PMSM Torque Estimator

永久磁石同期機のトルクを推定する

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ライブラリ:
Simscape / Electrical / Control / PMSM Control

説明

PMSM Torque Estimator ブロックは、永久磁石同期機 (PMSM) のトルク推定器を実装します。

このブロックを使用して、モーターの機械トルクが直接測定可能でない場合にその機械トルクを推定します。このブロックは、既知のマシン パラメーターおよび dq0 基準座標系での測定された相電流ベクトルを使用してトルクを推定します。

Park Transform ブロックを使用して、abc 基準座標系での測定された相電流ベクトルを dq0 基準座標系に変換します。

方程式

このブロックは、d-q 回転子基準座標系で次のトルク方程式を使用して PMSM の機械トルク T_e を推定します。

$T_e=\frac{3p}{2}\left({\psi }_m{i}_q+\left(L_d-L_q\right)i_d{i}_q\right),$

ここで、

• p は PMSM の極対数です。

• ψ_m は永久磁石の鎖交磁束です。

• L_d および L_q は、PMSM の d 軸および q 軸のインダクタンスです。

• i_d および i_q は、PMSM の d 軸および q 軸の電流です。

実際には、マシン パラメーターは定数ではなく、物理的な現象に左右されます。これらのパラメーターは単に定数として定義するか、現実に即して、ルックアップ テーブルを使用して電流の関数として定義できます。

仮定

マシン パラメーターは既知です。

例

電気エンジン動力計

この例では、電気自動車の動力計テストをモデル化する方法を説明します。テスト環境には、機械シャフトを介して背面合わせに連結された非同期機 (ASM) と埋込永久磁石同期機 (IPMSM) が含まれています。高圧バッテリーから、制御された三相コンバーターを通して両方のマシンに電力が供給されます。164 kW ASM が負荷トルクを生成します。35 kW IPMSM がテスト対象の電気機です。Control Machine Under Test (IPMSM) サブシステムは、IPMSM のトルクを制御します。コントローラーにはマルチレートの PI ベース制御構造が含まれています。開ループのトルク制御のレートは、閉ループの電流制御のレートより遅くなっています。コントローラーのタスク スケジューリングは、Stateflow® ステート マシンとして実装されます。Control Load Machine (ASM) サブシステムは、シングル レートを使用して ASM の速度を制御します。Visualization サブシステムには、シミュレーション結果を確認できるスコープが含まれています。

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48 V 始動発電機のエネルギー バランス

この例では、単純化された 48 V の車載システムにおいて始動機/発電機として使用される埋込永久磁石同期機 (IPMSM) を説明します。このシステムには、48 V の電気回路網と 12 V の電気回路網が含まれています。内燃エンジン (ICE) は、基本的な機械ブロックで表されます。IPMSM は、ICE がアイドリング速度に達するまでモーターとして動作し、その後は発電機として動作します。IPMSM は、R3 の電力消費源を含む 48 V 回路網に電力を供給します。48 V 回路網は次の 2 つの消費源を含む 12 V 回路網に電力を供給します。R1 および R2。合計シミュレーション時間 (t) は 0.5 秒です。t = 0.05 秒で ICE が始動します。t = 0.1 秒で R3 がオンになります。t = 0.3 秒で R2 がオンになり、12 V 電気回路網の負荷が増加します。EM Controller サブシステムには、外側の電圧制御ループと内側の 2 つの電流制御ループをもつ、マルチレートの PI ベース カスケード制御構造が含まれています。Control サブシステムのタスク スケジューリングは、Stateflow® のステート マシンとして実装されます。DCDC Controller サブシステムは、12 V 回路網に電力を供給する DC-DC 降圧コンバーター用の単純な PI コントローラーを実装します。Scopes サブシステムには、シミュレーション結果を確認できるスコープが含まれています。

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IPMSG の電圧安定化

この例では、埋込永久磁石同期発電機 (IPMSG) をベースとしたハイブリッド電気自動車 (HEV) 用低電圧発電機システムを制御する方法を説明します。Control サブシステムには、外側の電圧制御ループと内側の 2 つの電流制御ループをもつ、マルチレートの PI ベース カスケード制御構造が含まれています。Control サブシステムのタスク スケジューリングは、Stateflow® のステート マシンとして実装されます。Scopes サブシステムには、シミュレーション結果を確認できるスコープが含まれています。内燃エンジンを表す理想的な角速度源が IPMSG を駆動します。IPMSG は、負荷 R1 および R2 に低電圧電力を供給します。t = 0.4 秒で、スイッチが閉じ、負荷が増加します。

