FEM-параметризованный линейный привод

Линейный привод задан с точки зрения магнитного потока

Библиотека

Simscape / Электрический / Электромеханический / Мехатронные Приводы

Описание

Блок FEM-Parameterized Linear Actuator реализует модель линейного привода, заданного с точки зрения магнитного потока. Используйте этот блок, чтобы смоделировать пользовательские соленоиды и линейные двигатели, где магнитный поток зависит и от расстояния и от текущий. Вы параметризовали блок с помощью данных из стороннего магнитного пакета метода конечных элементов (FEM).

Блок имеет две опции для электрического уравнения. Первое, Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di, задает ток с точки зрения частных производных магнитного потока (Φ) относительно расстояния (x) и текущий (i), уравнения, для которых:

$\frac{d i}{d t} = (v - i R - \frac{\partial Φ}{\partial x} \frac{d x}{d t}) / \frac{\partial Φ}{\partial i}$

Вторая опция, Define in terms of Phi(i,x), задает напряжение через компонент непосредственно с точки зрения потока, уравнения, для которого:

$v = i R + \frac{d}{d t} Φ (x, i)$

Численно, определение электрического уравнения с точки зрения частных производных потока лучше, потому что обратная эдс является кусочно-непрерывной. Если использование потока непосредственно, использование более прекрасного размера сетки для текущего и положения улучшат результаты, как будет, выбирая кубический или интерполяция сплайна.

В обоих случаях вы имеете опцию или к непосредственно задаете силу как функцию тока и положения, при помощи параметра Force matrix, F(i,x), или имеете блок, автоматически вычисляют матрицу силы.

При вводе электромагнитных данных о силе непосредственно, можно или использовать данные, снабженные конечным элементом магнитный пакет (который вы раньше определяли поток), или вычислите силу от потока со следующим уравнением:

$F = \int_{0}^{i} \frac{\partial Φ (x, i)}{\partial x} d i$

Для примера, который показывает, как реализовать этот тип интегрирования в MATLAB^®, смотрите Соленоид, Параметризованный с Данными FEM. Связанный ee_solenoid_fem_params.m файла содержит код, который вычисляет и отображает данные о потоке на графике.

Также блок может автоматически вычислить матрицу силы от информации о потоке, которую вы предоставляете. Чтобы выбрать эту опцию, установите параметр Calculate force matrix? на Yes. Матричное вычисление силы происходит при образцовой инициализации на основе текущей информации о потокосцеплении блока. Сила вычисляется путем числовой интеграции скорости изменения потокосцепления относительно положения по току, согласно предыдущему уравнению. Если параметр Electrical model устанавливается на Define in terms of Phi(i,x), то блок должен сначала оценить значение параметров Flux partial derivative wrt displacement, dPhi(i,x)/dx от данных о потокосцеплении. При выполнении этого блок использует метод интерполяции, заданный параметром Interpolation method. Как правило, опция Smooth является самой точной, но опция Linear является самой устойчивой.

Можно задать Φ и его частные производные для только положительных, или положительных и отрицательных токов. При определении для только положительных токов затем блок принимает что Φ (–i, x), = –Φ (i, x). Поэтому, если текущий вектор положителен только:

Первое текущее значение должно быть нулем.
Поток, соответствующий, чтобы обнулить текущий, должен быть нулем.
Частная производная потока относительно смещения должна быть нулем для нулевого тока.

Чтобы смоделировать линейный двигатель с повторным шаблоном потока, установите параметр Flux dependence on displacement на Cyclic. При выборе этой опции сила и поток (или сила и частные производные потока в зависимости от выбранной опции) должны иметь идентичные первые и последние столбцы.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы представить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и представляет параметры Thermal Port и Temperature Dependence.

Используйте тепловой порт, чтобы моделировать эффекты медных потерь сопротивления, которые преобразовывают электроэнергию нагреться. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на Temperature Dependence и параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Переводных Приводах.

