Ansys电机控制系统分析
1 电机ECE模型抽取
在电机设计过程中，通常需将电机与控制系统进行矢量控制算法联合仿真，以得到更加精确得仿真分析结果。控制系统联合仿真过程中，由于控制器开关频率高，仿真步长短，计算时间长等特点，如果直接将有限元模型直接与控制系统进行联合仿真，仿真时间跟速度通常无法满足工程需要。Ansys支持电机降阶模型抽取，通过对电机有限元结果进行降阶抽取，等效抽取的结果是基于有限元计算得到的数据表，在控制系统联合仿真过程中只需通过查表得方法就能得到电机得性能，因此将抽取后的结果应用到系统仿真中，既保证了精度也提高了速度。
ECE模型又称ROM降阶模型、状态空间模型，它是基于表格的电路模型，表格参数来源于预先的有限元计算结果。ECE模型可用于控制电路分析、系统分析(TwinBuilder/Simplorer)、HIL分析(ETAS，NI)。它具有模型计算速度快，精度高的优点。模型精度与扫描密度有关，ECE模型暂不支持涡流及磁滞模型。
以永磁电机为例，在Maxwell有限元场计算中，有限元模型对电流和转子位置角扫描，扫描后得到的有限元结果通过降阶模型保存在数据表中形成ECE模型，可将ECE模型直接在Simplorer(Twin-Builder)进行分析计算，也可以将ECE模型送到控制当中进行高级控制系统仿真。
由于抽取的ECE结果是基于有限元计算得到的，因此ECE结果精度非常高，与有限元结果几乎一样。
ECE与FEA结果对比
在电机ECE模型抽取过程中，需要将三相绕组的激励方式改成外电路。该步骤只是用于ECE模型抽取，与电机实际需不需要设置外电路无关。同时外电路只需要包含三个元件，分别是，三相绕组电流扫描元件ECE3、转子位置角度扫描原件ECER及Ground。
2 矢量控制算法仿真
矢量控制亦称磁场定向控制(FOC)，其基本思路是：通过坐标变换实现模拟直流电机的控制方法来对永磁同步电机进行控制,其实现步骤如下：
1)根据磁势和功率不变的原则通过正交变换,将三相静止坐标变换成二相静止坐标，也就是 Clark变换，将三相的电流先转变到静止坐标系，再通过旋转变换将二相静止坐标变成二相旋转坐标，也就是 Park变换，Park变换中定子电流矢量被分解成按转子磁场定向的 2 个直流分量 id、iq(其中id为励磁电流分量，iq为转矩电流分量)。
2)通过控制器对其速度电流环进行控制,控制id就相当于控制磁通，而控制iq 就相当于控制转矩。Iq 调节参考量是由速度控制器给出，经过电流环调节后得出其 d，q 轴上的电压分量即ud和uq。
3)控制量ud和uq通过 Park 逆变换。
4)根据SVPWM 空间矢量合成方法实现矢量控制量输出，达到矢量控制的目的。
在电机矢量控制算法分析过程中，其中很重要的一个技术是SVPWM空间矢量调制变换。SVPWM变换根本上是实现两相静止坐标系到三相静止坐标系的变换，输出的6个开关变量可以直接驱动三相逆变器的6个开关，得到三相调制后的正弦电压。和传统的SPWM方法相比，SVPWM有利于减小输出电流谐波，开关损耗小,提高母线电压利用率。
SVPWM空间矢量调制变换
SVPWM在Simplorer中的实现方法如下：
将SVPWM控制信号进一步细化结果区间得到如下结果：
基于Clark变换、Park变换、SVPWM空间矢量变换等前提条件，可搭建出永磁同步电机的矢量控制系统电路。该控制系统基于电流环、速度环的双闭环控制，逆变桥等模块可在库中直接调用。电机模型降阶后通过*.sml file形式得到ECE降阶模型，在控制系统中参与矢量控制算法仿真，永磁同步电机矢量控制系统联合仿真模型如下图所示。
永磁同步电机矢量控制系统联合仿真模型
在永磁同步电机控制中，其中最大转矩电流比控制应用极为广泛。最大转矩电流比控制也称MTPA控制，其目的是单位电流输出最大转矩。它是凸极永磁同步电机广泛应用的一种电流控制策略。在产生要求的转矩控制下，只需最小的定子电流，从而使得损耗下降，这有利于逆变器及开关元器件工作，提高了系统的效率。因此MTPA控制是一种较适合永磁同步电机的电流控制方法。
电机采用MTPA控制时，电流环d轴回路不再是定值控制，两轴电流需要根据速度环控制器输出的电流指令决定d轴与q轴电流的分配。
通过控制系统算法分析，可以方便对比不同控制算法的仿真结果。
3 嵌入控制代码仿真
Ansys 提供基于模型的嵌入式软件开发和仿真环境，内置代码自动生成器，可加速完成嵌入式软件开发项目。系统及软件工程师利用 Ansys SCADE 解决方案以图表的形式进行设计、验证并自动生成具有高可靠性的关键嵌入式系统和软件应用程序。SCADE 解决方案具有较高的交互性，能够轻松集成到现有开发流程中，优化开发并加强各团队成员之间的交流。
4 旋转变压器及其控制器仿真
旋转变压器简称“旋变”，是目前国内比较专业的一个名称。旋转变压器主要用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。早期的旋转变压器用于计算解析装置中，作为模拟计算机中的主要组成部分之一。其输出是随转子转角作某种函数变化的电气信号，通常是正弦、余弦、线性等。这些函数是最常见的，也是容易实现的。在对绕组做专门设计时，也可产生某些特殊函数的电气输出。但这样的函数只用于特殊的场合，并不是通用的。
针对如旋转变压器等传感器设计的关键技术、设计难点和技术挑战，ANSYS公司提出传感器集成化设计解决方案，该解决方案不仅可以实现电磁、结构、热/流体单场优化设计，还可以实现CAD集成、多物理场耦合设计和鲁棒性设计、嵌入式代码、控制及整个系统集成等，无缝实现从行为级到物理原型级，多层次、多领域、高精度传感器及系统设计，可以帮助用户高效实现传感器多物理域集成化设计流程，通过高精度物理原型级仿真，最大限度的减少制作样机次数，缩短开发周期，降低开发成本，有利于用户在激烈竞争中脱颖而出。
5 开关电源及磁性元器件仿真
开关电源是广泛应用于我国各种军工和民用工业领域，产品设计要求开关电源能够实现模块化、数字化、低功耗、低噪声、抗干扰等功能。开关电源广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，将推动高技术产品朝着小型化、轻便化发展。随着产品设计要求的提高，未来开关电源将围绕轻、小、薄的特点，朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性及低EMI噪声的“四高一低”的方向发展，对开关电源的设计提出了更高要求。Ansys针对开关电源的仿真解决方案，可以实现磁性部件性能仿真及电源电路系统性能仿真，从而在开关电源电路设计、磁性器件性能优化、EMI噪声仿真方面提供帮助。
对于开关电源中磁性部件，Ansys软件可以实现磁部件方案的快速优选、提供磁部件虚拟制作和分析平台、磁部件电磁场有限元分析、磁部件的多物理场耦合分析。
对于MOSFET和IGBT等功率部件，Ansys软件可以实现功率器件的特征化建模。对于使用的SiC和Si材料的功率器件，用户可以依据datasheet的测试数据进行仿真建模，进而得到特定型号器件的电热动态仿真模型。
对于开关电源中的杂散寄生参数，Ansys可以通过Q3D软件完成对杂散寄生参数模型的抽取，并与Simplorer进行动态链接，结合精确的高保真部件有限元模型和电路系统结构，进行多物理域开关电源的瞬态协同仿真。通过Q3D可提取模型在不同频率下的RL/CG矩阵，替换掉理想模型的走线。
6 电机驱动系统传导干扰分析
→ansys结构单元与材料应用手册文档下载Ansys Electronics Desktop使工程师能够轻松地将Ansys电磁3D和2.5D场求解器无与伦比的精度与 Ansys RF 选项中强大的电路和系统级解决方案相结合，可以在设计周期的早期诊断、隔离和消除电磁干扰及射频问题 (RFI)。用户可以利用 Electronics Desktop 的无缝工作流程（包括先进的电磁场求解器），动态地将它们链接到电源电路模拟器，以预测电气设备的 EMI/EMC 性能。这些集成的工作流程避免了重复的设计迭代和昂贵的重复性 EMC 认证测试。多种电磁求解器旨在解决各种电磁问题，以及实现 Electronics Desktop 的电路模拟器，帮助工程师评估其电气设备的整体性能，并创建无干扰的设计。这些形形色色的问题包括辐射和传导辐射、易感性、串扰、射频减敏性、射频共存、共址、静电放电、电快速瞬变 (EFT)、爆裂、雷击效应、高强度场 (HIRF)、辐射危害 (RADHAZ)、电磁环境影响 (EEE)、电磁脉冲 (EMP) 到屏蔽效应和其他 EMC 应用。