1、Restricted Siemens AG 2013 All rights reserved.Smarter decisions,better products.Simcenter.Amesim电机控制系统仿真解决方案电机控制系统仿真解决方案2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 2Siemens PLM SoftwareSIMCENTER AMESIMSIMCENTER AMESIM概述概述传动AT/AMT路面和环境底盘ABS/ESP/EBS/ACC.驾驶员及工况车辆转向EPS/EHPS制动Ibooster/

2、EMB减震器AS从 子系统 到 整车从 子系统 到 整车车辆，子系统,驾驶员 和 道路环境2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 3Siemens PLM Software电子电气系统解决方案概述电子电气系统解决方案概述电磁磁库电池池库电学基学基础库电力力电子子库电机机库汽汽车电子子库2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 4Siemens PLM Software电机模型分类电机模型分类3种不同复杂程度的电机模型应用于设计流程

3、的设计流程的不同阶段3种不同复杂程度的电机模型应用于设计流程的设计流程的不同阶段适用模型研发阶段适用模型研发阶段前期功能性验证分系前期功能性验证分系统级优化化设计部件级优化设计基于数表的电机模型数学求解的电机模型有限元法的电机模型部件级优化设计基于数表的电机模型数学求解的电机模型有限元法的电机模型电机模型应用：前期功能逻辑验证 控制器参数标定电机模型应用：前期功能逻辑验证 控制器参数标定2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 5Siemens PLM Software目录目录l 基于数表的电机模型基于数表的电机

4、模型l 基于数学求解的电机模型基于数学求解的电机模型 电机类型电机类型 扭矩控制扭矩控制 电流控制电流控制l 基于有限元数表导入的电机模型基于有限元数表导入的电机模型l 电力电子系统模型电力电子系统模型l 应用应用2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 6Siemens PLM Software目录目录l 基于数表的电机模型基于数表的电机模型l 基于数学求解的电机模型基于数学求解的电机模型 电机类型电机类型 扭矩控制扭矩控制 电流控制电流控制l 基于有限元数表导入的电机模型基于有限元数表导入的电机模型l 电力电

5、子系统模型电力电子系统模型2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 7Siemens PLM Software基于数表的电机模型基于数表的电机模型对于系统级设计的早期阶段，用户考察的目标是系统匹配性和功能逻辑的验证，部件的高频物理量不是考察的主要目标。在这种情况下，可以通过数表模型来表示整个电机控制系统。数表电机模型：包含 控制器、逆变器、电机本体。用户可以通过输入扭矩边界、转速边界和效率分布图来描述电机的外特性。2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights re

6、served.Page 10Siemens PLM Software目录目录l 基于数表的电机模型基于数表的电机模型l 基于数学求解的电机模型基于数学求解的电机模型 电机类型电机类型 扭矩控制扭矩控制 电流控制电流控制l 基于有限元数表导入的电机模型基于有限元数表导入的电机模型l 电力电子系统模型电力电子系统模型2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 11Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电机分类基于线性求解的电机模型电机分类2014-XX-XXRestricted Siemens

7、AG 2014 All rights reserved.Page 12Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电机分类基于线性求解的电机模型电机分类直流电机直流电机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 13Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电机分类基于线性求解的电机模型电机分类直流电机（他励式）直流电机（他励式）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 14Siemens PLM

8、 Software基于线性求解的电机模型电机分类基于线性求解的电机模型电机分类直流无刷电机（BLDC）直流无刷电机（BLDC）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 15Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电机分类基于线性求解的电机模型电机分类永磁同步电机（PMSM）永磁同步电机（PMSM）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 16Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电机分类

9、基于线性求解的电机模型电机分类步进电机（Stepper Motor）步进电机（Stepper Motor）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 17Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电机分类基于线性求解的电机模型电机分类开关磁阻电机开关磁阻电机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 18Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电机分类基于线性求解的电机模型电机分类异步电机异步电

10、机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 19Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型扭矩控制算法基于线性求解的电机模型扭矩控制算法2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 20Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法直流有刷直流有刷电机机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 21Siemens PL

11、M Software扭矩控制算法扭矩控制算法他励式直流他励式直流电机机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 22Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法其他其他类型型电机机绕线式同步电机绕线式同步电机鼠笼式异步电机鼠笼式异步电机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 23Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机机两种方式计算 扭矩vs电流1.通过线性化解析公式

12、求解控制电流（线性模型）2.通过查找Map得到控制电流（非线性模型 通过MAP实现）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 24Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机机222magIIsdIsq=+电压：扭矩：电流：电压：扭矩：电流：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 25Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机机遵循“MTPA”原则（

