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1. 前言

内置式无刷直流电机的矢量控制需要借助MagNet软件和Simulink软件的协同分析功能来实现。在本例中系统级仿真的Simulink和动态电机模型MagNet之间实时交互数据，将让两者共用的量（电压和电流）同步起来。

2. Magnet-Simulink插件

Simulink系统仿真模型中用于耦合MagNet模型的单元是具有MagNet标志的红色Block，这是Infolytica公司开发的Magnet-Simulink插件，双击此Block则弹出插件的设置界面。主要的设置内容包括MagNet电机有限元模型的路径和文件名信息，MagNet模型的时间步长，明确求解过程用2还是或3D的选项等。

图1 Magnet-Simulink插件的设置内容

3. 矢量控制原理及电气回路

Simulink模型执行电机速度的闭环矢量控制，如图中蓝色方框内的子电路所示。所谓速度闭环控制是指蓝色方框中输入端子wm值为MagNet插件第5个输出端子（speed）信号。

图2 Simulink系统模型图

4. MagNet中的电机本体模型

图3 联合仿真中的MagNet模型

从图3可见，联合仿真中采用了1/4的2D有限元模型，这是由于Magnet-Simulink插件允许MagNet模型采用对称方法减少计算量。需要注意的是当采取上图所示的对称模型时，电流和(或)电压需要在Simulink与MagNet之间传递时乘以一个比例系数，本例中由于2D电机模型采用1/4对称，定子绕组的三相之间是串并联连接，因此求解到的电压需要乘以系数2，如图中Voltage scale factor选项。

下图是MagNet中用的求解网格，每个时间步，转子都改变位移，气隙在每个时间步都重新剖分网格，从而允许运动效应得到快速而精确的模拟。

图4 MagNet中求解过程的网格

5. 矢量控制的目标转速和实际转速

应用矢量控制，监视转子速度从而相应地改变转子扭矩以便保持所需要的转速，完成闭环控制。下图显示的是目标转速（1800rpm，图中粉红色曲线）及实际转速（图中黄色曲线）。瞬态仿真在Simulink中启动从而在后台激活MagNet并同步运行其电磁仿真。当两个仿真在运行的过程中相互之间持续交换数据，保持电压和电流之间同步。

图5 矢量控制的目标转速与实际转速的波形对比

6. 实际转速误差

电机控制的目标是让转子按照精确的转速旋转。通过积分速度控制环的增益并成比例低改变速度控制环的值，内置式（IPM）电机的响应时间及其能够达到的最大实际速度可根据设计约束条件来修改。这里图中显示的是实际转速的相对误差，可以看到转子的转速在不到75毫秒之内达到一个稳态的容差（约1%），见图中黄色直线所示的常数1。