永磁同步電機的設計中，有兩大主要的設計難題：

電機驅(qū)動

電機驅(qū)動部分的Simulink模型搭建、仿真與驗證以及代碼生成。由于國內(nèi)新能源車的發(fā)展迅猛，很多電車類客戶在 AUTOSAR 和 ISO26262 方面有剛性需求。

被控對象模型

長久以來，基于模型的設計（MBD）已經(jīng)在電機驅(qū)動開發(fā)人員的標準配置。但被控對象層面的模型化，相對控制層面的建模來說，一直是一個難題。

有了被控對象模型和電機驅(qū)動器模型，將兩者形成閉環(huán)，這才能形成一個真正意義上的MBD。無論在早期的模型在環(huán)測試（MIL）、軟件在環(huán)測試（SIL），還是在后期的處理器在環(huán)測試（PIL）、硬件在環(huán)測試（HIL），閉環(huán)仿真將在極大程度上減少設計錯誤，增加開發(fā)效率，降低開發(fā)成本。

永磁同步電機設計

永磁同步電機被控對象建模

MathWorks能提供三種不同精度的永磁同步電機被控對象模型：

線性模型—轉(zhuǎn)矩和電流為線性方程

非線性飽和模型—轉(zhuǎn)矩和電流的關(guān)系為非線性飽和型

飽和加空間諧波模型—轉(zhuǎn)矩和電流的關(guān)系為飽和加空間諧波型

線性模型的建立

Simulink 中的 Simscape Power Systems 以及 Powertrain Blockset 都提供了線性模型供設計參考。

線性模型所需參數(shù)：

如何獲取這些參數(shù)：

非線性飽和模型的建立

Simulink 中的Powertrain Blockset 提供了非線性飽和模型供設計參考。用戶可通過兩種方式獲取數(shù)據(jù)后填充這些模型（即填充 Nonlinear Flux 和 Current 表格）

這兩種獲取數(shù)據(jù)方式為電機臺架測試（Dyno Testing）和有限元分析（FEA）。

飽和加空間諧波模型的建立

飽和加空間諧波模型的建立只有通過 FEA 的方式獲得，MathWorks 工程師為用戶提供了：

基本的飽和加空間諧波模型的Simulink模型框架

通過不同F(xiàn)EA（ANSYS,JMAG等）工具獲取數(shù)據(jù)后的處理腳本（處理導入數(shù)據(jù)至模型框架）

電機驅(qū)動的基于模型的開發(fā)

電機驅(qū)動的基于模型的開發(fā)可以從如下幾點來考慮：

驅(qū)動器建模、仿真和代碼生成

符合 AUTOSAR 標準的驅(qū)動器開發(fā)

ISO26262 標準的合規(guī)

電機驅(qū)動的建模、仿真、測試和代碼生成

電機驅(qū)動的建模、仿真和測試一般是通過Simulink和Stateflow來完成。在建模和仿真的過程中可注意如下幾點：

可通過 Simulink Check 進行模型的靜態(tài)檢測，例如 MAAB、ISO26262、MISRA 等檢查規(guī)則

可通過 Simulink Test 進行模塊級別單元測試，同時可通過 Simulink Coverage 檢測模型的覆蓋率

可通過 Simulink Design Verifier 進行模型死區(qū)檢測和自動生成一些測試用例（用來補足模型的測試覆蓋率）

以上活動如果有驅(qū)動器和電機模型形成閉環(huán)，一般稱之為 MIL（Model-In-the-Loop），MIL 主要考察模型的邏輯正確性。

在 MIL 通過之后，可考慮進行：

SIL（Software-In-the-Loop）

將驅(qū)動器的部分通過 Embedded Coder 生成 C 代碼，然后將 C 代碼編譯后和電機模型聯(lián)合測試。SIL 主要考察 C 代碼生成的正確性。

PIL(Processor-In-the-Loop)

將驅(qū)動器的部分生成代碼加載到處理器上，通過外圍接口和電機模型聯(lián)合測試。PIL 主要考察 C 代碼到匯編語言的編譯鏈接以及在處理器上執(zhí)行的正確性。