Предположения и ограничения

Необходимо предоставить непротиворечивое множество данных о потоке и силы. Нет никакой проверки, которая гарантирует, что матрица силы сопоставима с данными о потоке.
При управлении блоком FEM-Parameterized Linear Actuator через серийный индуктор вы, возможно, должны включать параллельную проводимость в компонент индуктора.

Порты

+: Положительный электрический порт сохранения
-: Отрицательный электрический порт сохранения
C: Механический переводный порт сохранения соединяется со случаем привода
R: Механический переводный порт сохранения соединяется с ныряльщиком

Магнитная сила

Electrical model

Выберите одну из следующих опций параметризации, на основе базовой электрической модели:

Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di — Задайте ток через блок с точки зрения частных производных магнитного потока относительно расстояния и текущий. Это - метод по умолчанию.
Define in terms of Phi(i,x) — Задайте напряжение через распределительные коробки непосредственно с точки зрения потока.

Current vector, i

Задайте вектор монотонно увеличения текущих значений, соответствующих вашим данным потока силы. Если вы задаете положительные токи только, первый элемент должен быть нулем. Значением по умолчанию является [ 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 ] A.

Displacement vector, x

Задайте вектор монотонно увеличения значений смещения, соответствующих вашим данным потока силы. Значением по умолчанию является [ 0 0.05 0.1 0.15 0.2 ] m/m.

Flux partial derivative wrt current, dPhi(i,x)/di

Задайте матрицу частных производных потока относительно тока. Этот параметр видим, только если Electrical model установлен в Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di. Значение по умолчанию, в Wb/A:

[ 0.104 0.098 0.091 0.085 0.078; 
0.095 0.089 0.084 0.079 0.073; 
0.085 0.081 0.077 0.073 0.069; 
0.076 0.073 0.07 0.067 0.064; 
0.067 0.065 0.063 0.061 0.06; 
0.057 0.057 0.056 0.056 0.055; 
0.048 0.049 0.049 0.05 0.05; 
0.038 0.04 0.042 0.044 0.046; 
0.029 0.032 0.035 0.038 0.041; 
0.02 0.024 0.028 0.033 0.037; 
0.01 0.016 0.021 0.027 0.032 ]

Flux partial derivative wrt displacement, dPhi(i,x)/dx

Задайте матрицу частных производных потока относительно смещения. Этот параметр видим, только если Electrical model установлен в Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di. Значение по умолчанию, в Wb/m:

[ 0 0 0 0 0; 
-11.94 -10.57 -9.19 -7.81 -6.43; 
-21.17 -19.92 -18.67 -17.42 -16.16; 
-27.99 -26.87 -25.75 -24.62 -23.5; 
-32.42 -31.43 -30.43 -29.43 -28.44; 
-34.46 -33.59 -32.72 -31.85 -30.98; 
-34.09 -33.35 -32.61 -31.87 -31.12; 
-31.33 -30.72 -30.1 -29.49 -28.87; 
-26.17 -25.68 -25.2 -24.71 -24.22; 
-18.62 -18.26 -17.9 -17.54 -17.18; 
-8.66 -8.43 -8.2 -7.97 -7.73 ]

Flux linkage matrix, Phi(i,x)

Задайте матрицу общего потокосцепления, то есть, времена потока количество поворотов. Этот параметр видим, только если Electrical model установлен в Define in terms of Phi(i,x). Значение по умолчанию, в Wb:

[ 0 0 0 0 0; 
0.0085 0.0079 0.0075 0.0071 0.0067; 
0.0171 0.016 0.0151 0.0143 0.0137; 
0.0254 0.0239 0.0226 0.0215 0.0206; 
0.033 0.0312 0.0297 0.0283 0.0271; 
0.0396 0.0377 0.036 0.0345 0.0331; 
0.0452 0.0433 0.0415 0.0399 0.0384; 
0.0495 0.0478 0.0461 0.0446 0.0431; 
0.0526 0.0512 0.0498 0.0485 0.0472; 
0.0545 0.0537 0.0528 0.0519 0.0508; 
0.0554 0.0553 0.0551 0.0548 0.0542 ]

Calculate force matrix?

Задайте способ обеспечить электромагнитные данные о силе:

No — specify directly — Введите электромагнитные данные о силе непосредственно, при помощи параметра Force matrix, F(i,x). Это - опция по умолчанию.
Да — блок вычисляет силу от информации о потокосцеплении как функция тока и смещения.

Force matrix, F(i,x)

Укажите, что матрица электромагнитной силы применилась к ныряльщику или подвижной части. Этот параметр видим, только если Calculate force matrix? установлен в No — specify directly. Значение по умолчанию, в N:

[ 0 0 0 0 0; 
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.3; 
-2.3 -2 -1.7 -1.4 -1.2; 
-4.9 -4.3 -3.7 -3.2 -2.7; 
-8.3 -7.3 -6.4 -5.5 -4.7; 
-12.2 -10.7 -9.4 -8.2 -7.2; 
-16.2 -14.4 -12.7 -11.3 -10; 
-20 -17.9 -15.9 -14.3 -12.9; 
-23.3 -20.9 -18.8 -17.1 -15.7; 
-25.7 -23.1 -21.1 -19.4 -18.2; 
-26.5 -24.1 -22.2 -20.9 -20.1 ]

Flux dependence on displacement

Задайте шаблон потока:

Уникальный Никакой существующий шаблон потока. Это - опция по умолчанию.
Cyclic — Выберите эту опцию, чтобы смоделировать линейный двигатель с повторным шаблоном потока. Сила и поток (или сила и частные производные потока, в зависимости от выбранной опции Electrical model) должны иметь идентичные первые и последние столбцы.

Interpolation method

Выберите один из следующих методов интерполяции для приближения выходного значения, когда входное значение будет между двумя последовательными узлами решетки:

Linear — Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую производительность.
Smooth — Выберите эту опцию, чтобы создать непрерывную поверхность с непрерывными производными первого порядка.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (2D).

Extrapolation method

Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение будет вне области значений, заданной в списке аргументов:

Linear — Выберите эту опцию, чтобы создать поверхность с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на контуре с областью интерполяции.
Самый близкий Выберите эту опцию, чтобы произвести экстраполяцию, которая не выходит за предел самой высокой точки в данных или ниже самой низкой точки в данных.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (2D).

Этот параметр не доступен, если вы устанавливаете параметр Flux dependence on displacement на Cyclic.

Winding resistance

Полное сопротивление электрической обмотки. Значение по умолчанию является Омом 14.

Механическое устройство

Damping: Линейное затухание. Значением по умолчанию является 1 N / (m/s). Значение может быть нулем.
Plunger mass: Масса подвижной части, которая соответствует механическому переводному порту R. Значением по умолчанию является 0.05 kg. Значение может быть нулем.
Minimum stroke: Штрих, в котором применяется более низкая механическая остановка конца. Значением по умолчанию является 0. Значением может быть -Inf.
Maximum stroke: Штрих, в котором применяется верхняя механическая остановка конца. Значение по умолчанию является мм 0.2. Значением может быть Inf.
Initial plunger position: Должность ныряльщика в начале симуляции. Значение по умолчанию является мм 0.
Initial plunger velocity: Скорость ныряльщика в начале симуляции. Значение по умолчанию является мм/с 0.
Contact stiffness: Свяжитесь с жесткостью между остановками конца и ныряльщиком. Значением по умолчанию является 1e8 N/m.
Contact damping: Свяжитесь с затуханием между остановками конца и ныряльщиком. Значением по умолчанию является 1e4 N / (m/s).

Документация

FEM-параметризованный линейный привод

Библиотека

Описание

Тепловой порт

Предположения и ограничения

Порты

Параметры

Магнитная сила

Механическое устройство

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Темы

Представленный в R2010a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Документация

FEM-параметризованный линейный привод

Библиотека

Описание

Тепловой порт

Предположения и ограничения

Порты

Параметры

Магнитная сила

Механическое устройство

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Темы

Представленный в R2010a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.