電機控制系統的案例
永磁同步電機控制系統仿真 附電力電子、電機控制系統的建模和仿真下載
還是以永磁同步電機控制系統的仿真模型來說明。
下圖是常規永磁同步電機控制的實際流程包括以下幾個步驟：
1 . 采樣和保持電機電流值，ADC轉換電機電流值；
2 . 讀取電機速度和位置值（圖中未標出）；
3 . 運行電機控制和SVPWM算法；
4 . 輸出和更新PWM占空比；
其中步驟1的電流采樣和步驟4的更新PWM占空比必須在同一時刻完成的。
PMSM電機控制的流程
因此我們可以知道，如何把電機控制算法看作一個任務，這個任務相對被控對象模型就是異步的。但是這個任務相對于PWM-Timer卻是同步的。
現在，我們已經知道了永磁同步電機控制系統的實際情況，下面我們就來進行建模。
永磁同步電機控制系統仿真參數
確定系統參數如下：
NO.
展開 淺析純電動汽車驅動電機控制系統的控制過程
純電動汽車從結構上來說主要體現在動力總成控制系統、電機控制系統和電池及其管理系統三個方面。從工作原理上來講，純電動汽車主要是通過高壓蓄電池直接供電，再由驅動電機控制模塊控制汽車驅動電機起動運轉。本文主要對純電動汽車電機的結構、電機控制系統過程進行分析。
燃油汽車在使用過程中燃燒排放出熱量，同時廢氣排放也在同步增加，這就讓我們的環境持續受到污染，空氣指數也受到嚴重影響，隨著我們對燃油的使用，燃油能源也在逐漸的減少，人類將會面對能源危機所帶來的影響。為了我們的生存環境不再受到污染，為了讓生態資源與人類需求保持平衡，純電動汽車的發展逐漸取代現在使用的燃油汽車，將成為我們的迫切需要。
純電汽車與傳統汽車相比，主要是用蓄電池取代傳統汽車的發動機。電動汽車電動機驅動系統所需要的電能由車載蓄電池提供，并將車載蓄電池輸出的電能轉化為電動汽車所需要的機械能，而驅動電機的輸出軸便連接至該電 動汽車的驅動系統，經過驅動系統基本結構的傳動裝置， 傳動裝置把驅動電機傳來的力轉化為驅動力，從而驅動汽車驅動輪，完成行駛。
純電動汽車的核心部件主要由驅動電機和電機的控制模塊組成，驅動電機模塊主要是根據駕駛員的操作，把電動汽車動力電池所產生的電能最大化的轉化為車輪旋轉所需要的動能，或者是在制動時，車輪上所產生的動能 反饋給電動車電池。電動汽車的動力性、經濟性和舒適性直接受驅動電機的特性影響，驅動電機的特性也就成為評價汽車性能的主要指標。
汽車驅動電機系統主要通過驅動電機、各種傳感器、 驅動電機控制模塊、高壓線束、低壓線束、冷卻系統與電動汽車的其它系統連在一起。
純電動汽車電機廣泛采用三相交流永磁電動機。三相交流永磁電動機的特點是效率高、控制精度高、轉矩密度高、轉動平穩性好和振動噪聲低。
展開 基于Saber的無刷直流電機控制系統仿真
導讀：利用Saber仿真軟件完成無刷直流電機控制系統的研究分析。分別對控制系統中的位置傳感器、電子換向器、三相逆變電路進行研究與分析，并完成仿真模型的搭建、功能驗證和性能分析，最后對各功能模塊進行有機整合。完成控制系統的整體仿真試驗，仿真結果證明，系統設計合理，其仿真結果與理論分析相吻合。
無刷直流電機是在有刷直流電機的基礎上發展起來。1955年，美國的D.Harrison等人首次申請用晶體管換向電路代替有刷電機機械電刷的專利，標志這現代無刷直流電機的誕生。
相對于有刷電機，無刷直流電機采用電子換向代替了機械換向，轉速高，輸出功率大，壽命長，散熱好，無換向火花，噪聲低，可在高空稀薄條件下工作，廣泛應用在要求大功率重量比、響應速度快、可靠性高的隨動系統中。