HIL(Hardware-In-the-Loop)

將成品電機驅(qū)動器和在高速實時工控機上運行的電機模型，通過實時總線進行聯(lián)合測試。HIL 主要考察在實時環(huán)境下電機驅(qū)動器的邏輯和性能。

MathWorks 提供了基于 TI C2000 的永磁同步電機驅(qū)動器的開發(fā)示例，用戶可在模型仿真的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生應用層 C 代碼。應用層代碼通過調(diào)用底層驅(qū)動模塊，在 TI CCS 環(huán)境下編譯鏈接，并可直接運行在 TI C2000 平臺上。

機

符合AUTOSAR標準的驅(qū)動器開發(fā)

AUTOSAR 是一種汽車電子的標準架構(gòu)，由 ASW、RTE、BSW 等層次組成。Simulink 可通過 Embedder Coder 產(chǎn)生符合 AUTOSAR 架構(gòu)的代碼，該代碼直接調(diào)用 RTE 接口。

一般來說，Simulink 支持兩種開發(fā)模式：

自上而下模式

Simulink 可以導入如 Davinci Developer 等基于標準 AUTOSAR 的架構(gòu)工具的 ARXML 文件，然后在此基礎(chǔ)上進行 ASW 內(nèi)部的 runnable 的設計，在設計完成后可生成可調(diào)用 RTE 的代碼。

自下而上模式

Simulink 可以已經(jīng)做好的控制模型，將原有的非 AUTOSAR 輸入輸出接口配置成 AUTOSAR 的輸入輸出接口，形成標準的 ASW。此后，可生成可調(diào)用 RTE 的代碼。

Simulink 對 AUTOSAR 的支持可通過從網(wǎng)上下載 AUTOSAR 支持包來完成，無需額外的許可證支持。

ISO26262 標準的合規(guī)

ISO26262 為車用電機企業(yè)目前比較關(guān)注的一部關(guān)于功能安全的標準。MathWorks 產(chǎn)品對于 ISO26262 標準的合規(guī)主要體現(xiàn)在第六章軟件部分和第八章工具和支持過程。

在第六章中，ISO26262 提出了 15 個表格。每個表格中針對不同的 ASIL 等級，對一些軟件開發(fā)過程中的技術(shù)做了不同層次的要求。用戶需要證明其軟件開發(fā)過程符合這些要求。MathWorks 在 IEC Certification Kit 中的 Model-Based Designfor ISO26262 文檔中對于每一個表格都有相應的技術(shù)應對。

第八章中，ISO26262 對開發(fā)過程中使用到的軟件做了一些規(guī)定。MathWorks 的

Embedded Coder，Simulink Design Verifier，Simulink Check，Simulink Coverage，Simulink Test，PolySpace Bug Finder，PolySpace Code Prover 都被 TUV 嚴格做了以下審核和認證：

SUV 出具了對這些產(chǎn)品的工具認證報告

MathWorks推薦了這些產(chǎn)品的使用流程

TUV 針對以上使用流程的若干使用場景做了 TCL（工具置信度）的事先劃分

在實際認證過程中，如果為 TCL1 則無需做額外的工具資格認定（tool qualification），例如：Embedded Coder 如果嚴格按照 MathWorks 推薦的流程來使用，則為 TCL1。

如果為 TCL2 或者 TCL3，則用戶需要做工具資格認定，MathWorks 提供了工具資格認定所需的測試用例，用戶只需要運行即可。

用戶須為以上被預認證過的產(chǎn)品提供一份 TQP(Tool QualificationPackage) 和 CDT (Conformance Demonstration Template)，用來說明該產(chǎn)品是如何被資格認定的。MathWorks 提供了文檔模板。

以上的證書、模板和測試用例都可在 IEC Certification Kit 中找到。

針對電機企業(yè)的設計需求，MathWorks 提供專業(yè)咨詢服務，包括：電機控制MBD咨詢、電機高精度模型建立咨詢、流程改進咨詢（以ISO26262為例）等。