PMSM Field-Oriented Control

永久磁石同期機のベクトル制御

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Simscape / Electrical / Control / PMSM Control

説明

PMSM Field-Oriented Control ブロックは、永久磁石同期機 (PMSM) のベクトル制御構造を実装します。ベクトル制御 (FOC) は、定常相電流を回転座標系に変換してトルクと磁束を分離する高パフォーマンスな AC モーターの制御手法です。FOC は、回転子の速度と位置が既知であり、用途で以下が必要な場合に使用します。

• 起動時の高トルクと低電流。

• 高効率。

方程式

PMSM FOC 構造は、回転子 d-q 基準座標系を使用してトルクと磁束を分離します。次のブロック線図は、ブロックの全体的なアーキテクチャを示しています。

このブロック線図では、以下のようになります。

• ω と ω_ref はそれぞれ、測定角速度と基準角速度です。

• T_ref は基準電磁トルクです。

• i と v は固定子の電流と電圧で、下付き文字 d および q は "d" 軸と "q" 軸を表し、下付き文字 a、b、および c は 3 本の固定子巻線を表します。

• θ_e は回転子の電気角です。

• G はゲート パルスで、下付き文字 H および L は高と低を表し、下付き文字 a、b、および c は 3 本の固定子巻線を表します。

[コントロール モード] パラメーターで速度制御またはトルク制御を実装するよう選択できます。ブロックは、ブロック線図に示すとおり正確に速度制御を実装します。ブロックは、Velocity Controller ブロックを削除して基準トルクを直接受け入れることでトルク制御を実装します。

仮定

マシン パラメーターは既知です。

制限

制御構造は単一のサンプル レートで実装されます。

端子

入力

Reference — システム基準

スカラー

システム基準。選択したコントロール モードに応じてトルク基準 (N*m) または速度基準 (rad/s) として指定します。

データ型: single | double

iabcSens — 測定された相電流

ベクトル

測定された固定子相電流 (A)。

データ型: single | double

wSens — 回転子の速度

スカラー

回転子の測定された機械角速度 (rad/s)。

データ型: single | double

thSens — 回転子の角度

スカラー

回転子の測定された機械的角度 (rad)。

データ型: single | double

vdcSens — DC リンク電圧

スカラー

測定された DC リンク電圧 (V)。

データ型: single | double

出力

G — ゲート パルス

ベクトル

接続された電力コンバーターでのスイッチング動作を決定する 6 パルス波形。

データ型: single | double

Visualization — 可視化信号

バス

次のような可視化のための信号を含むバス:

• Reference

• wElectrical

• iabc

• theta

• Vdc

• PwmEnable

• TqRef

• TqLim

• idqRef

• idq

• vdqRef

• modWave

データ型: single | double

パラメーター

一般

巻線タイプ — 制御のパラメーター化

Y 巻線 (既定値) | デルタ巻線

コントローラーの基準値について、Y 巻線またはデルタ巻線のパラメーター化を指定します。

コントロール モード — コントロール モード手法

トルク制御 (既定値) | 速度制御

トルク制御手法または速度制御手法を指定します。

ノミナル DC リンク電圧 (V) — 定格 DC 電圧

300 (既定値) | 正の数値

電源のノミナル DC リンク電圧 (V)。

最大出力 (W) — 最大出力

35000 (既定値) | 正の数値

マシンの最大出力 (W)。

最大トルク (N*m) — 最大トルク

250 (既定値) | 正の数値

マシンの最大トルク (N*m)。

回転子極対数 — 極対

8 (既定値) | 正の整数

回転子の永久磁石の極対数。

インバーター DC リンク電圧のしきい値 (V) — DC リンク電圧のしきい値

100 (既定値) | 正の数値

電力インバーターを有効にするための電圧しきい値 (V)。

基本サンプル時間 (s) — ブロックのサンプル時間

5e-6 (既定値) | 正の数値

ブロックの基本サンプル時間 (s)。

制御サンプル時間 (s) — 制御サンプル時間

1e-4 (既定値) | 正の数値

制御システムのサンプル時間 (s)。

外部ループ

コントロール タイプ — コントロール タイプ手法

PI コントロール (既定値) | P コントロール | P-PI コントロール

制御手法のタイプを指定します。

コントローラーの比例ゲイン — PI コントローラーの比例ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

PI コントローラーの比例ゲイン。

コントローラーの積分ゲイン — PI コントローラーの積分ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

