什么是电机建模和仿真?

Simulink^® 和 Simscape Electrical 支持多个保真度级别的电机建模和仿真以适应各种应用，如电机选型和电动汽车牵引电机控制设计。各种级别的电机模型保真度确保工程师可以根据其特定应用的要求选择合适的详细程度。

系统设计中的建模

系统设计中的电机建模和仿真旨在捕获电机在不同工况下的性能，并预测电机在其工作范围内的能耗。在这种情况下，工程师使用简化的动态特性模型研究系统行为，该模型：

• 不含脉冲宽度调制 (PWM) 或电力电子开关
• 包含基于能量的稳态等效和效率图建模

对于这种简化的电机建模方法，您可以使用 Motor & Drive (System Level) 模块，此模块可通过一系列转矩和转速来表示通用电机。它提供了转矩-转速包络线，用于在捕获电机整体行为的同时，简化系统的建模和仿真，从而在加快仿真速度的同时，仍能对损失进行准确的预测。

电机驱动设计中的建模

对于工业电机驱动应用，控制系统设计在管理电机的转速、转矩和能耗方面起着至关重要的作用。为了确定控制设计的优先顺序，并在保持准确性的同时加快仿真速度，工程师可以使用电机模型开发经过优化的可靠电机控制系统，这些电机模型包含：

• 理想开关
• 集总参数建模
• 转矩与电流之间的线性关系

为了简化集总参数电机建模，Simscape Electrical 提供了预参数化电机模块，其中包含制造商的电机数据。如果制造商的数据未提供，您可以使用 Motor Control Blockset™ 运行仪表化测试来估计电机参数值。

牵引电机应用中的建模

当牵引电机的能量损失导致车辆续航里程减少时，准确的高保真电机模型有助于再现电动汽车应用的非线性行为。与使用线性集总参数电机模型不同，工程师可以纳入采用有限元方法 (FEM) 得到的电机仿真结果，这种方法考虑了转子位置、磁链、电流和转矩之间的非线性对应关系。为了便于开发转矩脉动缓解算法，并优化电机控制效率，可以使用更多的 FEM 数据（包括空间谐波）来实现保真度最高的电机仿真。若要准确表示牵引电机控制系统，工程师可以使用以下方法：

• 非理想开关 - 基于物理的功率半导体建模。
• 饱和效应 - 与电流和/或转子角度的非线性依赖关系。
• 空间谐波 – 包括磁链中齿槽和谐波导致的转矩脉动。

借助高保真电机建模，控制工程师可使用 Simulink 仿真研究极端工况。为了实现高保真电机建模和电机模型的协同仿真以进行验证，工程师可以将 FEA 数据从第三方工具（如 ANSYS Maxwell、Motor-CAD 和 JMAG-RT）导入 Simscape Electrical 的 FEM 参数化电机模块中。

要了解有关使用 MATLAB 和 Simulink 进行电机建模和仿真的更多信息，请参阅 Simscape Electrical 和 Motor Control Blockset。