root/pmsm/simulator_zdenek/demo_example/simulator.cpp @ 278

Revision 278, 7.4 kB (checked in by smidl, 15 years ago)

props

  • Property svn:eol-style set to native
Line 
1/*
2   Simulator of Vector Controlled PMSM Drive
3
4   This module is background for PMSM drive object design and
5   introduces basic functions ... set_parameters() and eval().
6
7   Z. Peroutka
8
9Rev. 16.3.2008
10
11*/
12
13#include <math.h>
14#include "regulace.h"
15#include "simulator.h"
16
17#define REZIM_REGULACE  1       // 0...reg. momentu, 1...reg.rychlosti, 2... Isqw=sqrt(Imax^2-Id^2) - max. moment
18
19void set_parameters(double Rs0, double Ls0, double Fmag0, double Bf0, double p0, double kp0, double J0, double Uc0, double DT0, double dt0);
20void eval(double Ww);
21
22// local functions
23static void pwm(unsigned int mod);
24static double ubytek(double I);
25static void pmsm_model(unsigned int mod);
26
27
28// simulator properties ///////////////////////
29static double Rs,Ls,Fmag,Bf,p,kp,J;        // parameters of PMSM model
30static double Ucn,Uc,DT,U_modulace;        // dc-link voltage and dead-time
31static double Urm_max;                     // field weakening
32static double h,h_reg,h_reg_real;          // simulation step and sampling of employed loops
33unsigned int h_reg_counter,h_reg_counter_mez;       // emulation of DSP operation
34
35static double va_char[16]={0,10,50,100,200,300,500,1000, 0,1,1.8,2.4,3.2,3.8,4.8,6.8};    // ubytky
36static unsigned int pocet=8;            // velikost VA-charky
37
38// system state
39double x[9]; // (isx,isy,wme,theta_e,M,Fsd,Isd,Isq,Mz)
40
41// internal variables of PWM module
42static int smer, smer2, citac, citac2, citac_PR, modulace;
43
44// internal variables of PMSM model
45static double dIsx,dIsx1,dIsx2,dIsx3,dIsy,dIsy1,dIsy2,dIsy3;
46static double dTheta,dTheta1,dTheta2,dTheta3;
47static double dw,dw1,dw2,dw3;
48
49// system measures
50static double Isx, Isy, theta, speed;
51
52// control
53static double u[2]={0.,0.};             // format u={Um, beta}
54static double us[2]={0.,0.};    // format us={us_alfa, us_beta}
55
56// output for EKF (voltages and measured currents, which are fed to KalmanObs)
57static double KalmanObs[4]={0.,0.,0.,0.};      // usx, usy, Isx, Isy
58
59// real-time
60static double t=0.;
61
62void set_parameters(double Rs0, double Ls0, double Fmag0, double Bf0, double p0, double kp0, double J0, double Uc0, double DT0, double dt0)
63{
64  int tmp_i;
65
66  // simulator parameters setup
67  Rs=Rs0;
68  Ls=Ls0;
69  Fmag=Fmag0;
70  Bf=Bf0;
71  p=p0;
72  kp=kp0;
73  J=J0;
74  Ucn=600.;
75  Uc=Uc0;
76  DT=DT0;
77
78  // control setup
79  Urm_max=0.95;
80
81  // simulator sampling - fixed setup
82  h=dt0;
83  h_reg=125e-6;         // fpwm = 4kHz
84  h_reg_counter_mez=(int)(h_reg/h);         // emulation of operation of DSP timer
85  h_reg_counter=h_reg_counter_mez;
86  h_reg_real=h_reg_counter_mez*h;           // real sampling period
87
88  // reset of the system state variables
89  for (tmp_i=0;tmp_i<9;tmp_i++)
90    x[tmp_i]=0.;
91
92  // emulation of the first measure
93  Isx=0.;Isy=0.;theta=x[3];speed=x[2];
94
95// === init of particular modules of simulator ===
96  // PWM init
97  smer=-1; smer2=-1;
98  citac=0;
99  citac2=abs(0-(DT/h));
100  citac_PR=h_reg_counter_mez;
101
102  modulace=1;           // THIPWM
103  if (modulace==1)
104    U_modulace=Ucn/sqrt(3.);
105  else
106    U_modulace=Ucn/2.;
107
108  // PMSM model init
109  dIsx=0;dIsx1=0;dIsx2=0;dIsx3=0;dIsy=0;dIsy1=0;dIsy2=0;dIsy3=0;
110  dTheta=0;dTheta1=0;dTheta2=0;dTheta3=0;
111  dw=0;dw1=0;dw2=0;dw3=0;
112
113  init_regulace(Ls,Fmag,kp,p,h_reg_real);
114}
115
116
117static void pwm(unsigned int mod)
118// mod ... mod=0 - sinusoidal PWM; mod=1 - PWM with injected 3rd harmonic
119{
120  unsigned int i;
121  double iabc[3], ur[3],ustr[3],ua,ub,uc;
122  double dtr[3],dd[3];
123  double Um, beta;
124  double U3;
125  double up, up2;
126
127  Um=*u;
128  beta=*(u+1);
129
130  // emulation of carrier - timer
131  up=((double)citac/citac_PR-0.5)*Ucn;
132  up2=((double)citac2/citac_PR-0.5)*Ucn;
133
134  iabc[0]=*x;
135  iabc[1]=(-*x+sqrt(3.)**(x+1))/2.;
136  iabc[2]=(-*x-sqrt(3.)**(x+1))/2.;
137
138  if (mod==0)   // sin. PWM
139  {
140    ur[0]=Um*cos(beta);
141    ur[1]=Um*cos(beta-2./3.*M_PI);
142    ur[2]=Um*cos(beta+2./3.*M_PI);
143  }
144  else                  // PWM with injected 3rd harmonic
145  {
146    U3=0.17*cos(3.*beta);
147    ur[0]=Um*(cos(beta)-U3);
148    ur[1]=Um*(cos(beta-2./3.*M_PI)-U3);
149    ur[2]=Um*(cos(beta+2./3.*M_PI)-U3);
150  }
151
152  for (i=0;i<3;i++)
153  { dtr[i]=ubytek(fabs(iabc[i]));
154    dd[i]=dtr[i]*.73;
155  }
156
157  // implementation of voltage drops and dead-times
158  for (i=0;i<3;i++)
159    if (iabc[i]>=0)
160      if ((ur[i]>up) && (ur[i]>up2))
161        ustr[i]=Uc/2-dtr[i];
162      else
163        ustr[i]=-(Uc/2+dd[i]);
164    else
165      if ((ur[i]<up) && (ur[i]<up2))
166        ustr[i]=-(Uc/2-dtr[i]);
167      else
168        ustr[i]=Uc/2+dd[i];
169
170// phase voltages
171  ua=(2.*ustr[0]-ustr[1]-ustr[2])/3.;
172  ub=(2.*ustr[1]-ustr[0]-ustr[2])/3.;
173  uc=(2.*ustr[2]-ustr[0]-ustr[1])/3.;
174
175// voltage vector in stationary reference frame (x,y)
176  *us=(2.*ua-ub-uc)/3.;
177  *(us+1)=(ub-uc)/sqrt(3.);
178
179  // emulation of DSP timers
180  if ((citac==citac_PR)||(citac==0)) smer*=-1;
181  if ((citac2==citac_PR)||(citac2==0)) smer2*=-1;
182  citac+=smer;
183  citac2+=smer2;
184}
185
186static double ubytek(double I)
187{
188  unsigned int ii;
189  double delta_u;
190
191  ii=0;
192  while ((*(va_char+ii)<I) && (ii<(pocet-1)))
193    ii++;
194
195  if (ii==(pocet-1))
196    delta_u=*(va_char+ii+pocet);
197  else
198    if (ii==0)
199      delta_u=0;
200    else
201      delta_u=*(va_char+ii-1+pocet)+(I-*(va_char+ii-1))/(*(va_char+ii)-*(va_char+ii-1))*(*(va_char+ii+pocet)-*(va_char+ii-1+pocet));
202
203  return delta_u;
204}
205
206
207static void pmsm_model(unsigned int mod)
208// mod<5...Euler, mod>4 ... Adams of 4th order
209{
210  double usx, usy;
211
212  usx=*us;
213  usy=*(us+1);
214
215  dIsx=-Rs/Ls*x[0]+Fmag/Ls*x[2]*sin(x[3])+usx/Ls;
216  dIsy=-Rs/Ls*x[1]-Fmag/Ls*x[2]*cos(x[3])+usy/Ls;
217  dTheta=x[2];
218
219  if (J>0)
220    dw=kp*p*p*Fmag/J*(x[1]*cos(x[3])-x[0]*sin(x[3]))-Bf/J*x[2]-p/J*x[8];
221  else
222    dw=0;
223
224  // integration
225  if (mod<5)  // Euler
226  { x[0]+=dIsx*h;
227    x[1]+=dIsy*h;
228    x[2]+=dw*h;
229    x[3]+=dTheta*h;
230  }
231  else                  // Adams (4th order)
232  { x[0]+=h/24.*(55.*dIsx-59.*dIsx1+37.*dIsx2-9.*dIsx3);
233    x[1]+=h/24.*(55.*dIsy-59.*dIsy1+37.*dIsy2-9.*dIsy3);
234    x[2]+=h/24.*(55.*dw-59.*dw1+37.*dw2-9.*dw3);
235    x[3]+=h/24.*(55.*dTheta-59.*dTheta1+37.*dTheta2-9.*dTheta3);
236  }
237
238  // saturation of theta to (-pi,pi)
239  if (x[3]>M_PI) x[3]-=(2*M_PI);
240  if (x[3]<-M_PI) x[3]+=(2*M_PI);
241
242  // diff. shift - Adams
243  dIsx3=dIsx2;dIsx2=dIsx1;dIsx1=dIsx;
244  dIsy3=dIsy2;dIsy2=dIsy1;dIsy1=dIsy;
245  dTheta3=dTheta2;dTheta2=dTheta1;dTheta1=dTheta;
246  dw3=dw2;dw2=dw1;dw1=dw;
247
248  // calculation of Isd, Isq
249  x[6]=x[0]*cos(x[3])+x[1]*sin(x[3]);         // Isd
250  x[7]=x[1]*cos(x[3])-x[0]*sin(x[3]);         // Isq
251
252  // Fsd ... d-component of stator flux
253  x[5]=Ls*x[6]+Fmag;
254
255  // Torque
256  x[4]=kp*p*Fmag*(x[1]*cos(x[3])-x[0]*sin(x[3]));
257}
258
259//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
260void eval(double Ww)            // you must link array KalmanObs[] to EKF modul
261{
262  double Umk, ua, ub;
263
264//  while (t<=t_end)
265  {
266    pwm(modulace);
267    pmsm_model(5);
268
269    if (h_reg_counter>=h_reg_counter_mez)           // pocatek ISR
270    {
271      // voltages and measured currents for EKF
272      Umk=*u*Uc/Ucn;
273      ua=Umk*cos(*(u+1));
274      ub=Umk*cos(*(u+1)-2./3.*M_PI);
275      KalmanObs[0]=ua;                     // usx
276      KalmanObs[1]=(ua+2.*ub)/sqrt(3.);    // usy
277      KalmanObs[2]=Isx;
278      KalmanObs[3]=Isy;
279
280      vektor_regulace(0,0,Urm_max,Ww,u,Isx,Isy,theta,speed,U_modulace,Uc,Ucn,REZIM_REGULACE);   // rezim=1 ... reg. rychlosti, rezim=0 ... reg. momentu
281                                                                                                                // rezim=2 ... Iqw=sqrt(Imax^2-Idw^2)
282      // emulation of the real sampling of A/D converter
283      Isx=x[0];Isy=x[1];speed=x[2];theta=x[3];
284
285      h_reg_counter=0;
286    }
287
288    t+=h;
289    h_reg_counter++;
290  }
291}
292//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
Note: See TracBrowser for help on using the browser.