СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2015

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 78 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2015 Время, с НСКО = 1,67% НСКО = 0,818% 1200 1000 800 600 400 200 0 0 2 3 4 5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Время, с Скорость ротора, обороты в минуту Фаза А ток I А , А Симуляция Тестирование на оборудовании Симуляция Тестирование на оборудовании 6 4 2 0 –2 –4 –6 1 Создание высокоточной модели электродвигателя для проектирования системы управления и верификации Рис. 1. Сравнение результатов симуляции (синяя кривая) и аппаратного тестирования (красная кривая) для скорости ротора (слева) и фазного тока (справа) В статье описана последовательность операций при создании модели синхронной машины с постоянными магнитами с использованием программных пакетов MATLAB/Simulink и стандартного лабораторного оборудования. Брэд Хип, Юрий Орлов, Департамент Mathworks, Softline В ВЕДЕНИЕ Точная программная модель техни- ческих средств является теоретическим фундаментом проектирования систе- мы управления на основе модельно- ориентированного проектирования (МОП). С помощью грамотно постро- енной программной модели инженеры могут проверить работоспособность своей системы управления, прово- дить испытания с моделью, включён- ной в контур управления, настраивать коэффициенты посредством симуля- ции, оптимизировать проект и анали- зировать варианты, что было бы труд- но или опасно реализовать на настоя- щем объекте. Несмотря на все эти преимуще- ства, инженеры неохотно тратят вре- мя и ресурсы на создание и проверку модели объекта. Их беспокоят вполне понятные вопросы: сколько времени займёт период симуляции, какие обла- сти знания и инструменты потребуют- ся для построения и проверки модели, и какое оборудование понадобится для сбора данных, необходимых для под- тверждения правильности модели. В этой статье описывается после- довательность операций при созда- нии модели синхронной машины с постоянными магнитами (СМПМ) с использованием программных паке- тов MATLAB и Simulink и стандартного лабораторного оборудования. Процесс включает в себя три этапа: ● выполнение испытаний; ● идентификация параметров модели по результатам испытаний; ● проверка параметров посредством симуляции. Автор использовал модель объек- та для построения и настройки замк- нутой модели системы управления СМПМ. Проводилось снятие пере- ходной характеристики и выбега как при помощи симуляции на программ- ной модели объекта и регулятора, так и при помощи тестирования на реаль- ном СМПМ с использованием системы тестирования в реальном времени xPC Target Turnkey, на которой был реали- зован регулятор. Было установлено значительное совпадение результатов симуляции и аппаратного тестирования. При этом величина нормированного среднеква- дратического отклонения (НСКО) для основных сигналов, таких как скорость ротора и фазные токи двигателя, соста- вила менее 2% (см. рис. 1). М ОДЕЛЬ ОБЪЕКТА И ЕЁ ПАРАМЕТРЫ Модель СМПМ, разработанная в программных пакетах расширения MATLAB: SimPowerSystems и Simscape, в данном примере включает в себя электродвигатель и нагрузку – акри- ловый диск. Модель имеет 9 параме- тров, которые определяют её поведе- ние: один связан с нагрузкой (инерция диска), и восемь – с электродвигателем (см. рис. 2). Модель состоит из подсистемы с алгоритмами управления (Embed- ded Processor – встроенный процес- сор), подсистемы с моделью объек- та (PMSM inverter and disc – инвер- тор и диск), блоков формирователей входных воздействий и блоков визу- ализации результатов моделирова- ния. В подсистеме с моделью объ- екта содержатся блоки, моделирую- щие инвертор, СМПМ и акриловый диск. Для моделирования инвертора и СМПМ использованы базовые бло- ки из библиотеки SimPowerSystems. Для моделирования акрилового дис- ка использованы базовые блоки из библиотеки механических компонен- тов Simscape. Блок, который модели- рует инвертор и СМПМ, подключён к блоку, моделирующему акриловый диск через линии связи, которые име- ют физический смысл идеальных, не имеющих массы, вращающихся валов. Модель СМПМ построена с учётом сле- дующих допущений: ● модель воздушного зазора является однородной, то есть пренебрегает моментом от зубцовых гармониче- ских помех магнитному полю;