控制书籍Applied Control of Electrical Drives:Real Time Embedded and Sensorless Contr

zgq800712

Applied Control of Electrical Drives  Real Time Embedded and Sensorless Control using VisSim™ and PLECS™

蹩脚翻译：电气驱动控制应用  基于VisSim™ and PLECS™  嵌入式无感控制
Real Time Embedded 应该是说 InstaSPIN，全篇用的是F28069M的片子和TI的一个开发板。


Duco W.J. Pulle
Pete Darnell
André Veltman


Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Importance of Electrical Drives and Electrical Machines . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Key Components of the Electrical Drive System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Notational Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.1 Voltage and Current Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.2 Mechanical Conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Use of Building Blocks to Represent Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4.1 Fixed Point Versus Floating Point Representation . . . . . . . . . . . . 7
1.4.2 Use of Scaling for Fixed Point Formatted Numbers . . . . . . . . . . 8
1.4.3 Continuous and Discrete Time Operational Issues . . . . . . . . . . . . 9
1.4.4 Basic Control Block Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Drive Principles and Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1 Control of Electrical Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.1 Helicopter Example. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.2 Use of a Speed Control Loop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.3 Torque Production Mechanism in Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.4 Machine Modeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1.5 Current Control for Electrical Drives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.6 Space Vector Modulation and Timing Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2 Drive Development for Real-Time Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3 Module 1: Lab Sessions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1 Laboratory 1:1: Open-Loop Voltage Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.1 Lab 1:1: Phase A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.1.2 Lab 1:1: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1.3 Lab 1:1: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1.4 Lab 1:1: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2 Laboratory 1:2: Open-Loop Current Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2.1 Lab 1:2: Phase A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2.2 Lab 1:2: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.3 Lab 1:2: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.4 Lab 1:2: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3 Laboratory 1:3: FOC Sensored Control of PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.1 Lab 1:3: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.2 Lab 1:3: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.3 Lab 1:3: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.4 Laboratory 1:4: Use of SpinTAC Motion Control Suite . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4.1 Lab 1:4: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.2 Lab 1:4: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.4.3 Lab 1:4: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.5 Laboratory 1:5: Voltage/Frequency and Speed Control of IM. . . . . . . . 96
3.5.1 Lab 1:5: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.5.2 Lab 1:5: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.5.3 Lab 1:5: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.6 Laboratory 1:6: FOC Sensored Control of IM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.6.1 Lab 1:6: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.6.2 Lab 1:6: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
3.6.3 Lab 1:6: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.7 Laboratory 1:7: Dual Control of a IM and PM Machine . . . . . . . . . . . . . . 121
3.7.1 Lab 1:7: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.7.2 Lab 1:7: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.7.3 Lab 1:7: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4 Module 2: Lab Sessions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.1 Importance of Sensorless Control and Introduction
to InstaSPIN-FOC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.2 Laboratory 2:1: FOC Sensorless Control of a PM Machine . . . . . . . . . . 139
4.2.1 Lab 2:1: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.2.2 Lab 2:1: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4.2.3 Lab 2:1: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3 Laboratory 2:2: PM FOC Sensorless Control
with Motor Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.3.1 Lab 2:2: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
4.3.2 Lab 2:2: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
4.3.3 Lab 2:2: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4.4 Laboratory 2:3: PM FOC Sensorless Control with Field Weakening 181
4.4.1 Lab 2:3: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
4.4.2 Lab 2:3: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
4.5 Laboratory 2:4: Commissioning a PM Drive
for Sensorless Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
