H-Bridge

Моторный драйвер H-моста

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters / Конвертеры

Описание

Блок H-Bridge представляет моторный драйвер H-моста. Блок имеет следующие две опции Simulation mode:

  • PWM — Выход блока H-Bridge является управляемым напряжением, которое зависит от входного сигнала в порте PWM. Если входной сигнал имеет значение, больше, чем значение параметров Enable threshold voltage, блок H-Bridge вывел, включен и имеет значение, равное значению параметра Output voltage amplitude. Если это имеет значение меньше, чем значение параметров Enable threshold voltage, блок обеспечивает схему загрузки с помощью одной из следующих трех опций Freewheeling mode:

    • Via one semiconductor switch and one freewheeling diode

    • Via two freewheeling diodes

    • Via two semiconductor switches and one freewheeling diode

    Первые и третьи опции иногда упоминаются как синхронная операция.

    Сигнал в порте REV определяет полярность выхода. Если значение сигнала в порте REV меньше значения параметра Reverse threshold voltage, выход имеет положительную полярность; в противном случае это имеет отрицательную полярность.

  • Averaged — Этот режим имеет две опции Load current characteristics:

    • Smoothed

    • Unsmoothed or discontinuous

    Smoothed опция принимает, что ток практически непрерывен должный загрузить индуктивность. В этом случае блок H-Bridge выход:

    VOVPWMAPWM−IOUTRON

    где:

    • VO является значением параметра Output voltage amplitude.

    • VPWM является значением напряжения в порте PWM.

    • APWM является значением параметра PWM signal amplitude.

    • IOUT является значением текущего выхода.

    • RON является параметром Bridge on resistance.

    Ток явится гладким, если частота PWM будет достаточно большой. Синхронная операция, где свободный ход через плечо мостовой схемы назад к предоставлению также, помогает сглаживать ток. Для случаев, где ток не является гладким, или возможно прерывист (то есть, он идет, чтобы обнулить между циклами PWM), используйте Unsmoothed or discontinuous опция. Для этой опции необходимо также ввести значения для Total load series resistance, Total load series inductance и PWM frequency. В процессе моделирования блок использует эти значения, чтобы вычислить более точное значение для выходного напряжения H-моста, которое достигает того же среднего тока, как присутствовал бы при симуляции в режиме PWM.

Установите параметр Simulation mode на Averaged ускорять симуляции при управлении блоком H-Bridge с блоком Controlled PWM Voltage. Необходимо также установить параметр Simulation mode блока Controlled PWM Voltage к Averaged режим. Это применяет среднее значение потребованного напряжения PWM к двигателю. Точность Averaged результаты симуляции режима используют валидность вашего предположения о текущей загрузке. Если вы указываете, что током является Unsmoothed or discontinuous, затем точность также зависит от значений, вы предусматриваете нагрузочное сопротивление и индуктивность, являющуюся представительным. Этот режим также делает некоторые предположения упрощения о базовых уравнениях для случая, когда текущий прерывисто. Для типичного двигателя и параметров моста, точность должна быть в нескольких процентах. Проверять Averaged точность режима, запуск симуляция с помощью PWM режим и сравнивает результаты с полученными из использования Averaged режим.

Режим Braking вызывается, когда напряжение, представленное в порте BRK, больше, чем Braking threshold voltage. Независимо от ли в PWM или Averaged режим, когда в тормозящем режиме H-мост моделируется серийной комбинацией двух сопротивлений R1 и R2 где:

  • R1 является сопротивлением одного плеча мостовой схемы, то есть, половина значения параметра Total bridge on resistance.

  • R2 является сопротивлением одного плеча мостовой схемы параллельно с диодным сопротивлением, то есть, R1 · Rd / (R1 + Rd), где Rd является диодным сопротивлением.

Внешний источник питания

Чтобы смоделировать требования, помещенные в предоставление DC, можно принять решение осушить порты источника питания блока H-Bridge путем установки параметра Power supply на External. Если порты источника питания осушены, то только режим симуляции PWM поддерживается.

Примечание

Если параметр Power supply устанавливается на External, блок может выяснить напряжение стороны загрузки, возмещенное путем ссылки к напряжениям направляющей предоставления. Однако, если связи направляющей предоставления не отсоединены, необходимо добавить блок Electrical Reference на стороне загрузки.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить 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 добавляет параметры Thermal Port и Temperature Dependence. Эти параметры описаны далее на этой странице с описанием.

Когда тепловой порт отображается:

  • Тепло, выработанное мостом на сопротивлении и вольными диодами, добавляется к тепловому порту. Тепловой порт имеет связанное количество тепла и начальную температуру, которую можно установить от параметров Thermal Port.

  • Мост на сопротивлении и вольное диодное сопротивление становятся функциями температуры. Можно задать значения для этих сопротивлений и второй температуры измерения от параметров Temperature Dependence. Сопротивление принято, чтобы варьироваться линейно между двумя температурами измерения. Экстраполяция используется в температурах за пределами этой области значений, за исключением при симуляции в усредненном режиме с прерывистой загрузкой текущих характеристик.

