电机控制杂谈——以袁雷老师滑模控制模型为例子,如何搭建准确的电机仿真模型

网上的电机控制模型一大堆,可能初学者看的最多的就是袁雷老师的教材了。

袁老师的教材年份也比较早了,都已经是十年前的东西了,教材中有些缺漏还是需要修改修改的。即使教材中有些不当之处,但是这边教材的贡献还是不可否认的,建议初学者可以看看这篇教材提供的模型****(CSDN上可以免费获取的)****。

滑模控制是电机里面最最最常用的一种非线控制策略了。滑模控制我就不详细说了,知乎或者CSDN上面都有很多的讲解。我们就来看看袁老师构建的滑模控制simulink仿真吧。

1.教材中的模型展示

教材中的仿真参数如下:

这里注意一下,开关频率10kHz对应的开关周期=100us,但是仿真的采样周期设置为10us,这是不合理的。对于一般本科生或者是研究生做实验而言,都会采用单采单更的形式。具体可以看我之前的这篇知乎。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/678697436https://zhuanlan.zhihu.com/p/678697436

下面这是教材中的仿真模型:

我们先用simulink里自带的功能,看看这个系统的各个模块的计算时间分别为多少呢。

可以看的,图中红色的部分,也就是转速环和电流环的计算频率是100kHz(对应10us),这显然是不太合理的,一般实验中用的都是10kHz。虽然FPGA可以做到这么高频率,但是一般的实验室也不会有这么贵的控制器。

除了红色的模块,其余黑色的模块都是按照连续域进行计算。例如模型中的三相电流以及转速,按照连续域进行计算就相当于,所有时刻的电流波形你都采集了。实验中的电流的采样周期一般=开关周期=10kHz,而这个模型是不停的采样,那肯定是与实际差别比较大的咯。

我们把这个Uq参考值放到示波器来看看波形

我们放大波形来看看,可以看的,在任何时刻,Uq参考值都是完全连续的。而实际控制的中的Uq参考值一般都是10kHz计算一次。

2.教材中的模型纠正

(1)初始化模块

下面这是教材中的参数初始化模块以及PWM模块。

这个地方我想说的是,教材中把一部分变量在初始化模块进行定义了。而有一部分呢,比如直流母线电压311,开关周期0.0001s则是用数字的形式写在对应的地方。

虽然这样写也没有什么问题,但是你想改参数的话,就会比较麻烦。我是习惯把所有参数都在初始化模块里面写好,想改什么参数就直接在初始化里面改数值就好了,不用在模型里面一个一个进行修改。下面这是我的初始化模块、PWM模块以及电机模块参数设置。

2 采样 模块

为了使得控制系统的数据输入频率是10kHz,我们要在simulink模块数据输出的这个bus总线这里加上一个零阶保持器ZOH,ZOH的采样时间设置为1e-4,即100us采样一次。

(3)电流环模块

教材的电流环模块如下,电流环由PI调节器加状态解耦补偿构成。PI调节器内部设置了积分限幅以及输出限幅。

教材的状态解耦补偿是加在电流环限幅之后,而我的一般是把状态解耦补偿是加在电流环限幅之前的。 这两者性能上有何区别我还没有考虑过。但是关于状态解耦补偿、积分限幅以及输出限幅的内容,我往期都已经讲到过了。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/682880365https://zhuanlan.zhihu.com/p/682880365

https://zhuanlan.zhihu.com/p/663825561https://zhuanlan.zhihu.com/p/663825561

https://zhuanlan.zhihu.com/p/683953136https://zhuanlan.zhihu.com/p/683953136

(4)一拍延时的加入

为了模拟数字控制器的一拍延时,这里还要加上一个delay模块。

(5)求解器的设置

这个我往期知乎也有说到

3.模型纠正前后的对比

按照上述方式修改后的仿真模型如下。仿真工况是给定转速1000r/min,0.2s突加10Nm负载。


修改前的模型
修改后的模型

上述这两个简单的模型(修改前、修改后的模型),无偿分享,只需要关注我的知乎并私信我即可。(你得告诉我你是从CSDN过来的)


4.仿真模型的进一步优化

对原先的离散化模型做了进一步优化。

(1) 修正了模型中的公式错误

修改前的模型
进一步修正后的模型

转矩脉动明显降低,转速超调量明显下降。

(2) 加了入转速滤波模块

(3) 加入了死区模块

标题

(4) 将所有参数统一设置

这样设置是为了方便修改模型参数。


进一步优化的模型已上架某鱼。前面两个模型仍旧是无偿的 ,仅最新更新的、最终优化完善的模型有偿。 https://m.tb.cn/h.giXCkCI?tk=5ezE3YwcD7Ghttps://m.tb.cn/h.giXCkCI?tk=5ezE3YwcD7G

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