FEM-параметризованный ротационный привод

Ротационный привод задан с точки зрения магнитного потока

Библиотека

Simscape / Электрический / Электромеханический / Мехатронные Приводы

Описание

Блок FEM-Parameterized Rotary Actuator реализует модель ротационного привода, заданного с точки зрения магнитного потока. Используйте этот блок, чтобы смоделировать пользовательские ротационные приводы и двигатели, где магнитный поток зависит и от угла ротора и от текущий. Вы параметризовали блок с помощью данных из стороннего пакета Магнитного конечного элемента (FEM).

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

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

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

$v = i R + \frac{d}{d t} Φ (θ, i)$

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 крутящий момент как функцию текущих и угла ротора, при помощи параметра Torque matrix, T(i,theta), или имеете блок, автоматически вычисляют матрицу крутящего момента.

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

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

Смотрите Конечный элемент Параметризованная Соленоидная модель в качестве примера и ее файл инициализации ee_fem_solenoid_ini.m для примера того, как реализовать этот тип интегрирования в MATLAB^®.

Также блок может автоматически вычислить матрицу крутящего момента от информации о потоке, которую вы предоставляете. Чтобы выбрать эту опцию, установите параметр Calculate torque matrix? на Yes. Матричное вычисление крутящего момента происходит при образцовой инициализации на основе текущей информации о потокосцеплении блока. Крутящий момент вычисляется путем числовой интеграции скорости изменения потокосцепления относительно угла по току, согласно предыдущему уравнению. Если параметр Electrical model устанавливается на Define in terms of Phi(i,theta), то блок должен сначала оценить значение параметров Flux partial derivative wrt angle, Phi(i,theta)/dtheta 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 угла ротора должна быть нулем для нулевого тока.

Чтобы смоделировать ротационный двигатель с повторным шаблоном потока, установите параметр Flux dependence on displacement на Cyclic. При выборе этой опции крутящий момент и поток (или крутящий момент 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 крутящего момента. Нет никакой проверки, чтобы гарантировать, что матрица крутящего момента сопоставима с данными о потоке.
При управлении блоком FEM-Parameterized Rotary Actuator через серийный индуктор вы, возможно, должны включать параллельную проводимость в компонент индуктора.

Порты

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

Магнитная сила

Electrical model

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

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

Current vector, i

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

Angle vector, theta

Задайте вектор монотонно увеличения угловых значений ротора, соответствующих вашим данным потока крутящего момента. Значение по умолчанию является градусом [ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 ].

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

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

[ 0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; ]

Flux partial derivative wrt angle, dPhi(i,theta)/dtheta

Задайте матрицу частных производных потока относительно угла ротора. Этот параметр видим, только если Electrical model установлен в Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di. Значение по умолчанию, в Wb/rad:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 9e-4 0.0017 0.0023 0.0026 0.0026 0.0023 0.0017 9e-4 ...
         0 -9e-4 -0.0017 -0.0023 -0.0026 -0.0026 -0.0023 -0.0017 -9e-4 0; 
  0 0.0018 0.0033 0.0045 0.0051 0.0051 0.0045 0.0033 0.0018 ...
         0 -0.0018 -0.0033 -0.0045 -0.0051 -0.0051 -0.0045 -0.0033 -0.0018 0; 
  0 0.0027 0.005 0.0068 0.0077 0.0077 0.0068 0.005 0.0027 ...
         0 -0.0027 -0.005 -0.0068 -0.0077 -0.0077 -0.0068 -0.005 -0.0027 0; 
  0 0.0036 0.0067 0.009 0.0102 0.0102 0.009 0.0067 0.0036 ...
         0 -0.0036 -0.0067 -0.009 -0.0102 -0.0102 -0.009 -0.0067 -0.0036 0; 
  0 0.0044 0.0084 0.0113 0.0128 0.0128 0.0113 0.0084 0.0044 ...
         0 -0.0044 -0.0084 -0.0113 -0.0128 -0.0128 -0.0113 -0.0084 -0.0044 0 ]

Flux linkage matrix, Phi(i,theta)

