永磁同步电机maxwell+simplorer+matlab仿真.pdf

发布时间：2022-06-20 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.10M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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1 前言

2 基于Maxwall/Rmxprt的调速永磁同步电动机优化设计

2.1 Rmxprt下电机模型的建立

2.2 变量的参数化扫描与最优化求解

3 基于Maxwall 3D的调速永磁同步电动机Ld、Lq仿真计算

3.1 Maxwall 3D下电机模型的建立

3.2 Ld、Lq的有限元计算

4 基于Maxwall、Simplorer和Simulink的调速永磁同步电动机控制系统联合仿真

4.1 Maxwall下电机模型的建立

4.2 Simplorer下PWM电源模型的建立与联合仿真设置

4.2.1 PWM电源模型的建立

4.2.2 Simplorer与Maxwall的链接设置

4.2.3 Simplorer与Simulink的链接设置

4.3 Simulink电机矢量控制模型的建立

4.4 联合仿真结果及分析

5 结论

调速永磁同步电动机优化设计与矢量控制系统联合仿真 [王杨] [中国科学院沈阳计算技术研究所，110168] [ 摘要 ] 调速永磁同步电动机 ASSM 是现代交流伺服控制系统的主要动力源，其中尤以表贴式永磁体的 ASSM 使用的最为普遍，这种电机可以通过优化永磁体形状得到较为理想的气隙磁密波形，从而使反电势尽量正弦化，这样一方面最大限度的削弱了电机的齿槽转矩，同时也降低了电机反电势谐波对驱动系统的影响，提高了整个控制系统的控制精度。对于 ASSM，传统的电机设计方法大多是将电机的控制系统部分进行理想化假设，然后只对电机本体进行电磁设计，这样虽然比较便捷，但是无法考察电机本体在整个控制系统中的性能表现，现在通过 Maxwall/Rmxprt、Simplorer 以及 Matlab/Simulink 的联合仿真，可以将电机本体的有限元或磁路模型、开关功率电源模型、以及控制算法整合成一个大的计算机仿真模型，通过联合仿真，一方面可以更准确的检验电机设计方案的性能表现，另一方面，也可以实现控制算法的优化，以及控制算法与电机设计方案之间的配合。本文针对以上问题，以一台 130 口径 ASSM 为例，对电机的永磁体形状和槽口宽进行了参数化扫描分析 sweep ansys，并以齿槽转矩为目标函数进行了最优化 optimization 求解；在 Maxwall 3D 瞬态场下对永磁电机控制影响较大的电感参数 Ld、Lq 进行了计算；利用 Maxwall/Rmxprt、Simplorer 以及 Matlab/Simulink 对采用 id=0 控制策略时的 SVPWM 矢量控制系统进行了联合仿真。 [ 关键词 ] 永磁同步电动机，优化设计，齿槽转矩，矢量控制，联合仿真 Design Optimization of ASSM and Co-simulation of SVPWM Control System [Shenyang Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences,110168] [Wang Yang] [ Abstract ] ASSM speed permanent magnet synchronous motor is the main source of power in modern AC servo control system, which is the most common surface mount ASSM especially the use of permanent magnets, which can be more satisfactory motor flux density by optimizing the shape of the permanent magnet waveform, so as sinusoidal back EMF, so on the one hand to maximize the weakened cogging torque of the motor, but also reduces the motor back EMF