Предположения и ограничения

  • Если вы линеаризуете свою модель, установите параметр Simulation mode на Averaged и гарантируйте, что вы задали рабочую точку правильно. Можно только линеаризовать блок H-Bridge для рабочих циклов, которые больше нуля и меньше, чем PWM сигнализируют об амплитуде. Если необходимо линеаризовать вокруг нулевого рабочего цикла, и если диспетчер всегда использует регенеративный режим торможения, установите параметр Regenerative braking на Always enabled (suitable for linearization).

  • В Averaged режим, и с Unsmoothed or discontinuous выбор для Load current characteristics, необходимо ввести представительные значения для индуктивности загрузки и сопротивления. При управлении двигателем постоянного тока затем сопротивление является сопротивлением якоря, и индуктивность является суммой индуктивности якоря плюс серийный индуктор сглаживания (если есть). Для Универсального двигателя полное сопротивление является суммой арматуры и обмоток возбуждения, и общая индуктивность является суммой арматуры и полевой индуктивности плюс любая серийная индуктивность сглаживания. Для Двигателя Шунта MathWorks рекомендует, чтобы вы чертили эквивалентную схему Thévenin, чтобы определить соответствующие значения.

  • Никакое прямое напряжение не моделируется для вольных диодов. Они аппроксимированы как идеальные сопротивления, когда прямосмещенный с сопротивлением, равным значению параметров Freewheeling diode on resistance.

  • Если связи направляющей предоставления отсоединены, только режим симуляции PWM поддерживается.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с положительной связью загрузки.

Электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательной связью загрузки.

Электрический порт сохранения сопоставлен с положительной связью электропитания.

Зависимости

Этот порт отображается только, когда вы выбираете External для параметра Power supply.

Электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательной связью электропитания.

Зависимости

Этот порт отображается только, когда вы выбираете External для параметра Power supply.

Электрический порт сохранения сопоставил с длительностью импульса модулируемый сигнал. Напряжение задано относительно порта REF.

Электрический порт сохранения сопоставлен с плавающей нулевой ссылкой вольта.

Электрический порт сохранения сопоставил с напряжением, которое управляет, когда инвертировать полярность блока H-Bridge выход. Напряжение задано относительно порта REF.

Электрический порт сохранения сопоставил с напряжением, которое управляет, когда сорвать блок H-Bridge выход. Напряжение задано относительно порта REF.

Тепловой порт. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Параметры

развернуть все

Симуляция Mode & Load Assumptions

Выберите одну из следующих опций для типа источника питания:

  • Internal — Порты источника питания являются внутренними и не видимыми. Это - опция по умолчанию.

  • External — Порты источника питания осушены.

Выберите одну из следующих опций для типа выходного напряжения:

  • PWM — Выходное напряжение является длительностью импульса модулируемый сигнал. Это - опция по умолчанию.

  • Averaged — Выходное напряжение является константой, значение которой равно среднему значению сигнала PWM.

Выберите одну из следующих опций для типа схемы рассеяния H-моста:

  • Via one semiconductor switch and one freewheeling diode — В этом режиме блок управляет загрузкой путем поддержания одного плеча мостовой схемы высокой стороны постоянно на и использования сигнала PWM модулировать соответствующее плечо мостовой схемы низкой стороны. Это означает, что блок использует только один из вольных диодов в завершении схемы рассеяния, когда мост выключает. Эта опция является значением по умолчанию.

  • Via two freewheeling diodes — В этом режиме все плечи мостовой схемы выключены во время моста, несостояния. Это означает, что блок рассеивает загрузку, текущую через источник питания двумя вольными диодами.

  • Via two semiconductor switches and one freewheeling diode — В этом режиме блок управляет загрузкой путем поддержания одного плеча мостовой схемы высокой стороны постоянно на и использования сигнала PWM переключиться между включением соответствующего плеча мостовой схемы низкой стороны и противоположным плечом мостовой схемы высокой стороны. Это означает, что блок использует вольный диод параллельно с плечом мостовой схемы, плюс другое серийное плечо мостовой схемы, чтобы завершить схему рассеяния, когда мост выключает.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете PWM для параметра Simulation mode, или когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Выберите одну из следующих опций для типа схемы рассеяния H-моста:

  • Depends on REV flag and current sign — Эта опция является значением по умолчанию.

  • Always enabled (suitable for linearization) — Эта опция может использоваться, когда контроллер всегда устанавливает флаг REV гарантировать регенеративное торможение. Полезно, если необходимо линеаризовать модель в целях управления, чтобы гарантировать, что H-мост linearizable вокруг нулевого спроса на рабочий цикл.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode.

Выберите одну из следующих опций для типа текущей загрузки:

  • Smoothed — Принимает, что ток практически непрерывен должный загрузить индуктивность. Эта опция является значением по умолчанию.

