電機控制仿真的案例
永磁同步電機控制系統(tǒng)仿真 附電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真下載
仿真模式1：控制器通過中斷觸發(fā)方式運行：電機電流波形（整體）
仿真模式1：控制器通過中斷觸發(fā)方式運行：電機電流波形（峰值）
仿真模式2：控制器通過非中斷觸發(fā)方式運行：電機電流波形（整體）
仿真模式2：控制器通過非中斷觸發(fā)方式運行：電機電流波形（峰值）
仿真模式1：控制器通過中斷觸發(fā)方式運行：電機電流波形，電機電流采樣波形，三角波
仿真模式2：控制器通過非中斷觸發(fā)方式運行：電機電流波形，電機電流采樣波形，三角波
差異如下：
采用中斷觸發(fā)方式建模和仿真，電機電流的峰值有大約3A（0.83%）的波動；
采用非中斷觸發(fā)方式建模和仿真，電機電流的峰值有35A（9.72%）的低頻波動；
采用中斷觸發(fā)方式建模和仿真，電機電流的采樣值在三角波的底點和頂點；
采用非中斷觸發(fā)方式建模和仿真，電機電流的采樣值與三角波的底點和頂點無關；
如何大家觀察電機轉矩的波形可以看到更為明顯的低頻波動現(xiàn)象。
展開 基于Saber的無刷直流電機控制系統(tǒng)仿真
導讀：利用Saber仿真軟件完成無刷直流電機控制系統(tǒng)的研究分析。分別對控制系統(tǒng)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(tǒng)的整體仿真試驗，仿真結果證明，系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(tǒng)中。
隨著DSP數(shù)字控制芯片功能和速度的提高，以數(shù)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(fā)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(tǒng)設計過程中利用數(shù)學仿真分析手段，可以更好的掌握系統(tǒng)的動態(tài)特性，驗證電路設計是否正確，元器件、控制參數(shù)選擇匹配是否合理，從而更加有效地進行系統(tǒng)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(tǒng)的仿真分析模型，對該控制系統(tǒng)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(tǒng)的仿真試驗。
1 電機控制系統(tǒng)總體
無刷直流控制系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。
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(yōu)異的電機控制器將最大限度地發(fā)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(tǒng)開發(fā)仿真平臺。用戶先采用ANSYS有限元軟件，設計出性能優(yōu)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(tǒng)仿真軟件，在系統(tǒng)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(tǒng)與電機本體的最佳匹配，在開發(fā)初期就可以對電機本體和控制系統(tǒng)作出有效評估。
對于只設計電機控制系統(tǒng)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(yōu)化。電機ECE模型只高精度體現(xiàn)電機外部特性，而不會泄露供應商實際的電機設計參數(shù)，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(tǒng)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(xiàn)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 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
用戶先采用ANSYS有限元軟件，設計出性能優(yōu)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(tǒng)仿真軟件，在系統(tǒng)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(tǒng)與電機本體的最佳匹配，在開發(fā)初期就可以對電機本體和控制系統(tǒng)作出有效評估。
對于只設計電機控制系統(tǒng)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(yōu)化。電機ECE模型只高精度體現(xiàn)電機外部特性，而不會泄露供應商實際的電機設計參數(shù)，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。
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ANSYS官方招聘信息
招聘 | ANSYS合作伙伴正在招募電磁仿真應用工程師
ANSYS是工程仿真解決方案的全球領導者，致力于通過 “無所不在的仿真” 打造健康可持續(xù)的生態(tài)圈，這離不開客戶、合作伙伴、高校以及各相關組織的積極參與和合作，如今，ANSYS在中國已經與40多家合作伙伴建立了長期穩(wěn)定的合作關系。
展開 
永磁同步電機降階模型抽取和矢量控制算法仿真
永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型
7 總結
通過對永磁同步電機降階模型抽取得到數(shù)據(jù)表，等效抽取的結果是基于有限元計算得到的，在控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過程中只需通過查表的方法就能快速得到電機得性能，既保證了精度又保證了速度。在控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過程中具有重要的意義。同時將電機模型與控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)性聯(lián)合仿真將有助于提高仿真準確度，為進一步優(yōu)化電機本體及控制器策略提供了重要的參考意義。
展開 永磁同步電機降階模型抽取和矢量控制算法仿真
永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型
7 總結
通過對永磁同步電機降階模型抽取得到數(shù)據(jù)表，等效抽取的結果是基于有限元計算得到的，在控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過程中只需通過查表的方法就能快速得到電機得性能，既保證了精度又保證了速度。在控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真過程中具有重要的意義。同時將電機模型與控制系統(tǒng)進行系統(tǒng)性聯(lián)合仿真將有助于提高仿真準確度，為進一步優(yōu)化電機本體及控制器策略提供了重要的參考意義。
展開 基于ANSYS的水冷電機控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩(wěn)態(tài)熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發(fā)熱器件的散熱狀態(tài),得出水冷散熱的仿真效果比常態(tài)下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產品小型化的發(fā)展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來越大，其運行時會產生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結構空間的散熱，保證其不超過耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對其進行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對其主要發(fā)熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結構降階處理
對5.5 k W控制器進行3D建模，顯示控制器有1215個部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會使模擬計算量和時間增加，一般需要進行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發(fā)熱器件為8個電容及3個IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發(fā)熱不嚴重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進行分離，防止后期網格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網格劃分不合適，計算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網格設置
網格劃分的好壞直接關系到計算的結果和計算時間的長短，所以在進行網格劃分的時候，優(yōu)先選擇曲面狀的物體進行網格劃分，這樣在網格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 Simdroid-EC：液冷仿真新星，助力新能源汽車電機控制器高效散熱
元件網格
Simdroid-EC支持單獨查看流體域的網格，對多流體域仿真非常友好。
4. 豐富的結果分析
當計算收斂后，Simdroid-EC會自動將計算結果加載至后處理模塊。電機控制器的整體分布結果如下圖所示：
流道和IGBT表面云圖
由上圖可以看出，在位于流道入口（左下方）處的IGBT溫度較流道出口處（右上方）的低，最高處的IGBT溫度約為62℃。
流道內溫度圖
隨著液體不斷在流道內流動，逐步吸收IGBT散出的熱量，冷卻液的溫度逐漸升高，從進口到出口的溫升會達到5℃。
流動矢量圖
流線圖
通過上圖可以明顯看出，流道內部存在局部渦流結構。渦流會改變流道內冷卻液的壓力分布情況，造成局部壓力異常升高或降低，影響冷卻液的正常輸送，導致某些部位供液不足。可通過改變流道的形狀來減弱渦流效應。
流道壓力圖
通過壓力圖可以便捷查看流道進出口的壓差。本案例中，流道進出口的壓差約為1343-93=1250Pa。
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液冷仿真是電子散熱仿真的重要方面。越來越復雜的流道設計對傳統(tǒng)的電子散熱仿真軟件提出了重大挑戰(zhàn)，Simdroid-EC便捷的CAD模型導入功能、快速的流體域網格劃分與查看功能，以及豐富的后處理結果，為電子散熱行業(yè)注入強大動力，能夠幫助用戶快速評估熱點，提供優(yōu)化建議。申請試用Simdroid-EC
展開 步進電機的控制系統(tǒng)設計 步進電機的開環(huán)控制解析
步進電機控制技術及發(fā)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(fā)展以前，控制器脈沖信號發(fā)生器完全由硬件實現(xiàn)，控制系統(tǒng)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(fā)不同的驅動器，開發(fā)難度和開發(fā)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(shù)據(jù)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(fā)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(shù)字化的時代趨。
步進電機控制系統(tǒng)的設計
傳統(tǒng)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(xiàn)起來非常容易。
閉環(huán)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(tǒng)無需知道反電動勢值，但是，不重視且不修正這個數(shù)值將會導致系統(tǒng)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(xiàn)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(yè)內出現(xiàn)了能夠補償反電動勢的智能電壓式控制系統(tǒng)。
展開 汽車電機控制方案—單相無刷直流電機
汽車電機控制方案—單相無刷直流電機
1
引言
無刷直流電機轉子采用磁鋼勵磁，定子采用集中繞組，取消了電刷和換向器，具有效率高、結構緊湊、維護需求低的特點，按照其繞組相數(shù)可以將其分為單相無刷直流電機和多相無刷直流電機兩大類。
汽車上應用的發(fā)動機冷卻水泵、冷卻風機、空調壓縮機電機等功率較高、轉速控制范圍較廣的使用三相無刷直流電機居多。而單相無刷直流電機被廣泛應用于對電機啟動性能不高、轉矩脈動要求不高的小功率散熱水泵、小功率風機中。ZLG推出的單相無刷直流電機方案適用于小功率散熱水泵，可以通過PWM單線雙向控制，適用于12V系統(tǒng)下50W左右的電機。
2
認識單相無刷直流電機
單相無刷直流電機和三相無刷直流電機的結構相似，定子主要由定子鐵芯和電樞繞組所組成，轉子主要由永磁體構成。它們的轉子的永磁體被充成一定的磁極對數(shù)，定子鐵芯通常由磁軛和凸極所組成，定子上只有一相電樞繞組，其電樞繞組的具體連接方式如圖1所示。
圖1 單項無刷直流永磁電機的示意圖
單相無刷直流電機的定子上有一相電樞繞組W。
展開 集成式電機控制器選型設計與控制策略
表1 標識符分配表
表2 電機控制器接收數(shù)據(jù)表
表3 電機控制器發(fā)送數(shù)據(jù)1表
表4 電機控制器發(fā)送數(shù)據(jù)2表
表5 常見故障問題表
7 總結
根據(jù)新能源汽車的最新發(fā)展趨勢，集成方案必定蓬勃發(fā)展，全文以較簡單的二合一電機控制器（MCU+PDU） 為例，詳細介紹集成式電機控制器的電氣原理、選型設計、控制方式，具體說明集成系統(tǒng)的工作原理和通信策略，以一帶多，無論是三合一電機控制器 （MCU+PDU+直流變壓器（DCDC））、四合一電機控制器（MCU+PDU+DCDC+電動轉向控制器 （EHPS））、五合一電機控制器 （MCU+PDU+EHPS+高壓氣泵控制器 （ACM）） 等多重合一控制器，都可以借鑒本文的設計方案。上文雖然只介紹了IFBT、PTC，其他用電器可以類似應用，電容性用電器需要增加預充回路進行控制，電感性用電器直接用接觸器控制就行。傳感器種類很多，只用根據(jù)具體項目的開發(fā)需求，就可以在需要的電路中安裝，采集相關的信息。
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【免責聲明】版權歸原作者所有，僅用于技術分享與交流，非商業(yè)用途！對文中觀點判斷均保持中立，若您認為文中來源標注與事實不符，若有涉及版權等請告知，將及時修訂刪除，謝謝大家的關注！
展開 
集成式電機控制器選型設計與控制策略
表1 標識符分配表
表2 電機控制器接收數(shù)據(jù)表
表3 電機控制器發(fā)送數(shù)據(jù)1表
表4 電機控制器發(fā)送數(shù)據(jù)2表
表5 常見故障問題表
7 總結
根據(jù)新能源汽車的最新發(fā)展趨勢，集成方案必定蓬勃發(fā)展，全文以較簡單的二合一電機控制器（MCU+PDU） 為例，詳細介紹集成式電機控制器的電氣原理、選型設計、控制方式，具體說明集成系統(tǒng)的工作原理和通信策略，以一帶多，無論是三合一電機控制器 （MCU+PDU+直流變壓器（DCDC））、四合一電機控制器（MCU+PDU+DCDC+電動轉向控制器 （EHPS））、五合一電機控制器 （MCU+PDU+EHPS+高壓氣泵控制器 （ACM）） 等多重合一控制器，都可以借鑒本文的設計方案。上文雖然只介紹了IFBT、PTC，其他用電器可以類似應用，電容性用電器需要增加預充回路進行控制，電感性用電器直接用接觸器控制就行。傳感器種類很多，只用根據(jù)具體項目的開發(fā)需求，就可以在需要的電路中安裝，采集相關的信息。
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展開 淺析純電動汽車驅動電機控制系統(tǒng)的控制過程
驅動電機控制模塊根據(jù)溫度傳感器反饋的信息，再通過 CAN 線反饋給整車控制器整車控制模塊，來控制冷卻風扇的開啟與否、冷卻系統(tǒng)循環(huán)的路線，確保電機保持在理想溫度下工作。
驅動電機控制系統(tǒng)工作過程見圖 3。
驅動電機控制器主要功能有：
①驅動時：逆變器將蓄電池提供的直流電逆變?yōu)殡妷侯l率可調的三相交流電，供電動機使用，驅動汽車運行。
②制動時：電動機做發(fā)電機運行將動能變?yōu)殡娔墚a生三相交流電，經逆變器變?yōu)橹绷麟姺答伝匦铍姵兀M行再生制動。
③運行速度控制：采用脈寬調制控制改變逆變器輸出的三相交流電的電壓和頻率就可以改變電機的轉速，從而對汽車進行調速。
④運行方向控制：通過改變逆變器中控制模塊的導通順序就可以改變輸出三相交流電的相序，即改變了三相異步電動機定子三相繞組所接交流電的相序，三相異步電動機反轉，從而改變汽車的運行方向。
⑤驅動與制動控制：通過改變逆變器輸出三相交流電的頻率，改變三相異步電動機的轉差頻率的正負，控制三相異步電動機是處于電動機狀態(tài)還是發(fā)電機狀態(tài)，從而控制汽車的驅動和制動。
驅動電機控制系統(tǒng)的所有傳感器將信號反饋給驅動電機控制模塊，控制模塊對采集到的信號進行分析處理后，將電機運行狀況信息通過數(shù)據(jù) CAN 線反饋到整車的控制模塊。整車控制模塊根據(jù)電機的運行狀況及相關傳感器信號分析處理后發(fā)出指令給驅動電機控制模塊，對驅動電機的工作進行實時控制，從而完成驅動電機的各種功能。驅動電機控制模塊和汽車其它系統(tǒng)控制模塊一樣，含有故障診斷功能，當電機工作出現(xiàn)異常時，電機控制模塊會將故障代碼信息發(fā)送給整車控制模塊進行存儲。
參考文獻：
[1]何憶斌.新能源汽車驅動電機技術[M].機械工業(yè)出版社，2017.
展開 電機設計及電機仿真APP系列之—軸向磁通電機仿真APP
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