【電機系統】Altair 永磁同步電機系統解決方案－Altair Taiwan Blog

FOC( 矢量變頻、磁場矢量定向控制)

正弦波控制實現了電壓矢量的控制，間接實現了電流大小的控制，但是無法控制電流的方向。FOC控制方式可以認為是正弦波控制的升級版本，實現了電流矢量的控制，也即實現了電機定子磁場的矢量控制。

由於控制了電機定子磁場的方向，所以可以使電機定子磁場與轉子磁場時刻保持在90°，實現一定電流下的最大轉矩輸出。FOC控制方式的優點是：轉矩波動小、效率高、噪聲小、動態響應快；缺點是：硬體成本較高、對控制器性能有較高要求，電機參數需匹配。

永磁同步馬達或 永磁同步伺服電機（permanent-magnet synchronous motor， PMSM)，是指一種轉子用永久磁鐵代替繞線的同步馬達。永磁同步馬達可依磁通方式分為徑向、軸向或是橫向（transverse）幾種，依其元件的布局而定，各種的永磁同步馬達在效率、體積、重量及工作速度都有不同的表現。

目前的產品開發，不管是機械部件的設計還是嵌入式軟體的設計，都強調採用基於模型的設計（Model Based Design）流程。而電機系統開發是典型的集機械、液壓、電控以及熱管理的系統級工程，在不同的開發階段需要不同複雜度的模型。

例如，在前期功能需求階段需要進行1D模擬來評估系統性能，在零部件設計階段需要進行結構強度和CFD模擬，到了後期系統集成及測試階段則需要進行代碼生成以及軟硬體測試等工作。針對這些需求，Altair具有完整的系統解決方案。

圖1 基於模型的開發流程

Altair的數學系統解決方案包含三款工具。Activate是一個多學科系統模擬平臺，Compose是一款專業的數學工具，Embed是專業的嵌入式系統開發工具。

圖2 基於模型的開發流程

在電機及控制器MBD開發流程中，電機一維數學模型能夠對電機電磁設計，電機控制策略的開發形成有效指導，從而縮短產品開發週期。本專題系列文章將以某永磁同步電機為例，具體介紹如何使用 Activate 軟體建立電機線性模型、降階查詢表模型，以及 Co-Flux 聯合模擬模型，並利用 FOC 演算法實現精確的扭矩控制。