如何在JMAG-Designer中創(chuàng)建JMAG-RT模型并進(jìn)行控制仿真

1、 概述

電機(jī)設(shè)計(jì)中，我們?cè)谠u(píng)估電機(jī)本身性能的同時(shí)還需要評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)的性能。電機(jī)本體與控制系統(tǒng)的耦合也是工程師需要關(guān)注的項(xiàng)目。JMAG-Designer效率圖分析Study可以創(chuàng)建高精度的JMAG-RT模型。該模型可與控制系統(tǒng)在JMAG中進(jìn)行控制仿真，從而有效評(píng)估系統(tǒng)性能。 本文介紹如何在JMAG-Designer中創(chuàng)建JMAG-RT模型，并使用創(chuàng)建的模型來(lái)運(yùn)行連續(xù)的控制仿真。

2 、功能描述

JMAG-RT是一種基于JMAG-Designer有限元法（FEM）分析結(jié)果來(lái)創(chuàng)建分析數(shù)據(jù)的工具，可用于電路/控制仿真。電路/控制仿真可使用基于等效電路的電機(jī)模型來(lái)分析電機(jī)的各種特性（幾何結(jié)構(gòu)、材料等），分析速度快但精度低。直接通過(guò)JMAG-Designer與控制電路耦合進(jìn)行電機(jī)特性分析，能夠精確求解。然而由于每一步計(jì)算都需要進(jìn)行有限元分析，會(huì)導(dǎo)致分析時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。JMAG-RT在進(jìn)行快速電路/控制仿真的同時(shí)能夠兼顧有限元分析的電機(jī)特性。JMAG-RT在電機(jī)有限元分析結(jié)果中獲得所需的電機(jī)參數(shù)（線圈磁鏈、電感、電阻等），為電路/控制仿真創(chuàng)建專(zhuān)用數(shù)據(jù)模型（以下稱(chēng)為JMAG-RT模型）。因此在電路/控制仿真中，可使用JMAG-RT模型考慮電機(jī)特性。JMAG-RT模型創(chuàng)建完成之后可直接在控制電路中使用，在控制仿真時(shí)無(wú)需再次進(jìn)行有限元分析。

圖1 使用JMAG-RT模型進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真

效率圖分析Study專(zhuān)用于創(chuàng)建電機(jī)效率圖，有以下三種效率圖計(jì)算模式：

?速度優(yōu)先模式：計(jì)算快、操作簡(jiǎn)單、精度尚可

?精度優(yōu)先模式：計(jì)算慢、操作復(fù)雜、需要搭建控制電路、精度很高

?降階模式：計(jì)算很快、操作簡(jiǎn)單、精度一般

本文選擇速度優(yōu)先模式進(jìn)行效率圖求解。其中[Phase Inductance (for RTmodel export)]功能可以用于創(chuàng)建JMAG-RT空間諧波模型。輸出的JMAG-RT空間諧波模型可用于其它分析組中的Study?？稍谛蕡D分析Study的[Response Table Creation]對(duì)話(huà)框中[Speed priority]選項(xiàng)卡中創(chuàng)建此設(shè)置。

當(dāng)輸出RTT文件并連續(xù)運(yùn)行其他study時(shí)，電路中的JMAG-RT模型組件用于參考分析組內(nèi)的效率圖分析study。輸出RTT文件需要JMAG-RT許可證。

3 、仿真流程

效率圖分析Study和集成分析Study在本文案例文件中已創(chuàng)建完成。本文將展示如何在集成分析study中使用參考效率圖分析study生成的RT來(lái)進(jìn)行電機(jī)控制仿真的過(guò)程。模型信息如圖2所示。

圖2 電機(jī)模型 3.1 創(chuàng)建分析組 在JMAG-Designer中打開(kāi)上文提到的仿真模型，在[Project Manager]樹(shù)中右鍵選擇[Project]，點(diǎn)擊[Create Analysis Group]，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建分析組

在彈出的對(duì)話(huà)框中，將分析組按照?qǐng)D4設(shè)置。

圖4 分析組設(shè)置

3.2 設(shè)置響應(yīng)表

檢查效率map分析study。在模型中找到[ProjectManager]樹(shù)中的[Project]下[2DModel:]>[Study:]，即為效率Map分析study。在study中[Create Response Table]上選擇右鍵[Edit]，此時(shí)彈出響應(yīng)表對(duì)話(huà)框。

