Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)

最近一直在做Simplorer—Maxwell联合仿真,这方面的资料实在少得可怜,只能自己总结一些经验。准备分享一下,同时也是以防以后再被类似的问题卡住。

1.关于电机外部电感、电阻的设置问题

Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)_第1张图片
很多人说这个地方应该设置成电机的绕组电阻和漏电感,否则电流根本不会收敛,如下图所示
Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)_第2张图片
其实这并不是没收敛,只是收敛的比较慢,因为教程里收敛的快,最初我以为自己的没收敛(教程里直接用逆变器做的仿真,我这里是开环SVPWM控制的),有一次去食堂吃饭,突发奇想把仿真时间延长,回来后发现收敛了,如下图所示
Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)_第3张图片
有人会说,你直接按着别人的经验来不就行了,扯这么多没用的干嘛?我也想啊,但是视频教程里用的不是Maxwell 2D的模型,他用的是RMprt的模型,电阻和漏电感都是已知的,我用的是自己搭的Pruis模型,从网上只查到了定子电阻,其他的数据都很少,不得已参数只能靠猜。好了,再继续说收敛的事,之后我有尝试了几种方法,想让他收敛的快一点,毕竟仿真一次需要很久很久很久……改了不少参数,也没改好,不过总结出来几点东西:

  1. 电感不能太小,大了小了对收敛速度其实没啥影响,太小的话就会像下图一样,不正弦了
  2. 电阻太小,电流就大;电阻大一点,易于收敛,但是电流会变得很小(开环SVPWM只是相当于给了一个信号,没有电流环反馈,电流当然由定子电阻决定喽)

Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)_第4张图片
后来感觉实在调不好了,就直接闭电流环去了,就是把SVPWM前面给定的Ahpal、Beta电压换成Clark变换后的被测电流。结果发现收敛的特别快,也不知道具体什么原因,反正想告诉大家,调的差不多就可以了。怎么才算差不多呢,看我第一张仿真图中有两个电压表VM2、VM3,只要保证他俩的电压相位差不多就可以了,如下图所示。
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2.和电机相连的测量部件

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电机的输出端接到一起(Y型),其余的按我这样接就行,因为大家都这么接,也没有解释为什么。MASS_ROT里面设置转动惯量和初始位置角。
有一点要注意,我用的都是紫色的测量元件XX_ROT,还有一种是粉色的XX_ROTB,本质上都一样,仔细看和电机相连的两条线都是粉色,FM_ROT1上面有一个方块自动转化了。
还有一点,一定要注意你的位置和速度传感器出来的数据,要么都正,要么都负,不然Park变换出来的波形就不是一个常数,因为反了(把Thet取负自己推导一下也能看出来),错误的结果如下图所示
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3.仿真时间的设置

联合仿真时,Maxwell和Simplorer同时运行,程序按照各自设定的时间和步长运行。其中Simplorer是主动者,Maxwell是被动者,当Maxwell运行完毕但Simplorer尚在运行时,Maxwell将重新运行,与Simplorer进行数据交换。在实践中,发现仿真时间的设置对结果有一定的影响。例如,将二者仿真时间和步长设置相同的话,仿真的结果就不正确。在反复试验的前提下,得到如下经验:将Simplorer的时间和步长设置长一些,将Maxwell的时间和步长设置短一些,这样实验的结果就接近正确值。
但是Simplorer的步长设置长一些,之前设置100us,不太行,因为SVPWM的周期和他很接近5000Hz。
这里带来的问题是,逆变器的相电压很小,只有个位数,不对;而且去看马鞍波和载波的时候,发现幅值不对,调小了就都好了,这个也是卡了我很长时间。不过步长改小了带来的问题就是,仿真变慢了。

4.闭电流环

调电流环的时候,是给定恒转速源,不给转矩,调PI参数,我记得好像随便调调就调好了(前提是解决了上面的问题),但是其实这里忽略了一点,导致后面出了问题。实际上这一步,只要把电流稳住就可以了,双闭环控制主要还是看转速环。这里顺便提一点PI参数的调节问题,调的时候,如果发现给定300,但是只有100多,那说明P小了,如果把P调大,发现离300还差几十,说明I小了,如果最后还差那么一点点,我好像也调不好,也是因为仿真实在是太慢了!
再补充一点,按我这么连接的好处是,能明确各个量的参考量。比如,当你看到电机的转矩为负,你会不会以为它是工作在发电机状态?其实转矩为负才是参考方向,实际上看工作在什么状态要看三相电流谁超前于谁。
再说一点,转矩是负的,对应iq也是负的,闭环的时候,给定iq为负,这里要注意。
起初做电流闭环的时候,恒转速源给正值,电机就莫名其妙工作在了发电状态,给负值才对,目前还不知道什么原因(可能隐含了转速的参考方向为负吧,瞎猜的),不过对后面影响不大。

–现在可能知道了,可以看我那个MAXWELL学习总结博客的分析,MAXWELL 2D中不让用户改旋转方向,这里也不能乱改,否则肯定会有问题,具体的看那篇博客吧。就是变换公式中没有做修正,导致dq轴的量正负号反了。

5.闭转速环

其实只要电流环没啥问题,转速环也好闭环,这里遇到的问题是,转速经常莫名其妙跑飞,给的转矩是负的,实际也是负的,但是转速也成负的了,也就是说,和之前电流环那里得到的结果不同。
其实原因是没有设置初始位置角。因为在Maxwell里,为了让d轴和A相轴线对齐,我们给了30°的初始角,这里也应该给。点开SM_ROT1进行设置。
Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)_第8张图片
当然,上面说到了粉色和紫色的略有差别,粉色的元件没法设置,但是你可以从输出的地方给他加一个位置角,很奇妙,就这30°,结果大不一样。
所以,得到的结论就是,转矩给定为负,但是测得的为正,所以iq为正,id为负,转速给定为正,测得也是正。

6.结果图

弱磁部分就不多说了,我的其他博客讲了,用的是超前角弱磁。这里为了省事,就随便给id加了个PI控制器,转速能达到要求了。
下面是仿真图和结果图,随便看一下。
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Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)_第10张图片Simplorer—Maxwell联合仿真注意事项(结合实例讲解,和其他的教程类的不一样)_第11张图片

7.补充

个人感觉,SVPWM的模型如果不理解原理 ,一点都不好搭,之前用的matlab的,都是人家搭好的,这次自己做过一次,发现了很多问题,对它的理解也更深刻了。

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