PI コントローラーの積分ゲイン。

P コントローラーの比例ゲイン — P コントローラーの比例ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

P コントローラーの比例ゲイン。

積分アンチワインドアップ ゲイン — アンチワインドアップ ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

PI コントローラーのアンチワインドアップ ゲイン。

電流指令値 — 電流指令値手法

ゼロ d 軸コントロール (既定値) | ルックアップ テーブル ベース | 自動生成されたルックアップ テーブル

電流指令値手法を選択します。

機械速度ベクトル、wMechanical (rpm) — 回転子の速度ルックアップ ベクトル

[0, 3000] (既定値) | 正の単調増加ベクトル

電流指令値を特定するためにルックアップ テーブルで使用する速度ベクトル (rpm)。

トルク指令値ベクトル、TqRef (N*m) — トルク指令値ルックアップ ベクトル

[-100, 0, 100] (既定値) | 正の単調増加ベクトル

電流指令値を特定するためにルックアップ テーブルで使用するトルク ベクトル (N*m)。

DC リンク電圧ベクトル、Vdc (V) — DC リンク電圧ルックアップ ベクトル

[300, 350] (既定値) | 正の単調増加ベクトル

電流指令値を特定するためにルックアップ テーブルで使用する DC リンク電圧ベクトル (V)。

D 軸電流の指令値行列、id(wMechanical,TqRef,Vdc)、(A) — 指令 d 軸電流値

zeros(2,3,2) (既定値) | 実数行列

直軸電流指令値のルックアップ データ (A)。

Q 軸電流の指令値行列、iq(wMechanical,TqRef,Vdc)、(A) — 指令 q 軸電流値

zeros(2,3,2) (既定値) | 実数行列

横軸電流指令値のルックアップ データ (A)。

変調係数 — 変調係数

1 (既定値) | 正のスカラー

電流指令値を生成するための最大許容相電圧の計算に使用する係数を指定します。

依存関係

このパラメーターは、[電流指令値] が [自動生成されたルックアップ テーブル] に設定されている場合にのみ表示されます。

永久磁石の鎖交磁束 (Wb) — PM の鎖交磁束

0.04 (既定値) | 正のスカラー

永久磁石のピーク鎖交磁束 (Wb)。

D 軸インダクタンス (H) — d 軸のインダクタンス

0.00024 (既定値) | 正のスカラー

直軸インダクタンス (H)。

Q 軸インダクタンス (H) — q 軸のインダクタンス

0.00029 (既定値) | 正のスカラー

横軸インダクタンス (H)。

固定子の抵抗 (Ohm) — 固定子の抵抗

0.01 (既定値) | 正のスカラー

固定子の相あたりの抵抗 (Ohm)。

内部ループ

D 軸電流の比例ゲイン — d 軸の比例ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

直軸電流制御に使用する PI コントローラーの比例ゲイン。

D 軸電流の積分ゲイン — d 軸の積分ゲイン

100 (既定値) | 正の数値

直軸電流制御に使用する PI コントローラーの積分ゲイン。

D 軸電流のアンチワインドアップ ゲイン — d 軸のアンチワインドアップ ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

直軸電流制御に使用する PI コントローラーのアンチワインドアップ ゲイン。

Q 軸電流の比例ゲイン — q 軸の比例ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

横軸電流制御に使用する PI コントローラーの比例ゲイン。

Q 軸電流の積分ゲイン — q 軸の積分ゲイン

100 (既定値) | 正の数値

横軸電流制御に使用する PI コントローラーの積分ゲイン。

Q 軸電流のアンチワインドアップ ゲイン — q 軸のアンチワインドアップ ゲイン

1 (既定値) | 正の数値

横軸電流制御に使用する PI コントローラーのアンチワインドアップ ゲイン。

軸の優先順位付け — 電圧制限器の軸の優先順位付け

Q 軸 (既定値) | D 軸 | D-Q 等価性

ブロックが電圧を制限する際に "d" 軸を優先するか、"q" 軸を優先するか、その比率を維持します。

零点相殺を有効にする — フィードフォワード零点相殺

off (既定値) | on

フィードフォワード パスで零点相殺を有効または無効にします。

プリ制御電圧を有効にする — プリ制御電圧

on (既定値) | off

プリ制御電圧を有効または無効にします。

マシン パラメーター — マシンのパラメーター化

定数パラメーター (既定値) | ルックアップ テーブル ベースのパラメーター

マシンをパラメーター化する方法を指定します。

• 定数パラメーター — シミュレーション全体を通じて一定のマシン パラメーターを指定します。

• ルックアップ テーブル ベースのパラメーター — マシン パラメーターを電流によって決まるルックアップ テーブルとして指定します。

フィードフォワード プリ制御の D 軸インダクタンス (H) — フィードフォワードの d 軸インダクタンス

0.00024 (既定値) | 正のスカラー

フィードフォワード プリ制御の直軸インダクタンス (H)。

フィードフォワード プリ制御の Q 軸インダクタンス (H) — フィードフォワードの q 軸インダクタンス

0.00029 (既定値) | 正のスカラー

フィードフォワード プリ制御の横軸インダクタンス (H)。

フィードフォワード プリ制御の永久磁石の鎖交磁束 (H) — フィードフォワードの鎖交磁束

0.04 (既定値) | スカラー

フィードフォワード プリ制御の永久磁石の鎖交磁束 (H)。

D 軸電流ベクトル、id (A) — d 軸電流のブレークポイントのベクトル

[-200,0,200] (既定値) | 単調増加ベクトル

パラメーターを特定するためにルックアップ テーブルで使用する直軸電流ベクトル (A)。定数マシン パラメーターの場合は、既定の設定を変更しないでください。

Q 軸電流ベクトル、iq (A) — q 軸電流のブレークポイントのベクトル

[-200,0,200] (既定値) | 単調増加ベクトル

パラメーターを特定するためにルックアップ テーブルで使用する横軸電流ベクトル (A)。定数マシン パラメーターの場合は、既定の設定を変更しないでください。

Ld 行列、Ld(id,iq)、(H) — d 軸インダクタンスのルックアップ データ

0.0002 * ones(3, 3) (既定値) | 正の行列

ルックアップ テーブル データとして使用される L_d 行列 (H)。定数マシン パラメーターの場合は、定数係数のみを変更してください (例: L_d * ones(3, 3))。

Lq 行列、Lq(id,iq)、(H) — q 軸インダクタンスのルックアップ データ

0.0002 * ones(3, 3) (既定値) | 正の行列

ルックアップ テーブル データとして使用される L_q 行列 (H)。定数マシン パラメーターの場合は、定数係数のみを変更してください (例: L_q * ones(3, 3))。

永久磁石の鎖交磁束の行列、PM(id,iq)、(Wb) — 鎖交磁束のルックアップ データ

0.04 * ones(3, 3) (既定値) | 実数行列

ルックアップ テーブルで使用する永久磁石の鎖交磁束の行列 (Wb)。定数マシン パラメーターの場合は、定数係数のみを変更してください (例: psim * ones(3, 3))。

PWM

PWM メソッド — パルス幅変調方式

SVM: 空間ベクトル変調 (既定値) | SPWM: 正弦波 PWM

波形の手法を指定します。

サンプリング モード — 波のサンプリング方法

固有 (既定値) | 非対称 | 対称

波が交差したとき、搬送波が一方の境界条件に達したとき、搬送波が両方の境界条件に達したときのいずれの時点でブロックが変調波形をサンプリングするかを指定します。

スイッチング周波数 (Hz) — スイッチング レート

1000 (既定値) | 正の整数

電力コンバーター内のスイッチを切り替えるレートを指定します。

参照

[1] Bernardes, T., V. F. Montagner, H. A. Gründling, and H. Pinheiro. "Discrete-time sliding mode observer for sensorless vector control of permanent magnet synchronous machine." IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 61, Number 4, 2014, pp. 1679–1691.

[2] Carpiuc, S., and C. Lazar. "Fast real-time constrained predictive current control in permanent magnet synchronous machine-based automotive traction drives." IEEE Transactions on Transportation Electrification. Vol.1, Number 4, 2015, pp. 326–335.

[3] Haque, M. E., L. Zhong, and M. F. Rahman. "Improved trajectory control for an interior permanent magnet synchronous motor drive with extended operating limit." Journal of Electrical & Electronics Engineering. Vol. 22, Number 1, 2003, p. 49.

[4] Yang, N., G. Luo, W. Liu, and K. Wang. "Interior permanent magnet synchronous motor control for electric vehicle using look-up table." In 7th International Power Electronics and Motion Control Conference. Vol. 2, 2012, pp. 1015–1019.

拡張機能

C/C++ コード生成
Simulink® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

R2017b で導入

参考

ブロック

• PMSM Current Controller | PMSM Current Controller with Pre-Control | PMSM Current Reference Generator

トピック

• 三相 PMSM 駆動