如何在JMAG-Designer中创建JMAG-RT模型并进行控制仿真

1、 概述

电机设计中，我们在评估电机本身性能的同时还需要评估整个系统的性能。电机本体与控制系统的耦合也是工程师需要关注的项目。JMAG-Designer效率图分析Study可以创建高精度的JMAG-RT模型。该模型可与控制系统在JMAG中进行控制仿真，从而有效评估系统性能。 本文介绍如何在JMAG-Designer中创建JMAG-RT模型，并使用创建的模型来运行连续的控制仿真。

2 、功能描述

JMAG-RT是一种基于JMAG-Designer有限元法（FEM）分析结果来创建分析数据的工具，可用于电路/控制仿真。电路/控制仿真可使用基于等效电路的电机模型来分析电机的各种特性（几何结构、材料等），分析速度快但精度低。直接通过JMAG-Designer与控制电路耦合进行电机特性分析，能够精确求解。然而由于每一步计算都需要进行有限元分析，会导致分析时间过长。JMAG-RT在进行快速电路/控制仿真的同时能够兼顾有限元分析的电机特性。JMAG-RT在电机有限元分析结果中获得所需的电机参数（线圈磁链、电感、电阻等），为电路/控制仿真创建专用数据模型（以下称为JMAG-RT模型）。因此在电路/控制仿真中，可使用JMAG-RT模型考虑电机特性。JMAG-RT模型创建完成之后可直接在控制电路中使用，在控制仿真时无需再次进行有限元分析。

图1 使用JMAG-RT模型进行控制系统仿真

效率图分析Study专用于创建电机效率图，有以下三种效率图计算模式：

Ø速度优先模式：计算快、操作简单、精度尚可

Ø精度优先模式：计算慢、操作复杂、需要搭建控制电路、精度很高

Ø降阶模式：计算很快、操作简单、精度一般

本文选择速度优先模式进行效率图求解。其中[Phase Inductance (for RTmodel export)]功能可以用于创建JMAG-RT空间谐波模型。输出的JMAG-RT空间谐波模型可用于其它分析组中的Study。可在效率图分析Study的[Response Table Creation]对话框中[Speed priority]选项卡中创建此设置。

当输出RTT文件并连续运行其他study时，电路中的JMAG-RT模型组件用于参考分析组内的效率图分析study。输出RTT文件需要JMAG-RT许可证。

3 、仿真流程

效率图分析Study和集成分析Study在本文案例文件中已创建完成。本文将展示如何在集成分析study中使用参考效率图分析study生成的RT来进行电机控制仿真的过程。模型信息如图2所示。

图2 电机模型 3.1 创建分析组 在JMAG-Designer中打开上文提到的仿真模型，在[Project Manager]树中右键选择[Project]，点击[Create Analysis Group]，如图3所示。

图3 创建分析组

在弹出的对话框中，将分析组按照图4设置。

图4 分析组设置

3.2 设置响应表

检查效率map分析study。在模型中找到[ProjectManager]树中的[Project]下[2DModel:]>[Study:]，即为效率Map分析study。在study中[Create Response Table]上选择右键[Edit]，此时弹出响应表对话框。

确认计算模式是否为速度优先模式，并检查[Inductance Calculation]设置中，是否选择[Phase Inductance(for RT model export)]作为电感计算方法，如图5所示。确认无误后点击[OK]。

图5 电感计算方法设置

3.3 设置电路

在集成分析Study中，将RT模型设置为电路的JMAG-RT模型组件。打开[Integration Model:]>[Study:]，并在该study下方找到[Circuit]，右键选择[Display]，此时进入电路编辑界面。 双击电路中的JMAG-RT模型组件，即图6中红色框包围的组件。此时弹出JMAG-RT组件设置窗口。

图6 电路界面

在[RTT File]面板中选择[Specify EfficiencyMap Study]，并从下拉列表中选择[EfficiencyMap]，如图7所示。

图7 [JMAG-RT Model：PMSM] 设置面板

点击关闭按钮，退出电路编辑界面。

3.4 运行仿真

运行分析组计算。在分析组上右键选择[Run Active Case]，弹出运行对话框，等待计算完成。计算完成后，运行对话框关闭，弹出消息对话框，选择关闭按钮。

图8 运行仿真 3.5 查看结果 检查集成分析study中电路的控制信号波形图。 在集成分析Study:]下方找到Graph，点击右键选择[Control Signal]，点击[Show]。此时弹出控制信号结果波形图。在[Line Options]选项卡中清除所有勾选，并重新选择“Idu cmd”、“Idu pre”、“Iqu cmd”和“Iqu pre”四个选项。点击[Graph]，返回图形显示界面。 此时可以看到仿真得到的dq电流波形图，如图9所示。

图9 控制信号波形图 查看效率Map分析Study仿真结果。在效率Map分析[SpecifyEfficiencyMapRT]下方找到[Efficiency Map]目录，在[Efficiency]上右键选择Show…，如图10所示。

图10 显示效率Map

图11 效率Map

如图11所示为电机效率Map，同时包含电动及发电工况。除效率map之后，结果中还包括损耗、电压、电流、扭矩脉动等多种类型可显示。

4 、总结

控制系统调试通常使用实际电机进行多工况点测试进行，较为耗费工时，此时我们需要考虑如何提高控制系统校准的效率。在调试控制系统时能够更准确的评估电机性能。 JMAG-RT作为基于JMAG软件的有限元仿真结果提炼出的高精度数字模型，具备高精度、高保真、高实时性及保密性等特点。使用JMAG-RT模型与控制策略耦合，能够快速准确评估电机及控制系统性能。 传统的JMAG-RT模型需要使用专用工具进行创建，功能较为单一。基于效率图study创建JMAG-RT模型，能够得到效率图及RT模型等多种结果类型，功能更加丰富。 基于JMAG内部控制策略及集成study类型的仿真项目，能够同时考虑电磁、控制、热仿真等多种仿真类型，完成电机多物理场的评估。

审核编辑：郭婷