Piezo линейный привод
Характеристики скорости силы линейного пьезоэлектрического двигателя волны перемещения
Библиотека
Simscape / Электрический / Электромеханический / Мехатронные Приводы
Описание
Блок Piezo Linear Actuator представляет характеристики скорости силы линейного пьезоэлектрического двигателя волны перемещения. Блок представляет отношение скорости силы двигателя на уровне, который подходит для моделирования уровня системы. Чтобы моделировать двигатель, блок использует следующие модели:
Масса и модель трения для неприводимого в действие двигателя
Двигатель не приводится в действие, когда вход v физического сигнала является нулем. Это соответствует применению нулевых вольт RMS к двигателю. В этом сценарии блок моделирует двигатель с помощью следующих элементов:
Масса, значение которой является значением параметров Plunger mass.
Трение, характеристики которого вы задаете использование значений параметров во вкладке Motor-Off Friction.
Блок использует блок Simscape™ Translational Friction, чтобы смоделировать компонент трения. Для получения дальнейшей информации о модели трения, смотрите страницу с описанием блока Translational Friction.
Резонирующая модель схемы для приводимого в действие двигателя
Когда двигатель активен, блок Piezo Linear Actuator представляет моторные характеристики с помощью следующей модели эквивалентной схемы.
В предыдущей фигуре:
Источник напряжения переменного тока представляет вход физического сигнала блока частоты f и значение v.
Резистор R обеспечивает основной электрический и механический срок затухания.
Индуктор L представляет инерцию вибрации ротора.
Конденсатор C представляет piezo кристаллическую жесткость.
Конденсаторное CP представляет емкость фазы. Это - электрическая емкость, сопоставленная с каждой из двух моторных фаз.
Сила постоянный kf связывает RMS текущий i с получившейся механической силой.
Квадратичный срок затухания механического устройства, , формирует кривую скорости силы преимущественно на скоростях близко к максимальному об/мин. линейная скорость.
Термин представляет инерцию ныряльщика.
При образцовой инициализации блок вычисляет параметры модели R, L, C, kt и λ, чтобы гарантировать, что установившаяся кривая скорости силы совпадает со значениями для следующих заданных пользователями параметров:
Rated force
Rated speed
No-load maximum speed
Maximum (stall) force
Эти значения параметров заданы для Rated RMS voltage и Motor natural frequency (или расчетная частота) значения параметров.
Квадратичный срок затухания механического устройства производит квадратичную кривую скорости силы. Пьезоэлектрические моторные кривые скорости силы могут обычно аппроксимироваться более точно с помощью квадратичной функции, чем линейная, потому что градиент скорости силы становится более крутым, когда двигатель приближается к максимальной скорости.
Если масса ныряльщика, M не задан на таблице данных, можно выбрать значение, которое предоставляет хорошее соответствие заключенному в кавычки времени отклика. Время отклика часто задается как время для ротора, чтобы достигнуть максимальной скорости при запуске с отдыха при условиях без загрузок.
Добротность, что вы задаете использование параметра Resonance quality factor, относится к параметрам модели эквивалентной схемы можно следующим образом:
Этот термин обычно не обеспечивается на таблице данных. Можно вычислить его значение путем соответствия с чувствительностью силы к ведущей частоте.
Чтобы инвертировать моторное направление операции, сделайте вход v физического сигнала отрицательным.
Предположения и ограничения
Когда двигатель приводится в действие, модель допустима только между нулевой и максимальной скоростью по следующим причинам:
Таблицы данных не предоставляют информацию для операции за пределами нормальной области значений.
Пьезоэлектрические двигатели не разработаны, чтобы действовать в приводимом в действие торможении и генерации областей.
Блок ведет себя можно следующим образом за пределами допустимой операционной области:
Скорость ниже нуля, модель поддерживает постоянную силу с нулевым значением скорости. Нулевое значение скорости является значением параметров Maximum (stall) force, если входное напряжение RMS равняется значению параметров Rated RMS voltage, и вход частоты равняется значению параметров Motor natural frequency.