4.5.1 Lab 2:4: Voltage Controller, Phase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
4.5.2 Lab 2:4: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
4.6 Laboratory 2:5: Dual Control of Two PM Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
4.6.1 Lab 2:5: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
4.6.2 Lab 2:5: Phase CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
5 Module 3: Lab Sessions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5.1 Introduction to Sensorless Control for Induction Machines . . . . . . . . . . 213
5.2 Laboratory 3:1: FOC Sensorless Control of a IM Machine . . . . . . . . . . . 216
5.2.1 Lab 3:1: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
5.2.2 Lab 3:1: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
5.2.3 Lab 3:1: Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
5.3 Laboratory 3:2: IM FOC Sensorless Control
with Motor Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
5.3.1 Lab 3:2: Phase B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
5.3.2 Lab 3:2: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
5.3.3 Lab 3:2: Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
5.4 Laboratory 3:3: Efficient FOC Drive Operation
of Induction Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
5.4.1 Lab 3:3: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
5.4.2 Lab 3:3: Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
5.5 Laboratory 3:4: Commissioning a IM Drive for Sensorless Operation 266
5.5.1 Lab 3:4: Voltage Controller, Phase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
5.5.2 Lab 3:4: Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
5.6 Laboratory 3:5: Dual Control of IM and PM Machine . . . . . . . . . . . . . . . . 278
5.6.1 Lab 3:5: Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
5.6.2 Lab 3:5: Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
6 VisSim Based Case Studies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
6.1 Case Study V1: Helicopter Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
6.1.1 Case Study V1a: Helicopter Drive:
Commissioning, Phase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
6.1.2 Case Study V1a: Helicopter Drive:
Commissioning, Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
6.1.3 Case Study V1b: Helicopter Drive: Sensorless
Operation, Phase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
6.1.4 Case Study V1b: Helicopter Drive: Sensorless
Operation, Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
6.2 Case Study V2: CoMoCo Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
6.2.1 Case Study V2a: CoMoCo Drive:
Commissioning, Phase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
6.2.2 Case Study V2a: CoMoCo: Commissioning, Phase C+ . . . . . . 321
6.2.3 Case Study V2b: CoMoCo Drive: Sensorless
Operation, Phase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
6.2.4 Case Study V2b: CoMoCo Drive: Sensorless
Operation, Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
6.2.5 Case Study V2c: CoMoCo Drive: PFC+boost, Introduction . 338
6.2.6 Case Study V2c: CoMoCo Drive: PFC+boost,
Phase C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
6.2.7 Case Study V2c: CoMoCo Drive: PFC+boost,
Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
6.3 Case Study V3: e-Traction Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
6.3.1 Case Study 3a: e-Traction Drive: Commissioning, Phase C. . 350
6.3.2 Case Study V3a: e-Traction Drive:
Commissioning, Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
6.3.3 Case Study V3b: e-Traction Drive: Sensorless
Operation, Phase C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
6.3.4 Case Study 3b: e-Traction Drive: Sensorless
Operation, Phase C+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
7 PLECS Based PIL Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
7.1 Case Study P1: e-Traction Converter with Marathon IM Motor. . . . . . 373
7.1.1 Case Study P1a: e-Traction Converter with
Marathon IM Motor: PIL Drive Commissioning. . . . . . . . . . . . . . 376
7.1.2 Case Study P1b: e-Traction Converter with
Marathon IM Motor: PIL Drive Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
7.2 Case Study P2: Motor Identification Using InstaSPIN
and PIL Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384
7.2.1 Case Study P2a: Motor Identification Using
InstaSPIN and PIL Technology: PIL Drive Commissioning . 387
7.2.2 Case Study P2b: Motor Identification Using
InstaSPIN and PIL Technology: PIL Drive Operation . . . . . . . . 389
7.2.3 Case Study P2c: Motor Identification Using
InstaSPIN and PIL Technology: ‘Normal Drive’ Operation . . 392
7.3 Case Study P3: e-Traction Converter with Single-Phase
IM Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
7.3.1 Case Study P3a: e-Traction Converter with Single
Phase IM Motor: PIL Drive Commissioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
7.3.2 Case Study P1b: e-Traction Converter with Single
Phase Induction Motor: PIL Drive Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . 402
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
List of symbols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
List of indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

      

      


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