Mathworks Melda Ulusoy
在此视频中,您将学习如何模拟换向逻辑,并建立反馈控制环路以控制使用Simscape Electrical™的BLDC电机的速度。
下载在此视频中使用的模型。
查看这个视频了解更多关于调整BID电机控制的PID收益和这个技术谈论视频要了解BLDC速度控制算法的不同组件如何,如换向逻辑,传感器和三相逆变器,工作。
在上一个视频中,我们建模了三相逆变器,将直流电源转换为三相电流以控制BLDC电机。三相逆变器的输入是一种切换图案,其控制电动机的相位对的开关状态。在先前的视频中,我们使用静态切换图案来激励阶段A和C,并且观察到转子与定子磁场以30度对齐。在此视频中,我们将向该模型添加换向逻辑以动态地改变转子连续旋转的开关模式。
正如我们在我们的第二次技术谈话视频中讨论的那样,我们需要一个霍尔效应传感器来确定转子所在的扇区。换向逻辑然后使用当前扇区选择相应的切换模式。让我们从建模霍尔效应传感器开始。在实践中,霍尔效应传感器感测每个阶段周围的磁场以确定当前扇区。然而,对于模拟目的,我们假设我们知道我们将从中计算扇区的角度转子位置。霍尔效应传感器模型的逻辑应该如下:如果转子在0到60度之间,则表示转子是在第一扇区中,因此我们应该输出1.同样,我们完成后有五种情况转子的全旋转。
让我们在这里保持这张表,并尝试在Simulink中模拟相同的逻辑。万博1manbetx角位置θ始终在0到360度之间,这意味着在转子的每次全旋转之后,我们应该将θ重置为0度。我们可以通过使用数学函数块中的剩余功能来执行此操作。我们将输入Theta和恒定值为360到此块,然后将其余部分从θ的剩余部分返回360度。我们还将在此处插入增益块,然后输入我们的案例中的杆对P的数量,并已在MATLAB工作区中定义。这样我们就代表了电视量的转子位置。现在我们已准备好在这个逻辑上工作。
对于每种情况,我们需要检查两个条件。要实现第一个检查,我们添加了一个常量块,我们设置为0.然后我们抓住一个关系运算符块,然后选择正确的操作员我们想要使用,以便与0比较0.同样,我们模拟了第二个条件。当满足两个这些条件时,我们希望将该扇区设置为1.我们可以通过使用AND GATE以及表示扇区号的增益来执行此操作。请注意,逻辑运算符输出布尔值,我们需要将其转换为与增益相同的数据类型。我们可以使用数据类型转换块来执行此操作,该块采用布尔值并将其转换为其继承的数据类型。
根据该逻辑,当满足两个条件时,AND Operator将返回1,并且扇区将设置为1.如果不满足任何一个条件,则输出将为0,因为这将意味着转子在另一个部门。
要实现其余条件,我们可以简单地复制和粘贴此部分,然后调整图片中的值。现在产生的值的总和将为我们提供扇区号码。请注意,在每次只有其中一个输出将是正面的,其余的将是0.让我们选择此部分并创建将调用传感器的子系统。
现在我们完成了计算该扇区,我们可以使用它来模拟换向逻辑。正如我们在第二技术谈话视频中讨论的那样,换向逻辑基本上类似于包含所有可能的开关模式的表,并在正确的序列中输出它们,以基于扇区信息正确旋转转子。
在这里,我们有第一个切换模式。让我们断开它并添加我们在图片中看到的剩余切换模式。为了选择基于扇区的模式,我们将使用交换机。我们使用MultiPort交换机块。我们需要六个输入,我们连接到我们刚刚创建的交换模式。第一个输入通过讲述要选择的模式,因此我们需要连接扇区。让我们选择所有这些并创建一个我们可以调用“换向逻辑”的子系统。通过将我们封闭在电机周围的环,这使我们能够基于我们通过使用Hall Effect传感器确定的扇区来连续旋转的正确旋转。
我们现在将记录切换模式以及“θ”。我们将使用与上一个视频的相同脚本使用记录信号来为模拟结果设置动画。我们首先运行模拟,然后通过在命令行中键入其名称来调用我们的脚本。我们看到一切都按预期工作。这意味着我们正确地计算了该扇区,并基于换向逻辑选择右切换模式。现在我们正在控制我们的电机,但只能以恒定的速度,如在这里。因为电源电压是恒定的。为了能够以不同的速度运行电机,我们需要一个反馈控制器,可以将电源电压调节到三相逆变器。为了构建该控制回路,我们首先需要计算所需和测量速度之间的误差,然后将其馈送到控制器以调整电压电平。我们测量传感器块下方的速度。 Let’s first output the measured speed with an Outport block. We will compare it to a desired speed which we can model using a repeating sequence changing gradually from 0 to 900 RPMs. We insert a Sum block to compute the error between desired and measured speeds which we then input into a PID controller. For speed control, we choose to use a discrete PI-controller. As I tuned the gains before and already know what values work well for my system, I’ll just enter them here. Next, we add a unit delay to prevent any algebraic loop that may occur in this model. Now, we need to feed the voltage computed by the controller into the three-phase inverter. So, we remove the current voltage source and replace it with an ideal voltage source which provides the commanded voltage regardless of the current passing through it.
接下来,我们将在模拟系统后,记录不同的信号以便能够在模拟系统之后查看它们。现在,我们可以运行模型并查看所需的和测量速度以及控制器计算的电压。我们看到三相逆变器的电压由控制器调节,测量速度成功跟踪所需的速度。注意电压和电机速度如何比例地更改。
总而言之,在此视频中,我们向您展示了如何模拟换向逻辑,并使用反馈控制器控制电机速度。在该模型中,我们使用理想的电压源来调节电压电平。但实际上,电源电压是固定的,我们需要使用称为PWM或脉冲宽度调制的技术来调整它。下次,我们将讨论PWM和不同架构以实现PWM控制。
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