harmonics of the drive system to improve the control accuracy of the control system. For ASSM, traditional methods are mostly motor design is part of the motor control system were idealized assumptions, and then only to the motor body electromagnetic design, this is a relatively easy, but you can not examine the performance of the motor body in the whole control system, now By Maxwall / co-simulation Rmxprt, Simplorer and Matlab / Simulink, and can be integrated finite element model of the motor body or magnetic circuit, switching power supply models and control algorithms into a large computer simulation model, through co-simulation, one can more accurate test performance motor design programs, on the other hand, can also be achieved control optimization algorithms, and control with algorithms and motor design programs. Aiming at these problems, with a 130 caliber ASSM example, permanent magnet motor notch shape and width of the scan parameters were, and cogging torque as the objective function is optimized for solving; in Maxwall 2D and 3D Under the permanent magnet motor control parameters affect larger inductor Ld, Lq calculated; by Maxwall / Rmxprt, Simplorer and Matlab / Simulink for the entire control system was co-simulation. [ Keyword ] PMSM, optimized design, Cogging torque, SVPWM, co-simulation 1 前言调速永磁同步电动机 ASSM 是现代交流伺服控制系统的主要动力源，其中尤以表贴式永磁体的 ASSM 使用的最为普遍，这种电机可以通过优化永磁体形状得到较为理想的气隙磁密波形，从而使反电势尽量正弦化，这样一方面最大限度的削弱了电机的齿槽转矩，同时也降低了电机反电势谐波对驱动系统的影响，提高了整个控制系统的控制精度。对于 ASSM，传统的电机设计方法大多是将电机的控制系统部分进行理想化假设，然后只对电机本体进行电磁设计，这样虽然比较便捷，但是无法考察电机本体在整个控制系统中的性能表现，现在通过 Maxwall/Rmxprt、Simplorer 以及 Matlab/Simulink 的联合仿真，可以将电机本体的有限元或磁路模型、开关功率电源模型、以及控制算法整合成一个大的计算机仿真模型，通过联合仿真，一方面可以更准确的检验电机设计方案的性能表现，另一方面，也可以实现控制算法的优化，以及控制算法与电机设计方案之间的配合。本文针对以上问题，以一台 130 口径 ASSM 为例，利用 RMxprt 软件中的 sweep ansys 工具对电机的永磁体形状和槽口宽进行了参数化扫描，在此基础之上利用 optimization 工具，以齿槽转矩为目标函数进行了最优化求解；在 Maxwall 3D 瞬态场下对永磁电机控制影响较大的电感参数 Ld、Lq 进行了计算；利用 Maxwall/Rmxprt、Simplorer 以及 Matlab/Simulink 对使用 id=0 控制策略时的 SVPWM 矢量控制系统进行了联合仿真。 2 基于 Maxwall/Rmxprt 的调速永磁同步电动机优化设计本节以一台 130 口径的调速永磁同步电机设计方案为例，利用 Maxwall/Rmxprt 对电机的定子槽口 Bs0、永磁体极弧系数 Embrace、永磁体偏心距 Offset 三个参数进行了参数化扫

描分析，并将齿槽转矩作为目标函数进行了最优化（optimization）求解，得到了齿槽转矩最小时的设计方案。 2.1 Rmxprt 下电机模型的建立在 Rmxprt 中新建一个调速永磁同步电动机的设计方案，具体参数如图 1.1 至 1.7 所示。将定子槽口 Bs0、永磁体极弧系数 Embrace、永磁体偏心距 Offset 分别定义变量为 SO、 PEB、POS。图 1.1

图 1.2 图 1.3

图 1.4 图 1.5

图 1.6 图 1.7 2.2 变量的参数化扫描与最优化求解本例的目的是得到齿槽转矩最小的设计方案，由大量的理论分析可以知道影响电机齿槽转矩的因素有很多，本文选取定子槽口 Bs0、永磁体极弧系数 Embrace、永磁体偏心距

Offset 三个变量进行最优化求解，首先进行参数化扫描设置，根据电机设计经验，分别定义三个变量的扫描范围，如图 1.8 所示。然后进入 Design Poperties，勾选 optimization 下的三个变量 Include，如图 1..9 所示。图 1.8

然后如图 1.10 所示添加最优化求解设置。图 1.9 如图 1.11 设置最优化目标为齿槽转矩的最小值，同时最优化算法保持默认。图 1.10

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