Simulink 自动代码生成电机控制：关于无传感控制开环启动控制的仿真和开发板运行
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开环启动原理
永磁同步电机开环三步启动是比较传统也是比较常用的启动方式典型的启动有
对齐也说是说的转子预定位就是通过手动给定一个初始角度和一个初始的Iq让转子固定在一个初始的位置。负载大Iq就可以给大一些保证转子初始位置固定。
开环这里模型仿真用的是IF模式就是通过给定一个转速目标转速和开环时间计算出给定转速的步长再通过转速计算出给定的角度。通过开环把电机拉到设定的转速。满足一定的条件如强拉角和估算角误差小于某一个值估算转速达到某一个值
闭环这个环节电机已经切换到估算角控制且Iq通过速度环输出恒转速控制
但是实际应用中强制切换可能会有角度跳变的影响。因此在开环和闭环之间增加了一个切换的状态。在切换过程中强拉角向估算角靠齐达到切换的过程中没有角度突变的情况发生提高开环启动的性能。由于开环角在切换过程中不断接近真实角给定的Iq也会在此期间减小减小范围可根据实际负载进行优化。本方通过建模的方式实现上述功能并通过实际的电机运行验证生成代码和仿真的可靠性。
开环启动建模实现
如下开环启动过程的建模通过stateflow构建一个状态机实现开环启动状态间的切换。
这里状态机功能比较简单从待机状态接收到启动指令后进入对齐状态对齐时间500ms对齐给定Iq随着时间的增加慢慢增加直到达到设定值。
开环状态给定Iq等于对齐状态最终的Iq值角度通过给定时间和给定的目标转速计算得到
切换状态计算出角度误差根据误差进行开环给定角的补偿直到开环强拉解接近估算角且观测器的估算速度达到目标切换转速。
开环启动仿真
常规开环启动波形如下图所示蓝色和黄色是估算角度和实际角度黄色是开环强拉角度切换点直接换成了估算角。
切换点角度和相电流波形可以看到切换的瞬间电角度跳变相电流也发生了短暂的畸变。另外由于开环给定的Iq固定没有切换过程缓冲转速瞬间变大。
优化后的启动过程
蓝色估算黄色强拉强拉角靠近估算角
完整启动过程
启动对齐电机转子固定。
切换点切换后PI输出控制Iq,转速升高电流变大。相比于没有切换状态过程的仿真效果电流没有明显的畸变。电流变大是闭环状态没有达到目标转速2000速度环控制。
代码生成和验证
模型参数按照实际电机的测量参数建模暂不需要改参数就可以直接运行
没有增加切换状态的启动相电流波形空载启动。
带载启动手动加载负载不均匀
增加切换状态切换点Iq减小
加负载后会有Iq减小的过程切换后速度环会有调节
总结
开环启动也是应用比较广泛的启动参数的优化需要根据实际负载特性进行优化。有些应用启动到闭环的过程会出现负载变化的情况也需要根据实际情况进行调整这里通过仿真记录总结了所使用的方法并生成代码到开发板运行。另外很多应用考虑启动到闭环过程的平滑度和速度环PI也有一定的关系。