Induction Machine Direct Torque Control with Space Vector Modulator

SVM による誘導機の DTC 構造

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Simscape / Electrical / Control / Induction Machine Control

説明

Induction Machine Direct Torque Control with Space Vector Modulator は、空間ベクトル変調器 (SVM) による誘導機の直接トルク制御構造 (DTC) を実装します。このブロックを使用して、誘導機を制御するインバーターのゲート パルスを生成します。次のブロック線図は、ブロックの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。

• 指令トルク T* と磁束 ψ* を指定します。

• Flux and Torque Estimator は、実際のトルク T と磁束 ψ を測定された相電流 i_abc と相電圧 v_abc から推定します。

• 2 つの PI コントローラーは、d と q の基準電圧 v_d および v_q をそれぞれ磁束とトルクの誤差から求めます。

• SVM は、誘導機を駆動するインバーターの制御に必要なゲート パルス G_ij を生成します。添字 i は位相 (a、b、または c) に対応します。添字 j は高信号 H または低信号 L に対応します。

Flux and Torque Estimator

トルクと磁束を推定するために、このブロックは静止 ɑβ 基準座標系で後退オイラー法を使用して、マシンの電圧方程式を離散化します。ɑβ 座標系の固定子磁束の離散時間方程式は、次のとおりです。

${\psi }_{\alpha }=\left(v_{\alpha }-i_{\alpha }{R}_s\right)\frac{T_{s}z}{z-1}$

${\psi }_{\beta }=\left(v_{\beta }-i_{\beta }{R}_s\right)\frac{T_{s}z}{z-1}$

ここで、

• v_ɑ および v_β は、それぞれ ɑ 軸および β 軸の電圧です。

• i_ɑ および i_β は、それぞれ ɑ 軸および β 軸の電流です。

• Ψ_ɑ および Ψ_β は、それぞれ ɑ 軸および β 軸の固定子磁束です。

• R_s は固定子の抵抗です。

ブロックはトルクと合計固定子磁束を次のように計算します。

$T=\frac{3p}{2}\left({\psi }_{\alpha }{i}_{\beta }-{\psi }_{\beta }{i}_{\alpha }\right)$

${\psi }_s=\sqrt{{\psi }_{\alpha }^2+{\psi }_{\beta }^2}$

ここで、

• p は極対数です。

• Ψ_s は合計固定子磁束です。

空間ベクトル変調器

SVM は、目的の電圧を、インバーターの制御に使用するゲート パルスに変換します。次の図は、三相インバーターが取り得るスイッチング状態を示しています。

六角形は空間ベクトル図を表します。6 つの各頂点は、三相インバーターが取り得るスイッチング状態 (G_AH,G_BH,G_CH) を表します。各低ゲートは、対応する高ゲートとして逆の状態を取ります。インバーターの図は、現在の状態を示しています。

空間ベクトル図の回転ベクトルは、マシンの目的の電気周波数で回転する複素数基準電圧ベクトルに対応します。実際には、スイッチング周波数はこの電気周波数よりはるかに高速です。そのため、インバーターは、現在の領域 Ri と (0,0,0) に対応するゼロ状態を含む 2 つの状態の間で継続的に切り替わり、目的の電圧を生成します。

この手法の実装の詳細については、PWM Generator (Three-phase, Two-level) ブロックを参照してください。

例

空間ベクトル変調器による非同期機の直接トルク制御

この例では、空間ベクトル変調器で直接トルク制御法を使用して非同期機 (ASM) を制御する方法を説明します。PI ベースの速度コントローラーはトルクの指令値を与えます。直接トルク コントローラーは、空間ベクトル変調器に必要な基準電圧を生成します。DC 電圧源は、制御された平均値電圧源コンバーターを通して ASM に電力を供給します。

• モデルを開く

端子

入力

FluxRef — 磁束

スカラー

指令固定子磁束。

データ型: single | double

TqRef — トルク

スカラー

指令トルク。

データ型: single | double

vabc — 電圧

ベクトル

固定子の相電圧。

データ型: single | double

iabc — 電流

ベクトル

固定子の相電流。

データ型: single | double

Vdc — DC リンク電圧信号

スカラー

コンバーターの DC リンク電圧。

データ型: single | double

Reset — コントローラーのリセット

スカラー

PI コントローラー積分器のリセット。

データ型: single | double

出力

G — ゲート パルス

ベクトル | 0 または 1

インバーターのゲート パルス。このブロックはデッド タイムを考慮しません。

データ型: single | double

ModWave — 変調波

ベクトル

PWM 対応ハードウェアを備えたプラットフォーム用のコードを生成する場合に、ハードウェアに展開する変調波。それ以外の場合は、これは参考用のデータです。

パラメーター

一般

固定子の抵抗 (Ohm) — 抵抗

0.25 (既定値) | 正のスカラー

マシンの固定子の抵抗。

極対数 — 極数

1 (既定値) | 正の整数

マシンの極対数。

インバーター DC リンク電圧のしきい値 (V) — 電圧

300 (既定値) | 正のスカラー

電力インバーターを有効にするための電圧しきい値。

基本サンプル時間 (s) — SVM サンプル時間

5e-6 (既定値) | 制御サンプル時間未満の正のスカラー

空間ベクトル変調器のサンプル時間。基本サンプル時間は、制御サンプル時間より小さくなければなりません。

制御サンプル時間 (s) — PI サンプル時間

5e-5 (既定値) | 基本サンプル時間より大きい正のスカラー

PI コントローラーのサンプル時間。制御サンプル時間は、基本サンプル時間より大きくなければなりません。

スイッチング周波数 (Hz) — スイッチング レート

1000 (既定値) | 正のスカラー

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。

制御パラメーター

磁束コントローラーの比例ゲイン — 磁束 PI の比例ゲイン

150 (既定値) | 正のスカラー

磁束コントローラーの比例ゲイン。

磁束コントローラーの積分ゲイン — 磁束 PI の積分ゲイン

3000 (既定値) | 正のスカラー

磁束コントローラーの積分ゲイン。

磁束コントローラーのアンチワインドアップ ゲイン — 磁束 PI のアンチワインドアップ ゲイン

1 (既定値) | 正のスカラー

磁束コントローラーのアンチワインドアップ ゲイン。

トルク コントローラーの比例ゲイン — トルク PI の比例ゲイン

1 (既定値) | 正のスカラー

トルク コントローラーの比例ゲイン。

トルク コントローラーの積分ゲイン — トルク PI の積分ゲイン

50 (既定値) | 正のスカラー

トルク コントローラーの積分ゲイン。

トルク コントローラーのアンチワインドアップ ゲイン — トルク PI のアンチワインドアップ ゲイン

1 (既定値) | 正のスカラー

トルク 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。

参照

[1] Buja, G. S., and M. P Kazmierkowski. "Direct Torque Control of PWM Inverter-Fed AC Motors—A Survey." IEEE Transactions on Industrial Electronics 51, no. 4, (2004): 744 - 757.

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

R2018a で導入

参考

ブロック

• Induction Machine Current Controller | Induction Machine Direct Torque Control | Induction Machine Direct Torque Control (Single-Phase) | Induction Field-Oriented Control | Induction Machine Field-Oriented Control (Single-Phase) | Induction Machine Induction Flux Observer | Induction Machine Scalar Control