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,theta). Значение по умолчанию, в Wb:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  4e-4 4.8e-4 7e-4 0.00105 0.00147 0.00193 0.00235 0.0027 0.00292 ...
        0.003 0.00292 0.0027 0.00235 0.00193 0.00147 0.00105 7e-4 4.8e-4 4e-4; 
  8e-4 9.6e-4 0.00141 0.0021 0.00295 0.00385 0.0047 0.00539 0.00584 ...
        0.006 0.00584 0.00539 0.0047 0.00385 0.00295 0.0021 0.00141 9.6e-4 8e-4; 
  0.0012 0.00144 0.00211 0.00315 0.00442 0.00578 0.00705 0.00809 0.00876 ...
        0.009 0.00876 0.00809 0.00705 0.00578 0.00442 0.00315 0.00211 0.00144 0.0012; 
  0.0016 0.00191 0.00282 0.0042 0.0059 0.0077 0.0094 0.01078 0.01169 ...
        0.012 0.01169 0.01078 0.0094 0.0077 0.0059 0.0042 0.00282 0.00191 0.0016; 
  0.002 0.00239 0.00352 0.00525 0.00737 0.00963 0.01175 0.01348 0.01461 ...
        0.015 0.01461 0.01348 0.01175 0.00963 0.00737 0.00525 0.00352 0.00239 0.002 ]

Calculate torque matrix?

Задайте способ обеспечить электромагнитные данные о крутящем моменте:

No — specify directly — Введите электромагнитные данные о крутящем моменте непосредственно, при помощи параметра Torque matrix, T(i,theta). Это - опция по умолчанию.
Да — блок вычисляет крутящий момент от информации о потокосцеплении как функция угла ротора и текущих.

Torque matrix, T(i,theta)

Укажите, что матрица электромагнитного крутящего момента применилась к ротору. Этот параметр видим, только если Calculate torque matrix? установлен в No — specify directly. Значение по умолчанию, в mN*m:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 0.0889 0.1671 0.2252 0.2561 0.2561 0.2252 0.1671 0.0889 ...
        0 -0.0889 -0.1671 -0.2252 -0.2561 -0.2561 -0.2252 -0.1671 -0.0889 0; 
  0 0.3557 0.6685 0.9007 1.0242 1.0242 0.9007 0.6685 0.3557 ...
        0 -0.3557 -0.6685 -0.9007 -1.0242 -1.0242 -0.9007 -0.6685 -0.3557 0; 
  0 0.8003 1.5041 2.0265 2.3045 2.3045 2.0265 1.5041 0.8003 ...
        0 -0.8003 -1.5041 -2.0265 -2.3045 -2.3045 -2.0265 -1.5041 -0.8003 0; 
  0 1.4228 2.674 3.6027 4.0968 4.0968 3.6027 2.674 1.4228 ...
        0 -1.4228 -2.674 -3.6027 -4.0968 -4.0968 -3.6027 -2.674 -1.4228 0; 
  0 2.2231 4.1781 5.6292 6.4013 6.4013 5.6292 4.1781 2.2231 ...
        0 -2.2231 -4.1781 -5.6292 -6.4013 -6.4013 -5.6292 -4.1781 -2.2231 0 ]

Flux dependence on displacement

Задайте шаблон потока:

Уникальный Никакой существующий шаблон потока. Это - опция по умолчанию.
Cyclic — Выберите эту опцию, чтобы смоделировать ротационный двигатель с повторным шаблоном потока. Крутящий момент и поток (или крутящий момент 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 10.

Механическое устройство

Damping: Ротационное затухание. Значением по умолчанию является 1e-4 N*m / (rad/s). Значение может быть нулем.
Rotor inertia: Инерция ротора присоединяется к механическому переводному порту R. Значением по умолчанию является 5e-5 kg*m^2. Значение может быть нулем.
Minimum rotor angle: Угол ротора, под которым применяется более низкая механическая остановка конца. Значением по умолчанию является -Inf.
Maximum rotor angle: Угол ротора, под которым применяется верхняя механическая остановка конца. Значением по умолчанию является Inf.
Initial rotor position: Положение ротора в начале симуляции. Значение по умолчанию является градусом 0.
Initial rotor velocity: Угловая скорость ротора в начале симуляции. Значение по умолчанию является градусом/с 0.
Contact stiffness: Свяжитесь с жесткостью между остановками конца и ротором. Значением по умолчанию является 1e8 N*m/rad.
Contact damping: Свяжитесь с затуханием между остановками конца и ротором. Значением по умолчанию является 1e4 N*m / (rad/s).

Документация

FEM-параметризованный ротационный 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 ротационный 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™.