13、恒扭矩区）遵循“MTPA”原则（恒扭矩区）控制原则：控制原则：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 26Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机机由“MTPA”向“MFPT”移动（弱磁控制区）由“MTPA”向“MFPT”移动（弱磁控制区）控制原则：控制原则：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 27Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机

14、机需求扭矩无法满足需求扭矩无法满足（基速以下），按照最大扭矩输出（基速以下），按照最大扭矩输出控制原则：控制原则：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 28Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机机需求扭矩无法满足，按照Pmax输出（恒视在功率区）需求扭矩无法满足，按照Pmax输出（恒视在功率区）电机固有参数：r 1（电压椭圆中心在电流圆外）电机固有参数：r 1（电压椭圆中心在电流圆外）控制原则：控制原则：2014-XX-XXRestricted Siemens A

15、G 2014 All rights reserved.Page 29Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机机需求扭矩无法满足，按照Tmax输出,但此时PPmax（降视在功率区）需求扭矩无法满足，按照Tmax输出,但此时PPmax（降视在功率区）电机固有参数：r 1（电压椭圆中心在电流圆内）电机固有参数：r 1（电压椭圆中心在电流圆内）控制原则：控制原则：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 30Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同

16、步永磁同步电机机需求扭矩无法满足,并且电流限制和电压限制无法同时满足。需求扭矩无法满足,并且电流限制和电压限制无法同时满足。控制原则（不应出现）：控制原则（不应出现）：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 31Siemens PLM Software扭矩控制算法扭矩控制算法永磁同步永磁同步电机机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 32Siemens PLM Software基于线性求解的电机模型电流控制算法基于线性求解的电

17、机模型电流控制算法2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 33Siemens PLM Software电流控制算法永磁同步电机电流控制算法永磁同步电机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 34Siemens PLM Software电流控制算法绕线式同步电机电流控制算法绕线式同步电机2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 35Siemens P

18、LM Software坐标变换坐标变换2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 36Siemens PLM Software坐标变换坐标变换()()+=cbaddXXXXXX21212132sin32sinsin32cos32coscos320()()+=02132sin32cos2132sin32cos21sincos32XXXXXXddcbaOrthogonal transformation matrix PP-1=PT2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All righ

19、ts reserved.Page 37Siemens PLM Software目录目录l 基于数表的电机模型基于数表的电机模型l 基于数学求解的电机模型基于数学求解的电机模型 电机类型电机类型 扭矩控制扭矩控制 电流控制电流控制l 基于有限元数表导入的电机模型基于有限元数表导入的电机模型l 电力电子系统模型电力电子系统模型2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 38Siemens PLM Software基于有限元的高频电机模型基于有限元的高频电机模型为什么要导入有限元计算结果为什么要导入有限元计算结果磁滞损耗

20、、电涡流损耗、磁饱和效应、Ld=f(id,iq,)、Lq=f(id,iq,)、气隙谐波、齿槽转矩（Cogging Torque）造成的扭矩波动与误差PMSM线性模型PMSM非线性模型PMSM线性模型PMSM非线性模型Lq=f(id,iq)Ld=f(id,iq)2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 39Siemens PLM Software基于有限元的高频电机模型基于有限元的高频电机模型磁共能MAP导入AMESim电机模型磁共能MAP导入AMESim电机模型建立有限元电机模型建立有限元电机模型磁共能查表法磁共

21、能查表法2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 40Siemens PLM Software基于有限元的高频电机模型基于有限元的高频电机模型JMAG-RT模型的导入JMAG-RT模型的导入2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 42Siemens PLM Software基于有限元的高频电机模型基于有限元的高频电机模型FLUX模型的导入FLUX模型的导入2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 A

22、ll rights reserved.Page 43Siemens PLM Software目录目录l 基于数表的电机模型基于数表的电机模型l 基于数学求解的电机模型基于数学求解的电机模型 电机类型电机类型 扭矩控制扭矩控制 电流控制电流控制l 基于有限元数表导入的电机模型基于有限元数表导入的电机模型l 电力电子系统模型电力电子系统模型2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 44Siemens PLM Software电力力电子元件子元件DC/DC converterBuck chopperBoost chop

23、perFly-back chopperAC/DC converterCurrent rectifierVoltage rectifierDC/AC converterTransistor/MOS/IGBT/ThyristorSPWM comparisonSVPWM and Others2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 47Siemens PLM Software电力电子元件电力电子元件DC/DCDC/DCEV车用高压网络与12V网络DC/DC变压器隔离（带有变压器的磁模型）EV车用高压网络与12V网络DC

