Шаговый двигатель

Шаговый двигатель, подходящий для целого - полу - и микрошагового представления

Библиотека:
Simscape / Электрический / Электромеханический / Reluctance & Stepper

Описание

Блок Stepper Motor представляет шаговый двигатель. Это использует входной train импульса, A и B, чтобы управлять механическим выводом согласно следующим уравнениям:

$e_{A} = - K_{m} ω \sin (N_{r} θ)$

$e_{B} = K_{m} ω потому что (N_{r} θ)$

$\frac{d i_{A}}{d t} = (v_{A} - R i_{A} - e_{A}) / L$

$\frac{d i_{B}}{d t} = (v_{B} - R i_{B} - e_{B}) / L$

$J \frac{d ω}{d t} + B ω = T_{e}$

смотрите

$T_{e} = - K_{m} (i_{A} - \frac{e_{A}}{R_{m}}) \sin (N_{r} θ) + K_{m} (i_{B} - \frac{e_{B}}{R_{m}}) потому что (N_{r} θ) - T_{d} \sin (4 N_{r} θ)$

$\frac{d θ}{d t} = ω$

где:

_eA и _eB являются противоэлектродвижущими силами (эдс), вызванные в обмотках фазы A и B, соответственно.
_iA и _iB являются фазой A и B извилистые токи.
_vA и _vB являются фазой A и B извилистые напряжения.
_Km является моторным постоянным крутящим моментом.
_Nr является количеством зубов на каждом из двух полюсов ротора. Параметр Full step size (π/2)/Nr.
R является сопротивлением обмотки.
L является извилистой индуктивностью.
_Rm является сопротивлением намагничивания.
B является вращательным затуханием.
J является инерцией.
ω является скоростью ротора.
Θ является углом ротора.
_Td является амплитудой крутящего момента стопора.

Если начальный ротор является нулем или некоторым кратным (π/2)/Nr, ротор выравнивается с обмоткой фазы импульса A. Это происходит, когда существует положительное текущее вытекать из A+ к портам A- и нет никакого текущего вытекать из B+ к портам B-.

Используйте Блок драйверов Шагового двигателя, чтобы создать импульсный train для блока Stepper Motor.

Блок Stepper Motor производит положительный крутящий момент, действующий от механического C до портов R, когда фаза импульса A приводит фазу импульса B.

Усредненный режим

Если вы устанавливаете параметр Simulation mode на Averaged, и для блока Stepper Motor и для Блока драйверов Шагового двигателя, который управляет им, то отдельные шаги не моделируются. Это может быть хорошим способом ускорить симуляцию. В режиме Averaged, при неуменьшающихся условиях, двигатель и драйвер представлены линейной системой второго порядка, которая отслеживает заданный уровень шага. Потребованный уровень шага определяется непосредственно от напряжения через A+ и A-. Так, например, напряжение +10 В через A+ и терминалы A- интерпретировано как спрос на уровень шага 10 шагов в секунду. Смотрите страницу с описанием Блока драйверов Шагового двигателя для получения дополнительной информации о том, как соединить блок драйверов с вашим угловым контроллером шага.

Усредненный режим включает средство оценки промаха, чтобы предсказать, уменьшился ли шаговый двигатель при выполнении в Шаговом режиме симуляции. Промах предсказан, если моторный крутящий момент превышает значение параметров Vector of maximum torque values для дольше, чем один период шага, период шага, определяемый от текущего спроса на уровень шага. После обнаружения промаха симуляция продолжит или остановится с ошибкой, согласно значению параметров Action on slipping. Если вы выбираете действие, которое позволяет симуляции продолжить, отметить, что результаты симуляции могут быть неправильными. Когда скольжение происходит, крутящий момент, сгенерированный двигателем, обычно не является максимальным доступным крутящим моментом; максимальный крутящий момент только достигается, если контроллер степпера обнаруживает промах и настраивает команду уровня шага соответственно.

Движущие силы эквивалентной системы второго порядка убеждены от значений, что вы задаете для параметров Maximum step rate command и Approximate total load inertia. Важно, чтобы вы установили максимально точные значения для этих параметров, так, чтобы команда уровня шага была прослежена, и блок не генерирует ложные предупреждения скольжения или ошибки.

Если при запуске двигатель в режиме Averaged с дополнительными тепловыми представленными портами (см. Тепловые Порты и Эффекты), то нагрейтесь, добавляется к тепловым портам, принимая, что обмотки всегда приводятся в действие, даже когда команда уровня шага является нулем. Блок вносит изменения для того, чтобы наполовину продвинуться и для уменьшаемого крутящего момента (и проветрить токи) на более высоких скоростях. Для этих корректировок, чтобы быть правильными, значения параметров Vector of maximum torque должны быть правильными. Для того, чтобы наполовину продвинуться, на нулевой скорости тепло, выработанное блоком, является средним значением сгенерированного, когда остановлено на половине шага и на полном шаге.

Чтобы подтвердить настройки модели режима Averaged, где вы предсказываете промах, чтобы произойти, сравните результаты с той же симуляцией, выполняемой в шаговом режиме.

Тепловые порты и эффекты

Блок имеет три дополнительных тепловых порта, один для каждой из этих двух обмоток и один для ротора. Эти порты скрыты по умолчанию. Чтобы представить тепловые порты, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловые порты на значке блока и добавляет Temperature Dependence, и Thermal Port переходит в диалоговое окно блока. Эти вкладки описаны далее на этой странице с описанием.

Используйте тепловые порты, чтобы моделировать эффекты медного сопротивления и железных потерь, которые преобразовывают электроэнергию нагреться. Если вы представляете эти порты, сопротивление обмотки принято линейно зависящее от температуры и дано:

R = _R0 (1 + α (T – _T0))

(1)

где:

R является сопротивлением в температурном T.
_R0 является сопротивлением при измерении (или ссылка) температурный _T0. Задайте ссылочную температуру с помощью параметра Measurement temperature.
α коэффициент температуры сопротивления, который вы задаете с параметром Resistance temperature coefficients, [alpha_A alpha_B]. Типичное значение для меди является 0.00393/K.

Блок вычисляет температуру каждой из обмоток и ротора

$M \frac{d T}{d t} = Q$

где

M является количеством тепла. Задайте это значение для обмоток с помощью параметра Winding thermal masses, [M_A M_B], и для ротора с помощью параметра Rotor thermal mass.
T является температурой. Задайте начальные значения для обмоток с помощью параметра Winding initial temperatures, [T_A T_B], и для ротора с помощью параметра Rotor initial temperature.
Q является тепловым потоком, который вычисляется от железных потерь обмоток:

$\begin{array}{l} Q_{A} = i_{a}^{2} R_{A} (1 - ρ_{m} / 100) \\ Q_{B} = i_{B}^{2} R_{B} (1 - ρ_{m} / 100) \\ Q_{R} = Q_{A} (ρ_{m} / 100) + Q_{B} (ρ_{m} / 100) \end{array}$
где _ρm является процентом намагничивания сопротивления, сопоставленного с ротором. Задайте этот процент с помощью параметра Percentage of magnetizing resistance associated with the rotor.

Предположения и ограничения

Модель основана на следующих предположениях:

Эта модель пропускает магнитные эффекты насыщения и любую магнитную связь между фазами.
Когда вы установите флажок Start simulation from steady state в Блоке Configuration Simscape™Solver, этот блок не инициализирует значение Initial rotor angle между –π и π.
Чтобы использовать режим Averaged, блок Stepper Motor должен быть непосредственно соединен с Блоком драйверов Шагового двигателя, также запускающимся в режиме Averaged.
Режим Averaged является приближением, и точное отслеживание шага по сравнению с режимом Stepping не должно ожидаться.
Ускользните обнаружение в режиме Averaged является аппроксимированным, и зависит от хорошей оценки для инерции загрузки и максимального уровня шага. Неправильные значения могут привести к ложному обнаружению промаха.
Когда симуляция закрадывается в режим Averaged, она принята, что контроллер шагового двигателя настраивает команду уровня шага, чтобы достигнуть максимального возможного крутящего момента.

Порты

Сохранение

развернуть все

`A+` — A-фаза положительный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставил с A-фазой положительный терминал.

`A` A-фаза отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставил с A-фазой отрицательный терминал.

`B+` — B-фаза положительный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставил с B-фазой положительный терминал.

`B` B-фаза отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставил с B-фазой отрицательный терминал.

`C` Случай машины
вращательное механическое устройство

Механический вращательный порт сохранения соединяется с моторным случаем.

`R` Ротор машины
вращательное механическое устройство

Механический вращательный порт сохранения соединяется с ротором.

`HA` — Обмотка количества тепла
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с количеством тепла обмотки A. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты и Эффекты.

`HB` — Обмотка B количество тепла
тепловой

Тепловой порт сохранения, сопоставленный с количеством тепла обмотки B. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты и Эффекты.

`HR` — Количество тепла ротора
тепловой

Тепловой порт сохранения сопоставлен с количеством тепла ротора. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловые Порты и Эффекты.

Параметры

развернуть все

Электрический крутящий момент

Режим `Simulation mode` — Simulation
`Stepping` (значение по умолчанию) | `Averaged`

Используйте Averaged, только если блок соединяется непосредственно с Блоком драйверов Шагового двигателя, также запускающимся в режиме Averaged.

`Vector of rotational speeds` — Скорости ротора
`[0, 1000, 3000]` `rpm` (значение по умолчанию) | положительный вектор

Вектор скоростей вращения, в которых можно задать максимум, закручивает значения для прогноза промаха.