確認(rèn)計(jì)算模式是否為速度優(yōu)先模式，并檢查[Inductance Calculation]設(shè)置中，是否選擇[Phase Inductance(for RT model export)]作為電感計(jì)算方法，如圖5所示。確認(rèn)無(wú)誤后點(diǎn)擊[OK]。

圖5 電感計(jì)算方法設(shè)置

3.3 設(shè)置電路

在集成分析Study中，將RT模型設(shè)置為電路的JMAG-RT模型組件。打開(kāi)[Integration Model:]>[Study:]，并在該study下方找到[Circuit]，右鍵選擇[Display]，此時(shí)進(jìn)入電路編輯界面。 雙擊電路中的JMAG-RT模型組件，即圖6中紅色框包圍的組件。此時(shí)彈出JMAG-RT組件設(shè)置窗口。

圖6 電路界面

在[RTT File]面板中選擇[Specify EfficiencyMap Study]，并從下拉列表中選擇[EfficiencyMap]，如圖7所示。

圖7 [JMAG-RT Model：PMSM] 設(shè)置面板

點(diǎn)擊關(guān)閉按鈕，退出電路編輯界面。

3.4 運(yùn)行仿真

運(yùn)行分析組計(jì)算。在分析組上右鍵選擇[Run Active Case]，彈出運(yùn)行對(duì)話(huà)框，等待計(jì)算完成。計(jì)算完成后，運(yùn)行對(duì)話(huà)框關(guān)閉，彈出消息對(duì)話(huà)框，選擇關(guān)閉按鈕。

圖8 運(yùn)行仿真 3.5 查看結(jié)果 檢查集成分析study中電路的控制信號(hào)波形圖。 在集成分析Study:]下方找到Graph，點(diǎn)擊右鍵選擇[Control Signal]，點(diǎn)擊[Show]。此時(shí)彈出控制信號(hào)結(jié)果波形圖。在[Line Options]選項(xiàng)卡中清除所有勾選，并重新選擇“Idu cmd”、“Idu pre”、“Iqu cmd”和“Iqu pre”四個(gè)選項(xiàng)。點(diǎn)擊[Graph]，返回圖形顯示界面。 此時(shí)可以看到仿真得到的dq電流波形圖，如圖9所示。

圖9 控制信號(hào)波形圖 查看效率Map分析Study仿真結(jié)果。在效率Map分析[SpecifyEfficiencyMapRT]下方找到[Efficiency Map]目錄，在[Efficiency]上右鍵選擇Show…，如圖10所示。

圖10 顯示效率Map

圖11 效率Map

如圖11所示為電機(jī)效率Map，同時(shí)包含電動(dòng)及發(fā)電工況。除效率map之后，結(jié)果中還包括損耗、電壓、電流、扭矩脈動(dòng)等多種類(lèi)型可顯示。

4 、總結(jié)

控制系統(tǒng)調(diào)試通常使用實(shí)際電機(jī)進(jìn)行多工況點(diǎn)測(cè)試進(jìn)行，較為耗費(fèi)工時(shí)，此時(shí)我們需要考慮如何提高控制系統(tǒng)校準(zhǔn)的效率。在調(diào)試控制系統(tǒng)時(shí)能夠更準(zhǔn)確的評(píng)估電機(jī)性能。 JMAG-RT作為基于JMAG軟件的有限元仿真結(jié)果提煉出的高精度數(shù)字模型，具備高精度、高保真、高實(shí)時(shí)性及保密性等特點(diǎn)。使用JMAG-RT模型與控制策略耦合，能夠快速準(zhǔn)確評(píng)估電機(jī)及控制系統(tǒng)性能。 傳統(tǒng)的JMAG-RT模型需要使用專(zhuān)用工具進(jìn)行創(chuàng)建，功能較為單一?；谛蕡Dstudy創(chuàng)建JMAG-RT模型，能夠得到效率圖及RT模型等多種結(jié)果類(lèi)型，功能更加豐富。 基于JMAG內(nèi)部控制策略及集成study類(lèi)型的仿真項(xiàng)目，能夠同時(shí)考慮電磁、控制、熱仿真等多種仿真類(lèi)型，完成電機(jī)多物理場(chǎng)的評(píng)估。

審核編輯：郭婷