Привод ротации Piezo

Характеристики скорости крутящего момента ротационного пьезоэлектрического двигателя волны перемещения

Библиотека

Simscape / Электрический / Электромеханический / Мехатронные Приводы ​

Описание

Блок Piezo Rotary Actuator представляет характеристики скорости крутящего момента пьезоэлектрического двигателя волны перемещения. Блок представляет отношение скорости крутящего момента двигателя на уровне, который подходит для моделирования уровня системы. Чтобы моделировать двигатель, блок использует следующие модели:

Инерция 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:

  • Инерция, значение которой является значением параметров Rotor inertia.

  • Трение, характеристики которого определяются значениями параметров во вкладке Motor-Off Friction.

    Блок использует блок Simscape™ Rotational Friction, чтобы смоделировать компонент трения. Для получения дальнейшей информации о модели трения, смотрите страницу с описанием блока Rotational Friction.

Резонирующая модель схемы для приводимого в действие двигателя

Когда двигатель активен, блок Piezo Rotary 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.

  • Крутящий момент постоянный kt связывает RMS текущий i с получившимся механическим крутящим моментом.

  • Квадратичный срок затухания механического устройства, λωm 2, формирует кривую скорости крутящего момента преимущественно на скоростях близко к максимальному об/мин. ωm является механической скоростью вращения.

  • Термин Jω˙m представляет инерцию ротора.

При образцовой инициализации блок вычисляет параметры модели R, L, C, kt и λ, чтобы гарантировать, что установившаяся кривая скорости крутящего момента совпадает со значениями следующих заданных пользователями значений параметров:

  • Rated torque

  • Rated rotational speed

  • No-load maximum rotational speed

  • Maximum torque

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 крутящего момента. Пьезоэлектрические моторные кривые скорости крутящего момента могут обычно аппроксимироваться более точно с помощью квадратичной функции, чем линейная, потому что градиент скорости крутящего момента становится более крутым, когда двигатель приближается к максимальной скорости.

Если инерция ротора, J 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:

Q=1RLC

Этот термин обычно не обеспечивается на таблице данных. Можно вычислить его значение путем соответствия с чувствительностью крутящего момента 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 постоянный крутящий момент, который является нулевым значением крутящего момента об/мин. Нулевое значение крутящего момента об/мин является значением параметров Maximum torque, если входное напряжение RMS равняется значению параметров Rated RMS voltage, и вход частоты равняется значению параметров Motor natural frequency.

    • Выше максимальной скорости модель производит отрицательный крутящий момент, предсказанный моделью эквивалентной схемы, но ограничивает абсолютное значение крутящего момента к крутящему моменту максимума нулевой скорости.

  • Характеристики скорости крутящего момента 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 v положителен, то положительный крутящий момент действует от порта C до порта R.

i

Выходное значение физического сигнала, которое является текущей фазой RMS.

wm

Выходное значение физического сигнала, которое является скоростью вращения ротора.

C

Механический вращательный порт сохранения.

R

Механический вращательный порт сохранения.

Параметры

Электрический крутящий момент

Motor natural frequency

Частота, на которой естественно резонирует пьезоэлектрический кристалл. Для большинства приложений, набор входной сигнал в порте f к этой частоте. Чтобы замедлить двигатель, например, в регулировке скорости с обратной связью, используют частоту немного меньше, чем моторная собственная частота. Значением по умолчанию является 40 kHz.

Rated RMS voltage

Напряжение, при котором двигатель разработан, чтобы действовать. Значением по умолчанию является 130 V.

Rated torque

Крутящий момент двигатель поставляет при расчетном напряжении RMS. Значением по умолчанию является 0.5 N*m.

Rated rotational speed

Частота вращения двигателя, когда электроприводы загрузка в расчетном крутящем моменте. Значением по умолчанию является 100 rpm.

No-load maximum rotational speed

Моторная скорость вращения, не управляя никакой загрузкой и приводимый в действие в номинальном напряжении и ведущей частоте. Значением по умолчанию является 160 rpm.

Maximum torque

Максимальный крутящий момент, который двигатель поставляет, активно управляя загрузкой и приводимый в действие в номинальном напряжении и частоте. Значением по умолчанию является 1 N*m.

Примечание

Значение параметров Holding torque, крутящий момент загрузки, который двигатель содержит, когда стационарный, может быть больше, чем значение параметров Maximum torque.

Resonance quality factor

Q добротности, который задает, как крутящий момент отличается как функция ведущей частоты. Увеличение результатов добротности в намного более быстром уменьшении в крутящем моменте 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 5 nF.

Механическое устройство

Rotor inertia

Сопротивление ротора, чтобы измениться в моторном движении. Значением по умолчанию является 200 g*cm2.

Initial rotor speed

Скорость ротора в начале симуляции. Значением по умолчанию является 0 rpm.

Двигатель - от трения

Holding torque

Сумма Кулона и статических трений. Это должно быть больше, чем или равным значению параметров Coulomb friction torque. Значением по умолчанию является 1.5 N*m.

Coulomb friction torque

Трение, которое противостоит вращению постоянным крутящим моментом в любой скорости. Значением по умолчанию является 1 N*m.

Viscous friction coefficient

Коэффициент пропорциональности между крутящим моментом трения и относительной угловой скоростью. Значение параметров должно быть больше, чем или равным нулю. Значением по умолчанию является 0.001 N*m/(rad*s).

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 Rotational Friction. Значением по умолчанию является 10 s/rad.

Linear region velocity threshold

Параметр устанавливает маленькую близость около нулевой скорости, в которой крутящий момент трения считается линейно пропорциональным относительной скорости. MathWorks рекомендует, чтобы вы использовали значения в области значений между 1e-5 и 1e-3 rad/s. Значением по умолчанию является 1e-04 rad/s.

Расширенные возможности

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

Представленный в R2009a

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте