| 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 |  | 
|---|
| 9 | Rev. 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 |  | 
|---|
| 19 | void set_parameters(double Rs0, double Ls0, double Fmag0, double Bf0, double p0, double kp0, double J0, double Uc0, double DT0, double dt0); | 
|---|
| 20 | void eval(double Ww); | 
|---|
| 21 |  | 
|---|
| 22 | // local functions | 
|---|
| 23 | static void pwm(unsigned int mod); | 
|---|
| 24 | static double ubytek(double I); | 
|---|
| 25 | static void pmsm_model(unsigned int mod); | 
|---|
| 26 |  | 
|---|
| 27 |  | 
|---|
| 28 | // simulator properties /////////////////////// | 
|---|
| 29 | static double Rs,Ls,Fmag,Bf,p,kp,J;        // parameters of PMSM model | 
|---|
| 30 | static double Ucn,Uc,DT,U_modulace;        // dc-link voltage and dead-time | 
|---|
| 31 | static double Urm_max;                     // field weakening | 
|---|
| 32 | static double h,h_reg,h_reg_real;          // simulation step and sampling of employed loops | 
|---|
| 33 | unsigned int h_reg_counter,h_reg_counter_mez;       // emulation of DSP operation | 
|---|
| 34 |  | 
|---|
| 35 | static 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 | 
|---|
| 36 | static unsigned int pocet=8;            // velikost VA-charky | 
|---|
| 37 |  | 
|---|
| 38 | // system state | 
|---|
| 39 | double x[9]; // (isx,isy,wme,theta_e,M,Fsd,Isd,Isq,Mz) | 
|---|
| 40 |  | 
|---|
| 41 | // internal variables of PWM module | 
|---|
| 42 | static int smer, smer2, citac, citac2, citac_PR, modulace; | 
|---|
| 43 |  | 
|---|
| 44 | // internal variables of PMSM model | 
|---|
| 45 | static double dIsx,dIsx1,dIsx2,dIsx3,dIsy,dIsy1,dIsy2,dIsy3; | 
|---|
| 46 | static double dTheta,dTheta1,dTheta2,dTheta3; | 
|---|
| 47 | static double dw,dw1,dw2,dw3; | 
|---|
| 48 |  | 
|---|
| 49 | // system measures | 
|---|
| 50 | static double Isx, Isy, theta, speed; | 
|---|
| 51 |  | 
|---|
| 52 | // control | 
|---|
| 53 | static double u[2]={0.,0.};             // format u={Um, beta} | 
|---|
| 54 | static 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) | 
|---|
| 57 | static double KalmanObs[4]={0.,0.,0.,0.};      // usx, usy, Isx, Isy | 
|---|
| 58 |  | 
|---|
| 59 | // real-time | 
|---|
| 60 | static double t=0.; | 
|---|
| 61 |  | 
|---|
| 62 | void 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 |  | 
|---|
| 117 | static 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 |  | 
|---|
| 186 | static 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 |  | 
|---|
| 207 | static 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 | ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 260 | void 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 | ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|