Update diagram,更新修改的庫模型到仿真中。

 


  圖1給出了引出溫度temp前後的PMSM封裝對比。仿真時temp外部引腳可接上常量,變量,或者用S-Function寫的含參變量的任意信號,模仿具體工況下的溫度動態變化,修改過的PMSM模型內部結構見圖2。

  圖3所示的電氣模型內部結構中,電阻和磁鏈隨溫度變化而變。交、直軸電感隨電流變化而變,其對應關係由電機的實測電感參數確立,在本文下一部分將舉例說明。

  該法是對原PMSM模型的重新封裝,方便快捷,適用於其他任何參數。不過,由於對庫文件做了改動,當仿真文件移動到別的環境下時,需將庫文件一起拷貝,降低了移植性。


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