隨著DSP數字控制芯片功能和速度的提高，以數字信號處理器為核心的控制電路和嵌入式控制軟件將代表無刷直流電機控制的發展方向。無刷直流電機必須和電子換向器、位置反饋器配套使用，控制更加靈活，當同時導致控制硬件、算法復雜度增加。
在無刷直流電機控制系統設計過程中利用數學仿真分析手段，可以更好的掌握系統的動態特性，驗證電路設計是否正確，元器件、控制參數選擇匹配是否合理，從而更加有效地進行系統設計。
本文利用Synopsys公司的電力電子仿真軟件Saber建立了無刷直流電機的控制系統的仿真分析模型，對該控制系統中的位置傳感器、電子換向器、三相逆變電路進行研究與分析，完成仿真模型的搭建、功能驗證和性能分析，最后利用整體模型進行系統的仿真試驗。
1 電機控制系統總體
無刷直流控制系統的組成框圖如圖1所示。
展開 電機控制系統開發選它準沒錯！EGBox Mini 體驗分享
我在工業自動化項目中負責的電機控制系統開發工作遇到了棘手的難題。現有的仿真設備無法滿足實時性要求，無法準確模擬電機的實際運行狀態，導致我們開發的控制算法在實際應用中總是出現偏差。沒辦法就換上了國外的產品，使用起來確極度困難，我幾乎每天都在實驗室里研究怎么適用設備，再去反復調試，這讓我感到無比沮喪，甚至開始懷疑自己的能力。
就在這時，一位行業內朋友向我推薦了森木磊石的 EGBox Mini。起初，我對這款設備并不抱有希望，但在和廠家仔細研究其技術參數和功能特點后，我發現它使用的是圖形化軟件界面，甚至有漢化語言包，上手真的是極為簡單。并且，它提供多種電機模型，可以直接選用，能精準地模擬各種電機的運行特性，還支持不同控制策略的部署。
在 電機控制系統開發項目”中，通過EGBox Mini 與上位機的 TCP/IP 通訊，我能夠實時監控電機的運行狀態，精確調整控制參數。當系統出現異常時，EGBox Mini 迅速捕捉到問題，并提供詳細的故障信息，幫助我快速定位并解決了問題。它的實時性和精確性為電機控制系統開發提供了有力支持，讓我們的項目穩定推進。
展開 
基于FPGA的步進電機控制系統的設計方案
系統原理圖如圖4所示。
該控制系統中采用總線控制方式，利用片選信號依次控制4路PWM鎖存器的通斷，這樣可以簡化硬件電路和軟件設計。以A相控制為例，當片選A為高電平而其他幾路片選為低時，A 路PWM 鎖存器工作而其他幾路PWM鎖存器休眠。根據公式（8）計算出細分的電流分配系數，進而轉化成控制PWM信號的占空比，同時開通幾路鎖存器，通過鎖存器輸出驅動步進電機。
3 步進電機細分控制軟件的設計
本設計中采用Quartus Ⅱ軟件開發平臺和Verilog設計語言進行控制軟件的設計。系統中需要在FPGA 內利用線性反饋移位寄存器（Linear Feedback Shift Regis-ters）來實現隨機數的產生，控制步進電機的隨機取樣轉動，本系統中最核心的PWM控制模塊設計如下：
4 系統測試
系統設計完成后，對整個系統進行測試和檢驗。
PWM 控制系統的仿真結果如圖5 所示，觀察仿真輸出波形可知控制脈沖輸出正確。將程序固化到FPGA 硬件中之后，將被控的四相反應式步進電機連接上，并通過串口將FPGA與上位機相連，由上位機輸出命令控制步進電機的轉速、轉向、轉動角度等。
5 結語
本文提出了一種基于FPGA的步進電機控制系統的設計方案。該方案利用FPGA控制速度快、可靠性強等特點，利用等步距細分原理和PWM控制技術，設計出了高靈活性、可人機交互、分辨率高的步進電機控制系統。驗證結果表明，該控制系統實現了步進電機等步距角的16級細分，并通過人機交互實現了任意改變各相順序的主要技術指標，控制精度高，可靠性強。從而證實了該方案的可行性。
【免責聲明】文章為轉載，版權歸原作者所有。如涉及作品版權問題，請與本人聯系，本人將立刻采取相應措施！
展開 行業應用方案 | 電機與驅動控制系統
Ansys 行業應用方案連載（9） | 電機與驅動控制系統
電機與驅動控制系統廣泛應用于工業設備、能源、國防軍工、家電、伺服控制、機器人、新能源汽車、軌道交通等領域，是高性能家電、新能源汽車、智能制造、機器人、軌道交通等高新應用的核心技術之一。
根據不同的行業應用場景，電機與驅動控制系統的發展趨勢是不一樣的。工業電機主要以高效率節能為發展方向；家用電器以低成本、低噪聲、高效率的直驅電機為發展方向；新能源汽車電機以全周期運行區間的整體效率、低NVH、低成本、小體積、高可靠性為發展方向；國防軍工以高可靠性、高性能的特種電機為主。
綜合來看，電機與驅動控制系統的技術熱點是電機的多學科性能優化、NVH分析、EMC分析以及電驅動系統的系統分析，這些熱點問題同時也是技術難點，大多都需要多學科多物理域的綜合分析。
電機設計是一個典型的多物理場問題，它涉及到多個領域包括電磁、結構、控制、流體和溫度等。隨著新材料、新工藝以及各種電機新技術的發展，以及市場競爭的加劇，電機設計的要求越來越苛刻，精度要求越來越高。
以往很多電機設計的問題，可以用裕量設計的方法來解決，例如加大體積減小溫升，通過斜槽等等來降低脈動，加大重量來提高效率和降低噪聲，現在這些方法由于成本壓力往往都行不通。現在需要提高設計精度，通過仿真來減少電機設計中的諸多問題。
展開 行業應用方案 | 電機與驅動控制系統
Ansys解決方案
Ansys電機與驅動控制系統解決方案遵循真實的電機開發設計流程，從快速的概念設計、具體的細節優化、到最后的機電系統集成，從電機的本體電磁性能、控制性能到電機的散熱、NVH、聲品質、電驅動系統都有相應的解決方案。
步進電機的控制系統設計 步進電機的開環控制解析
步進電機控制技術及發展概況
作為一種控制用的特種電機，步進電機無法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅動電源步進電機驅動器。在微電子技術，特別計算機技術發展以前，控制器脈沖信號發生器完全由硬件實現，控制系統采用單獨的元件或者集成電路組成控制回路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路。這就使得需要針對不同的電機開發不同的驅動器，開發難度和開發成本都很高，控制難度較大，限制了步進電機的推廣。
由于步進電機是一個把電脈沖轉換成離散的機械運動的裝置，具有很好的數據控制特性，因此，計算機成為步進電機的理想驅動源，隨著微電子和計算機技術的發展，軟硬件結合的控制方式成為了主流，即通過程序產生控制脈沖，驅動硬件電路。單片機通過軟件來控制步進電機，更好地挖掘出了電機的潛力。因此，用單片機控制步進電機已經成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時代趨。
步進電機控制系統的設計
傳統的電流式控制方法是檢測流經繞組的電流，并將反饋信號送到控制芯片，然后由控制芯片決定是增加還是降低繞組電流，以取得所需的電流強度。這種控制方法使電機在寬轉速和寬電源電壓范圍內保持理想的轉矩，非常適用于全步進和半步進電機驅動，而且實現起來非常容易。
閉環控制電路將電流施加到繞組。反電動勢（BEMF）會降低繞組電壓，延長電流達到理想值的時間，因此，反電動勢限制電機轉速。雖然系統無需知道反電動勢值，但是，不重視且不修正這個數值將會導致系統性能降低。
因為電源電壓變化導致峰值電流有時波動幅度很大，所以，直到現在，工程師還是盡量避免使用電壓式控制方法。工程師們還想避免反電動勢隨著電機轉速增加而升高的問題。
在這種情況下，業內出現了能夠補償反電動勢的智能電壓式控制系統。
展開 無位置傳感器的直流無刷電機控制系統設計與實現
2.3DSP控制系統的軟件設計
本控制系統采用速度、電流雙閉環的控制結構。由于采用了面向電機控制的高速DSP，無論是速度環的設計，還是電流環的實現，以及各種反饋信號的處理和PWM控制信號的產生，均采用了數字信號處理技術，用軟件實現硬件電路的功能，完成直流無刷電機的實時控制。
控制系統的軟件設計主要包括DSP初始化程序和電機控制程序兩部分。DSP初始化程序主要完成系統時鐘的設定，中斷向量的定義，I/O端口的初始化，控制寄存器的設置以及各功能模塊的初始化等；電機控制程序主要負責電機的啟動控制、速度電流雙閉環控制、系統監控和故障處理等，因此電機控制程序包括啟動子程序、電流和位置檢測中斷服務子程序、速度控制子程序、電流控制子程序、PWM調制子程序以及系統監控和故障處理子程序等。
進行各種反饋信號的檢測是構成雙閉環控制的前提。位置信號、電流信號的檢測分別由位置檢測中斷服務程序和電流檢測中斷服務程序來實現，轉速的檢測通過軟件計算間接獲得。為了提高系統的動態性能和穩態精度。其控制環路簡圖如圖4所示。
PWM調制子程序根據檢測到的轉子位置信號和電流信號通過事件管理器（EV）產生PWM調制信號。通過定時器控制寄存器TxCON中的位模式將通用定時器的計數模式設置為連續增/減計數模式以產生對稱的PWM波形。
2.4電機的啟動方案
由于直流無刷電機在靜止及低速運行時難以正確檢測反電勢信號，因此必須解決電機在靜止狀態下啟動的問題。以往曾有多種啟動方法，但有的要增加復雜的啟動電路，有的則要與電機特性聯系密切，，實現起來難度較大、且可靠性較低。
本系統采用三段式的方法單純利用軟件來實現電機啟動，將電機的啟動過程分為預定位、強制運行與同步切換三個階段。
展開 今晚 | ANSYS官方永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真直播
在電機型號確定后，性能優異的電機控制器將最大限度地發揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。用戶先采用ANSYS有限元軟件，設計出性能優異的電機本體，然后采用ANSYS特有的電機降階模型抽取方法，基于有限元精確仿真的結果，提取出高精度的電機ECE模型，無縫輸入到ANSYS系統仿真軟件，在系統仿真軟件中搭建矢量控制電路等控制電路，做到控制算法和系統與電機本體的最佳匹配，在開發初期就可以對電機本體和控制系統作出有效評估。
對于只設計電機控制系統的用戶，也可以向其電機供應商索取與實際電機對應高精度的電機ECE模型，進行控制算法的仿真和優化。電機ECE模型只高精度體現電機外部特性，而不會泄露供應商實際的電機設計參數，在有效保護各方知識產權的同時，又促進了電機設計生產廠家和控制器設計生產廠家的高效合作。
主要內容綱要如下：
1. ANSYS電機本體及其控制系統仿真平臺介紹
2. ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取方法
3. ANSYS 結合電機本體高精度降階模型的矢量控制算法實現方法
報名方式
手機端請掃描二維碼報名
或者點擊報名：http://event.31huiyi.com/1727650456/index?c=jishulink
展開 電機及其控制原理介紹-BLDC & PMSM