Выше максимальной скорости модель производит отрицательную силу, предсказанную моделью эквивалентной схемы, но ограничивает абсолютное значение силы к силе максимума нулевой скорости.
Характеристики скорости силы являются самыми представительными при работе моделью близко к номинальному напряжению и резонансной частоте.
Порты
- f
Входное значение физического сигнала, задающее моторную ведущую частоту в Гц.
- v
Физический сигнал ввел значение, задающее напряжение предоставления RMS и знак, задающий направление вращения. Если
vположителен, то положительная сила действует от порта C до порта R.- i
Выходное значение физического сигнала, которое является текущей фазой RMS.
- vel
Выходное значение физического сигнала, которое является линейной скоростью ротора.
- C
Механический переводный порт сохранения.
- R
Механический переводный порт сохранения.
Параметры
Электрическая сила
- Motor natural frequency
Частота, на которой естественно резонирует пьезоэлектрический кристалл. Для большинства приложений, набор входной сигнал в порте
fк этой частоте. Чтобы замедлить двигатель, например, в регулировке скорости с обратной связью, используют частоту немного меньше, чем моторная собственная частота. Значением по умолчанию является92kHz.- Rated RMS voltage
Напряжение, при котором двигатель разработан, чтобы действовать. Значением по умолчанию является
5.7V.- Rated force
Сила двигатель поставляет при расчетном напряжении RMS. Значением по умолчанию является
0.1N.- Rated speed
Частота вращения двигателя, когда электроприводы загрузка в расчетной силе. Значение по умолчанию является мм/с
50.- No-load maximum speed
Частота вращения двигателя, не управляя никакой загрузкой и приводимый в действие в номинальном напряжении и ведущей частоте. Значение по умолчанию является мм/с
150.- Maximum (stall) force
Сила максимума двигатель поставляет, активно управляя загрузкой и приводимый в действие в номинальном напряжении и частоте. Значением по умолчанию является
0.15N.Примечание
Значение параметров Holding force, сила загрузки, которую двигатель содержит, когда стационарный, может быть больше, чем значение параметров Maximum (stall) force.
- Resonance quality factor
Q добротности, который задает, как сила отличается как функция ведущей частоты. Увеличение результатов добротности в намного более быстром уменьшении в силе как ведущая частота отодвинуто от собственной частоты. Значением по умолчанию является
100.- Capacitance per phase
Электрическая емкость сопоставлена с каждой из двух моторных фаз. Значением по умолчанию является
5nF.
Механическое устройство
- Plunger mass
Масса подвижной части двигателя. Значением по умолчанию является
0.3g.- Initial rotor speed
Скорость ротора в начале симуляции. Значение по умолчанию является мм/с
0.
Двигатель - от трения
- Holding force
Сумма Кулона и статических трений. Это должно быть больше, чем или равным значению параметров Coulomb friction force. Значением по умолчанию является
0.3N.- Coulomb friction force
Трение, которое противостоит вращению постоянной силой в любой скорости. Значением по умолчанию является
0.15N.- Viscous friction coefficient
Коэффициент пропорциональности между силой трения и относительной скоростью. Значение параметров должно быть больше, чем или равным нулю. Значением по умолчанию является
1e-05s*N/mm.- Transition approximation coefficient
Параметр устанавливает содействующее значение, которое используется, чтобы аппроксимировать переход между помехами и кулоновыми трениями. Для получения дальнейшей информации о коэффициенте, cv, смотрите страницу с описанием блока Simscape Translational Friction. Значением по умолчанию является
0.1s/mm.- Linear region velocity threshold
Параметр устанавливает маленькую близость около нулевой скорости, в которой сила трения считается линейно пропорциональной относительной скорости. MathWorks рекомендует, чтобы вы использовали значения между мм/с
1e-4и1e-6. Значение по умолчанию является мм/с0.1.