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並列 HEV における IPMSM トルク制御

この例では、単純化された並列ハイブリッド電気自動車 (HEV) を説明します。埋込永久磁石同期機 (IPMSM) と内燃エンジン (ICE) が車両に推進力を与えます。IPMSM は、モーター モードと発電機モードの両方で動作します。車両のトランスミッションと差動装置は、ギア減速比の固定されたモデルを使用して実装されています。Vehicle Controller サブシステムは、運転者の入力をトルク指令に変換します。車両制御の手法は、Stateflow® のステート マシンとして実装されます。ICE Controller サブシステムは内燃エンジンのトルクを制御します。Drive Controller サブシステムは IPMSM のトルクを制御します。Scopes サブシステムには、シミュレーション結果を確認できるスコープが含まれています。

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直列 HEV における IPMSM トルク制御

この例では、単純化された直列ハイブリッド電気自動車 (HEV) を推進する埋込永久磁石同期機 (IPMSM) を説明します。高電圧バッテリーに接続された理想的な DCDC コンバーターは、制御された三相コンバーターを通して IPMSM に電力を供給します。内燃エンジン駆動の発電機により高電圧バッテリーが充電されます。車両のトランスミッションと差動装置は、ギア減速比の固定されたモデルを使用して実装されています。Vehicle Controller サブシステムは、運転者の入力を、IPMSM と発電機用の関連指令値に変換します。Drive Controller サブシステムは IPMSM のトルクを制御します。コントローラーにはマルチレートの PI ベース制御構造が含まれています。開ループのトルク制御のレートは、閉ループの電流制御のレートより遅くなっています。コントローラーのタスク スケジューリングは、Stateflow® ステート マシンとして実装されます。Scopes サブシステムには、シミュレーション結果を確認できるスコープが含まれています。

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直並列 HEV における IPMSM トルク制御

この例では、単純化された直並列ハイブリッド電気自動車 (HEV) を説明します。埋込永久磁石同期機 (IPMSM) と内燃エンジン (ICE) が車両に推進力を与えます。ICE はまた運転中に、発電機を使用して高電圧バッテリーの再充電も行います。車両のトランスミッションと差動装置は、ギア減速比の固定されたモデルを使用して実装されています。Vehicle Controller サブシステムは、運転者の入力をトルク指令に変換します。車両制御の手法は、Stateflow® のステート マシンとして実装されます。ICE Controller サブシステムは内燃エンジンのトルクを制御します。Generator Controller サブシステムは発電機のトルクを制御します。Drive Controller サブシステムは IPMSM のトルクを制御します。Scopes サブシステムには、シミュレーション結果を確認できるスコープが含まれています。

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車軸駆動 EV における IPMSM トルク制御

この例では、単純化された車軸駆動電気自動車を推進する埋込永久磁石同期機 (IPMSM) を説明します。高圧バッテリーは、制御された三相コンバーターを通して IPMSM に電力を供給します。IPMSM は、モーター モードと発電機モードの両方で動作します。車両のトランスミッションと差動装置は、ギア減速比の固定されたモデルを使用して実装されています。Vehicle Controller サブシステムは、運転者の入力を、関連するトルク指令に変換します。Drive Controller サブシステムは IPMSM のトルクを制御します。コントローラーにはマルチレートの PI ベース制御構造が含まれています。開ループのトルク制御のレートは、閉ループの電流制御のレートより遅くなっています。コントローラーのタスク スケジューリングは、Stateflow® ステート マシンとして実装されます。Scopes サブシステムには、シミュレーション結果を確認できるスコープが含まれています。

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端子

入力

idq — 固定子電流

ベクトル

PMSM の固定子の直流電流および無効電流 (A)。

データ型: single | double

出力

TqEst — トルク推定

スカラー

PMSM の推定機械トルク値 (N*m)。

データ型: single | double

パラメーター

マシン パラメーター — パラメーター選択戦略

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 パラメーターのタイプを指定します。これは、定数値または表形式データのいずれかの形式にすることができます。

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。

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]A (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。

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]A (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。

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)H (既定値) | 正の行列

ルックアップ テーブル データとして使用する L_d 行列。

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)H (既定値) | 正の行列

ルックアップ テーブル データとして使用する L_q 行列。

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)Wb (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。

D 軸インダクタンス (H) — d 軸のインダクタンス

0.0002 (既定値) | 正のスカラー

直軸インダクタンス。

Q 軸インダクタンス (H) — q 軸のインダクタンス

0.0002 (既定値) | 正のスカラー

横軸インダクタンス。

永久磁石の鎖交磁束 (Wb) — PM の鎖交磁束

0.04Wb (既定値) | 正のスカラー

永久磁石のピーク鎖交磁束。

サンプル時間 (継承は -1) — ブロックのサンプル時間

-1 (既定値) | -1 または正の数値

ブロックのサンプル時間 (継承は -1)。Triggered Subsystem 内でこのブロックを使用する場合は、サンプル時間を -1 に設定します。このブロックを連続可変ステップ モデル内で使用する場合は、サンプル時間を明示的に設定します。

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