電機和電機控制器解決方案自古以來就服務于汽車行業！電機和電機控制系統的持續創新確保電機正在成為各種汽車應用不可或缺的一部分。以效率為動力，電機和電機控制解決方案不負汽車行業（包括電動汽車領域）的期望。有趣的是，有兩種特定類型的電機經受住了時間的考驗并取得了巨大的發展。它們通常被稱為：
BLDC 電機 – 無刷直流電機
PMSM 電機 – 永磁同步電機
雖然 BLDC 電機已取代有刷直流電機，但 PMSM 電機已成為交流感應電機的更好替代品。這兩種電機都在一些最具創新性的汽車應用中得到了應用。 例如，PMSM 現在實際上是部署在電動汽車傳動系統中的電機。同樣，電動助力轉向和 HVAC 系統等應用在 BLDC 電機驅動時才能發揮最佳性能。 但是，這些電機有時可以互換部署，具體取決于某些特定用例。在深入研究應用之前，讓我們先了解一下 PMSM 和 BLDC 電機的工作原理？我們還將嘗試討論這兩種電機之間的內在差異。
PMSM 和BLDC電機如何工作？
無刷直流電機
1.無刷直流電機是有刷直流電機的升級版。 無刷使 BLDC 電機能夠高速旋轉并提高效率。
BLDC 電機的亮點：
它有兩個主要部分—轉子和定子。
轉子是運動的部件，具有永磁體作為轉子磁鐵。
定子是靜止組件，由線圈繞組組成。
通過定子繞組的電流產生磁場，使轉子的永磁體旋轉。
通過改變流過定子的電流，可以改變電機的速度。
在大多數汽車應用中，使用無刷直流電機控制器以電子方式控制電機速度。
展開 
基于AUTOSAR的電機驅動系統報告
純電動汽車和混合動力汽車是新能源汽車產業發展的重要方向，同時，泛亞“電動化、智能化、網聯化、數字化”戰略的提出，使得未來車載汽車電子電氣架構系統的開發越來越復雜。汽車開放系統架構 AUTOSAR 代表的層次化、模塊化、平臺化技術則是汽車電子軟件開發的重要趨勢。在電動汽車的三大電控系統中（電機控制、電池管理、整車控制），電機控制作為核心之一，其軟件架構的研究設計對于汽車電控系統的開發有重要意義。本報告以電動汽車用驅動電機作為研究對象，以 AUTOSAR 開發架構為基礎，對電機驅動控制系統軟件架構設計與開發進。
一、電動汽車的電機控制軟件基于 AUTOSAR開發的意義
在電動汽車的三大電控單元中，電機驅動控制作為其中的核心，其性能高低對汽車動力性和操縱性有直接的影響。和傳統電機調速系統和伺服電機系統相比較，車用驅動電機系統的開發除了高功率密度、寬調速范圍等性能需求外，對于安全性和可靠性也有著更高的要求。提高車用電機控制軟件的可復用性，增強系統軟件的可配置性，改善系統軟件的可靠性與穩定性對于車用電機控制系統開發有著重要意義。
二、旋變解碼研究
對于電機矢量控制而言，往往需要獲取電機的轉子位置角度，角度的測量常用的方法有磁性編碼器、光電碼盤、電渦流傳感器和旋轉變壓器等。
展開 基于AUTOSAR的電機驅動系統報告
來源 | 電動知家
知圈 | 進“車載芯片社群”請加微信13636581676，備注芯片
前言
純電動汽車和混合動力汽車是新能源汽車產業發展的重要方向，同時，泛亞“電動化、智能化、網聯化、數字化”戰略的提出，使得未來車載汽車電子電氣架構系統的開發越來越復雜。汽車開放系統架構 AUTOSAR 代表的層次化、模塊化、平臺化技術則是汽車電子軟件開發的重要趨勢。在電動汽車的三大電控系統中（電機控制、電池管理、整車控制），電機控制作為核心之一，其軟件架構的研究設計對于汽車電控系統的開發有重要意義。本報告以電動汽車用驅動電機作為研究對象，以 AUTOSAR 開發架構為基礎，對電機驅動控制系統軟件架構設計與開發進行探究，并在此基礎上對電機過調制控制算法以及旋變軟解碼技術進行詳細研究。
電動汽車的電機控制
軟件基于AUTOSAR開發的意義
在電動汽車的三大電控單元中，電機驅動控制作為其中的核心，其性能高低對汽車動力性和操縱性有直接的影響。和傳統電機調速系統和伺服電機系統相比較，車用驅動電機系統的開發除了高功率密度、寬調速范圍等性能需求外，對于安全性和可靠性也有著更高的要求。
展開 ANSYS永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真丨附招聘
本期研討會：《永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真》將于11月28日 20:00-21:00舉辦。
直播主題
永磁同步電機電機的降階模型抽取和矢量控制電路仿真
日期/時間
2019年11月28日（周四）
20:00 – 21:00
課程受眾
永磁同步電機設計單位
電機控制器設計單位
新能源汽車研發部門
變頻器研發部門等行業人士
講師簡介
楊俐輝
ANSYS機電系統仿真軟件專家，對電機本體及其控制系統、開關電源、機電系統的電磁兼容有豐富的實際項目實施和仿真經驗。現任ANSYS中國機電產品線資深工程師，負責機電產品線的方案推廣和項目咨詢工作，對ANSYS機電產品及平臺方案等有全面的了解和經驗。
課程簡介
隨著新能源汽車行業、高性能工業伺服系統的發展，電機本體設計和其控制系統的關系日趨緊密。性能優異的電機是電機及其控制系統的基礎，比如：
采用新型原材料和先進的磁路設計方法設計出高功率密度的電機，電機占用的幾何空間就越小，電機的有效材料的利用率就越高；
電機的效率越高，則可減小電機本體的發熱，提高電機的壽命，提高整個電機機電系統的效率；
齒槽轉矩越小的電機，將減少電機控制算法設計的難度，同時減小最終整個機電系統的NVH。
在電機型號確定后，性能優異的電機控制器將最大限度地發揮電機的效能。比如：
相對SPWM，采用SVPWM調制方法可以減小逆變器的開關損耗、提高母線電壓利用率；
采用單位電流最大轉矩控制方法（MTPA）,將在不增加逆變器容量的情況下，使電機輸出最大的轉矩。
ANSYS提供使用方便、高精度的電機本體及其控制系統開發仿真平臺。
展開 新能源電機(MOT)整體控制
3相坐標向2相坐標的變換，好處是減少了一個控制要素，所以比較容易運算。但，由于存在非線性情況，所以在控制實操層面較為復雜。
向dq坐標軸的坐標變換：
1、為了實現控制，需要消除非線性部分。
2、把坐標系變換成dq坐標。
什么是dq坐標？一般會在與電機磁體旋轉的正交坐標系中，取磁極軸線為d軸，比d軸超前90°的軸線為q軸。
變換矩陣：2相交流坐標變換到dq坐標系的變換矩陣如下圖所示
↑變換矩陣
從2相坐標系變換到dq坐標系，非線性項消除，所以變得更簡單。
坐標變換匯總：
通過坐標變換，電流可以由三相交流轉換成容易處理的直流，電壓方程式，也可以由非線性方程轉換為線性方程。
↑坐標變換匯總圖
在以上控制原理理解后，可以很明顯的看出，電機控制都是圍繞電機目標扭矩的實現來展開的，因此，電機控制中最重要的目標就是電機扭矩控制。
圍繞著電機扭矩控制，電機控制還有：
電流控制、電流諧波重疊控制、弱磁場控制、電機振動抑制控制、電機轉速FB控制、IGBT控制、PWM輸出控制、扭矩限制控制、電機保護控制等。這些研究方向都是以電機扭矩控制為基礎的控制，屬于細分領域，研究好任何一個方向，都對扭矩控制有幫助。
對于參數辨識，由上述控制原理可知，矢量控制技術的核心在于磁場定向，而影響磁場定向的一個關鍵因素就是電機參數，因此，參數辨識研究方向肯定是非常好的一個點，通過電機參數的研究，可以提升整體控制系統的靜態和動態特性。
展開 