24、/DC变压器隔离（带有变压器的磁模型）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 48Siemens PLM Software电力电子元件电力电子元件2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 49Siemens PLM Software电力力电子元件子元件通过晶闸管控制导通和关断时间：晶闸管控制电路的模型和控制效果：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Pag

25、e 50Siemens PLM SoftwareIsource0Isource0Iload0电力力电子元件子元件AC/DC（整流器）（整流器）电流整流前后对比电压整流前后对比电流整流前后对比电压整流前后对比2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 51Siemens PLM Software通过电力电子元件库可实现任何DC/DC结构：BUCK/BOOST/FLY-BACK/FORWARD可仿真变流器的电压和电流四象限工作：通过电机和驱动电路（变流器）的四象限属性，可对混合动力、再生制动等特性以及控制策略进行深入研

26、究电力力电子元件子元件DC/DCUIUIUIUIBuck-BoostBuck&BoostBuck4 quadrant2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 52Siemens PLM Software通过信号与控制库搭建SPWM控制策略。右上：正弦参考信号和载波信号右中：PWM调制信号右下：相电压幅值电力力电子元件子元件DC/AC(逆逆变器器)2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 53Siemens PLM SoftwareP

27、WM生成模块提供6种不同的PWM生成策略：PWM生成模块提供6种不同的PWM生成策略：中性点接地法中性点接地法3阶谐波法3阶谐波法SVPWMSVPWM其他不同的PWM生成策略会对母线电压利用率、逆变器开关损耗、以及输出电压及电流波形的谐波分量造成影响。其他不同的PWM生成策略会对母线电压利用率、逆变器开关损耗、以及输出电压及电流波形的谐波分量造成影响。电力力电子元件子元件PWM生成策略生成策略2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 54Siemens PLM Software电力力电子元件子元件PWM生成策略生

28、成策略6种PWM生成策略所对应的输出端电压和中性点电压：6种PWM生成策略所对应的输出端电压和中性点电压：2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 55Siemens PLM Software通过后处理的FFT功能（），对不同PWM生成策略进行频域观测研究：通过后处理的FFT功能（），对不同PWM生成策略进行频域观测研究：电力电子元件电力电子元件PWM生成策略生成策略相电压和目标值相电流（时域）相电流（频域）相电压和目标值相电流（时域）相电流（频域）2014-XX-XXRestricted Siemens AG

29、2014 All rights reserved.Page 56Siemens PLM Software目录目录l 基于数表的电机模型基于数表的电机模型l 基于数学求解的电机模型基于数学求解的电机模型 电机类型电机类型 扭矩控制扭矩控制 电流控制电流控制l 基于有限元数表导入的电机模型基于有限元数表导入的电机模型l 电力电子系统模型电力电子系统模型l 应用应用2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 57Siemens PLM Software电力电子元件逆变器散热电力电子元件逆变器散热逆变器的散热模型逆变器的散

30、热模型2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 58Siemens PLM Software电力电子元件逆变器散热电力电子元件逆变器散热导通损耗开关损耗不同位置的开关管温度导通损耗开关损耗不同位置的开关管温度2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 59Siemens PLM Software应用EPS系统及控制策略开发应用EPS系统及控制策略开发方向盘力矩 vs.补偿力矩方向盘转角 vs.车轮转角方向盘转角 vs.方向盘力矩方向盘

31、力矩 vs.补偿力矩方向盘转角 vs.车轮转角方向盘转角 vs.方向盘力矩2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 60Siemens PLM Software应用EV应用EV2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 61Siemens PLM Software应用动力性/经济性/驾驶性分析应用动力性/经济性/驾驶性分析1.驾驶工况定义2.整车多属性分析1.驾驶工况定义2.整车多属性分析Run 1Run 2Run 33.设计空间探索

32、（DOE）3.设计空间探索（DOE）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 62Siemens PLM Software应用热管理应用热管理目标与实际车速逆变器/电机电枢/电机外壳温度曲线冷却风扇及水泵控制信号目标与实际车速逆变器/电机电枢/电机外壳温度曲线冷却风扇及水泵控制信号不同位置冷却液温度不同位置冷却液温度2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 63Siemens PLM Software应用整车能量管理（VEM）应用整

33、车能量管理（VEM）2014-XX-XXRestricted Siemens AG 2014 All rights reserved.Page 64Siemens PLM Software总结总结l 基于数表的电机模型基于数表的电机模型l 基于线性求解的电机模型基于线性求解的电机模型 电机类型电机类型 扭矩控制扭矩控制 电流控制电流控制l 基于有限元数表导入的电机模型基于有限元数表导入的电机模型l 电力电子系统模型电力电子系统模型Restricted Siemens AG 2013 All rights reserved.Smarter decisions,better products.Thank you,Q&A