Controllo ad orientamento di campo

Sviluppare algoritmi di controllo ad orientamento di campo utilizzando la simulazione

Il controllo ad orientamento di campo consente di controllare la coppia massima per ampere o l'indebolimento del campo per vari tipi di motore, tra cui macchine a induttanza, motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) e motori brushless DC (BLDC).

Il diagramma a blocchi qui sotto mostra un'architettura di controllo ad orientamento di campo che include i seguenti componenti:

  • Controller di corrente costituito da due controller proporzionali integrali
  • Controller della velocità del loop esterno opzionale e generatore di corrente di riferimento
  • Trasformate di Clarke, Park e Park inverse per la conversione da frame stazionari a sincroni rotanti
  • Un algoritmo di modulatore vettoriale spaziale per trasformare i comandi vα e vβ in segnali di modulazione di larghezza di impulso applicati agli avvolgimenti dello statore
  • Protezione e funzioni ausiliarie, inclusa la logica di avvio e spegnimento
  • Observer opzionale per stimare la posizione angolare del rotore se si desidera utilizzare il controllo sensorless

Diagramma a blocchi del controllo ad orientamento di campo.

Gli ingegneri di controllo motori che progettano un controllo ad orientamento di campo eseguono le seguenti operazioni:

  • Sviluppare l’architettura del controller con due controller PI per il loop corrente
  • Sviluppare i controller PI per i loop di posizione e velocità esterni opzionali
  • Ottimizzare i guadagni di tutti i controller PI per soddisfare i requisiti prestazionali
  • Progettare un modulatore vettoriale spaziale per il controllo della PWM
  • Progettare un algoritmo di osservazione per stimare la posizione e la velocità del rotore se si utilizza il controllo sensorless
  • Progettare algoritmi di controllo della coppia massima per ampere o dell'indebolimento del campo per generare id_ref e iq_ref ottimali
  • Implementare trasformate di Park, Clarke e Park inverse computazionalmente efficienti
  • Progettare la logica di protezione e rilevamento dei guasti
  • Verificare e convalidare le prestazioni del controller in diverse condizioni operative
  • Implementare un controller a virgola fissa o mobile su un microcontrollore o un FPGA

La progettazione di controlli ad orientamento di campo con Simulink® consente di utilizzare la simulazione multi-rate per progettare, ottimizzare e verificare gli algoritmi di controllo e rilevare e correggere eventuali errori nell'intero intervallo operativo del motore prima di eseguire il test dell'hardware. La simulazione in Simulink consente ridurre la quantità di test del prototipo e verificare la robustezza degli algoritmi di controllo in condizioni di errore che non è possibile testare sull'hardware. È possibile:

  • Modellare vari tipi di motori, tra cui macchine sincrone e asincrone trifase. Puoi creare e utilizzare alternativamente modelli di diversi livelli di fedeltà, da semplici modelli basati su principi primi o somma concentrata a modelli non lineari basati su flussi ad alta fedeltà creati tramite importazione da strumenti FEA come ANSYS® Maxwell® e JMAG®.
  • Modellare controller di corrente, regolatori di velocità e modulatori.
  • Modellare l’elettronica di potenza di un inverter.
  • Ottimizzare i guadagni del sistema di controllo utilizzando tecniche di progettazione di controlli lineari come il diagramma di Bode e root locus e tecniche come la regolazione PID automatica.
  • Modellare le modalità di avvio, arresto ed errore e progettare la logica di derating e protezione per garantire un funzionamento sicuro.
  • Progettare algoritmi di osservazione per stimare la posizione e la velocità del rotore.
  • Ottimizzare id_ref e iq_ref per ridurre al minimo le perdite di potenza, garantire il funzionamento al di sopra della velocità nominale del rotore e assicurare il funzionamento corretto in caso di incertezze parametriche.
  • Progettare algoritmi di condizionamento ed elaborazione di segnali per i canali I/O.
  • Eseguire simulazioni a circuito chiuso del motore e del controller per verificare le prestazioni del sistema in condizioni operative normali e anomale.
  • Generare automaticamente codice C ANSI, ISO oppure ottimizzato per processori specifici e HDL per la prototipazione rapida, i test hardware-in-the-loop e l’implementazione di produzione.

Controllo ad orientamento di campo con Simulink

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