如何加速Map图计算？
1 背景介绍
电机MAP图是驱动电机的重点分析项目，尤其是新能源汽车驱动电机具有宽调速范围等特点，借助Maxwell的Toolkits或ACT能够很方便的生成Map图。但是，经常有同学反映计算一次Map图需要十几个小时，甚至一整天的时间，并认为这是正常现象。其实不然，正常计算一次二维Map图的时间应该控制为半小时左右。本文将就影响Map图计算速度的因素和推荐设置展开讨论。本文的推荐设置没有版本限制，但推荐R2019+。
影响Map图计算速度的因素主要有几点。一是网格的剖分，在划分网格的时候要避免过度剖分，2D的网格数量建议控制在10000左右；二是DSO与LSDSO设置，在求解时候可以打开分布式计算与大规模分布式计算，由原先一次计算一个工况点变为一次可以同时计算多个工况点；三是模型的周期性设置，当电机具有对称时候，尽量采用单元电机模型代替全模型；四是ACT参数设置。如时间步长、周期数及参数扫描设置等，时间步长及周期数不宜过多，够用为宜，参数扫描设置点数也不宜过多，够用就好。
通过对以上几个点进行处理后，将大大提高Map计算的速度及缩短计算时间。下面对这些点进行进一步的介绍。
2 网格剖分设置
有些工程师在计算的时候，会有一个误区，认为网格越精细结果精度会越高，其实不然，网格在划分的时候我们需要兼顾速度及精度，过度的网格剖分会大大增加计算时间及减慢计算速度，降低工程师的工作效率，同时也会对计算机会有更高的配置要求。所以需要在兼顾速度及精度的同时合理的设置网格剖分，不要过度网格剖分。同时有些用户不对Surface Approximation网格剖分进行设置，导致计算精度下降，特别是齿槽转矩。
二维旋转电机的推荐网格剖分设置有以下几点。首先删除所有的网格设置，选中所有的物体，设置Surface Approximation ，设置合理的 α 和δ，如α = 30°及δ = 0.001；然后选中band和airgap，设置Inside Selection剖分设置，如设置为气隙长度或者气隙长度的一半；最后对铁心、磁钢、绕组和InnerRegion设置合理的InsideSelection剖分设置，一般设置为气隙长度的4倍。下图为48S8P电机模型其采用了八分之一模型所生成的网格结果。
3 分布式计算设置
有些工程师在计算时，不开启DSO，参数化扫描计算的时候是一个方案一个方案进行计算，这样会需要很长的计算时间，如果打开了DSO进行多任务计算，可以一次性计算多个任务，这样可以大大提高计算效率。DSO和LSDSO都是利用多个CPU核心并行计算，实现多任务同时求解，用于提高参数化和优化分析的速度。
DSO分布计算，推荐在10个以内并行计算任务时使用，它的使用较为简单，只需要在HPC处设置DSO数量，其余设置与Map图常规计算一样，当扫描任务量较大时，利用LS-DSO可大幅提高Map图计算速度。DSO设置如下：
1)点击Simulation下面的Analysis Config；
2)Tasks = 并行计算的方案数；
3)Cores = 调用的核心数，最大可设置为逻辑处理器核心数；
4)推荐设置：Tasks = Cores = 逻辑处理器核心数 - 1or2。
LSDOS大规模计算推荐在并行计算数超过20个时候使用，其使用较DSO稍复杂一些，需要在Map图计算ACT里设置。LSDSO设置如下：
1)在Toolkit设置最后一页：
勾选 Save Toolkit settings to file
勾选Only prepare new design compatible for LS-DSOjob (user to submit job)
点Finish，自动创建新design
2)右键点新design的ParametricSetup1，点Submit Job…提交参数化求解任务；
3)勾选 Use large scale DSO；
4)设置 Tasks 和 Cores ；
5)点击 Submit Job；
6)计算结束，重新进入Toolkit，next到最后一页，勾选Use results of LS-UDO run..，选择对应的 Design 和LS-DSO job ID 生成Map 图。
4 模型周期对称性设置
当电机具有对称时候采用单元电机模型代替全模型，可以大大减少计算量，提高计算速度及效率。
使用最小单元电机模型，需在2D Design Settings设置周期对称数。同时对于边界条件需要注意，当单元电机为一对极时，如16p24s，设置Hs= Hm边界条件；当单元电机为单个极时，如8p48s，设置Hs = -Hm边界条件。
16p24s，Hs=Hm边界条件
8p48s，Hs=-Hm边界条件
5 ACT参数设置
ACT参数设置包含时间步长、周期数及参数扫描设置等。
(1)时间步数
由于电机轴功率对时间步长的敏感性相对电功率来说较小，因此Toolkit在计算效率时始终采用了轴功率和损耗组成的效率表达式。
对于电动机模式：
对于发电机模式：
在计算Map图时，每个周期的时间步数不宜设置过大，可以采用默认的30步（或者加大到40~60），可平衡计算速度和精度。
(2)周期数
Maxwell基于磁场分析结果，通过后处理的方式计算铁心损耗，磁场幅值的建立至少需要半个电周期，计算Map图时，对于永磁同步电机，周期数设置为2即可，如果使用半周期TDM，可以只计算半个电周期。
(3)参数扫描变量数的设置
首先是电流和电流相位角的扫描设置，Toolkit使用非线性DOE采样，默认的6*10是较平衡的设置，如需进一步提高精度，可在每个维度增加3～5个点。其次是转速点的设置，从2020R1开始，对于同步电机，Toolkit可取消对转速变量的扫描，取消勾选Specify number of speed sweeppoints，或者直接设置为1即可激活该功能，由于减少了一个扫描维度，计算量大幅降低，当铁损系数与转速无关时，建议使用该功能。
6 测试案例
为此，本文拿一个例子来进行测试，测试计算Map图所需的时间，本文开启DSO设置，Tasks= Cores = 8，一次性计算8个任务，最终用时18分钟就把Map图结果计算完成了，软件版本为2020R2，相关参数设置如下。
DSO设置及计算过程：
Map计算结果：
软件版本为2020R2，电脑硬件配置如下：
7 总结
通过设置周期模型、合理设置网格剖分、打开DSO及LSDSO加速计算、合理的ACT参数设置等操作后，软件可以在很短的时间内将电机的Map图结果计算出来，如本文所述案例，在18min内就可将结果计算完成。如果对相关参数及点数进行进一步优化合理设置，同时将电脑硬件配置进一步提高，计算Map结果所需的时间将会进一步缩短，这将会大大提高了电机工程师的工作效率。