  • Unsmoothed or discontinuous — Используйте эту опцию в случаях, где ток не является гладким, или возможно прерывист (то есть, это идет, чтобы обнулить между циклами PWM). Для этой опции необходимо также ввести значения для Total load series resistance, Total load series inductance и параметров PWM frequency. В процессе моделирования блок использует эти значения, чтобы вычислить более точное значение для выходного напряжения H-моста, которое достигает того же среднего тока, как присутствовал бы при симуляции в режиме PWM.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode.

Серийное сопротивление полной нагрузки замечено H-мостом.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Серийная индуктивность полной нагрузки замечена H-мостом. А также моторная индуктивность, необходимо включать любую серийную индуктивность, добавленную внешний к двигателю, чтобы сглаживать текущий.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Частота PWM, на которой управляется H-мост. Для непротиворечивости это должно быть тем же значением как частота PWM, заданная блоком Controlled PWM Voltage, управляющим блоком H-Bridge.

Зависимости

Этот параметр только отображается, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Проводимость смещенного реверсом вольного диода.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете External для параметра Power supply или Averaged для параметра Simulation mode и Depends on REV flag and current sign для параметра Regenerative braking.

Введите пороги

Порог, выше которого напряжение в порте PWM должно повыситься, чтобы включить блоку H-Bridge выход.

Зависимости

Этот параметр используется только, когда Simulation mode, параметр Simulation Mode & Load Assumptions, установлен в PWM.

Амплитуда сигнала во входе PWM.

Зависимости

Блок H-Bridge использует этот параметр только, когда параметр Simulation mode на вкладке Simulation Mode & Load Assumptions устанавливается на Averaged.

Когда напряжение в порте REV больше этого порога, выходная полярность становится отрицательной.

Когда напряжение в порте BRK больше этого порога, блок H-Bridge, выходные терминалы закорачиваются через следующую серию устройств:

  • Одно плечо мостовой схемы

  • Одно плечо мостовой схемы параллельно с проводящим вольным диодом

Соедините параметры

Амплитуда напряжения через выходные порты блока H-Bridge, когда выход включен.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Internal для параметра Power supply.

Общее эффективное сопротивление двух полупроводниковых переключателей, которые соединяют загрузку в две направляющие степени, когда напряжение в порте PWM больше значения параметра Enable threshold voltage на вкладке Input Thresholds.

Полное сопротивление в вольных диодах, которые рассеивают ток, который течет через двигатель, когда напряжение в порте PWM меньше значения параметра Enable threshold voltage на вкладке Input Thresholds.

Температура, для которой заданы значения сопротивления на вкладке Bridge Parameters.

Зависимости

Этот параметр отображается только для блоков с осушенным тепловым портом. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Температурная зависимость

Общее эффективное сопротивление двух полупроводниковых переключателей, которые соединяют загрузку в две направляющие степени (как описано в определении параметра Total bridge on resistance), заключенный в кавычки в Second measurement temperature.

Полное сопротивление в вольных диодах, которые рассеивают ток, который течет через двигатель (как описано в определении параметра Total bridge on resistance), заключенный в кавычки в Second measurement temperature.

Температура, для который, для которого заданы значения сопротивления на вкладке Temperature Dependence.

Тепловой порт

Количество тепла сопоставлено с тепловым портом H. Это представляет энергию, требуемую повысить температуру теплового порта одной степенью. Значением по умолчанию является 100 J/K.

Температура теплового порта в начале симуляции.

Примеры модели

PWM-Controlled DC Motor

PWM-управляемый двигатель постоянного тока

Как использовать Управляемое Напряжение PWM и H-мостовой-брусья, чтобы управлять двигателем. Блок двигателя постоянного тока использует параметры таблицы данных производителя, которые задают двигатель как поставку механической энергии на 10 Вт в 2 500 об/мин и скорости без загрузок как 4 000 об/мин, когда запущено от 12-вольтового предоставления DC. Следовательно, если ссылочное напряжение PWM установлено в свое максимальное значение +5V, то двигатель должен достигнуть 4 000 об/мин. Если это установлено в +2.5V, то это должно запуститься на уровне приблизительно 2 000 об/мин. Параметр Имитационной модели устанавливается на Усредненный и для Управляемого Напряжения PWM и для H-мостовой-брусьев, приводящих к быстрой симуляции. Чтобы подтвердить усредненное поведение, измените параметр режима Simulation в PWM в обоих блоках.

Открытая модель
Linear Electric Actuator with Control

Линейный электропривод с управлением

Подробная модель реализации управляемого линейного привода. Привод состоит из двигателя постоянного тока, управляющего червячной передачей, которая в свою очередь управляет ведущим винтом, чтобы произвести линейное движение. Модель включает эффекты квантования датчика эффекта Холла и реализацию управления в аналоговой электронике. Существует несколько различных подсистем в этой модели, которые имеют модели на различных уровнях точности.

Открытая модель

Вопросы совместимости

развернуть все

Поведение изменяется в R2019b

Поведение изменяется в R2019b

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте