Тепловое моделирование предоставляет данные, которые помогают проектировать эффективность и теплозащиту системы. У определенных блоков в Тормозах Simscape™ Driveline™ & Стопорах, Тисках и библиотеках Механизмов есть тепловые варианты, которые позволяют Вам определять, как выделение тепла затрагивает эффективность и температуру компонентов карданной передачи. Например, блок «Простая передача» (Simple Gear), который моделирует зубчатую передачу из базовых и ведомых колес, имеет тепловой вариант, который может моделировать тепло, генерируемое помехами. Выбор теплового варианта для блока добавляет тепловой порт к блоку и включает связанные параметры теплового моделирования.
Тепловые порты - это физические сохраняющие порты в тепловой области Simscape. Можно моделировать тепловые эффекты, такие как теплообмен и изоляция, путем соединения блоков из других продуктов Simscape, которые используют тепловую область, с тепловыми портами в тепловых вариантах Simscape Driveline.
Тепловые порты связаны с температурой и тепловым потоком, которые являются переменными Поперек (Cross) и Сквозной (Through) тепловой области Simscape. Для измерения тепловых переменных можно использовать один или оба следующих метода:
Регистрировать данные моделирования с помощью узла регистрации Simscape. Просмотр данных с помощью sscexplore функция.
Добавьте в модель датчик из библиотеки Simscape > Foundation Library > Thermal > Thermal Sensors. Для измерения температуры используйте блок идеального датчика температуры с параллельным подключением. Для измерения теплового потока используйте последовательно подключенный блок датчика идеального теплового потока.
Использование регистрации данных для моделирования рабочего стола имеет несколько преимуществ. Регистрация данных менее затратна в вычислительном отношении, чем использование блока датчика, и позволяет:
С помощью обозревателя результатов Simscape можно легко просматривать результаты после моделирования.
Легко выводите данные в рабочую область MATLAB ® для последующего анализа.
Однако при использовании только регистрации данных для измерения переменной нельзя вывести сигнал обратной связи для этой переменной в систему управления во время моделирования, как это возможно при использовании только датчика для измерения переменной. Кроме того, поскольку ведение журнала данных не поддерживается для создания кода, нельзя использовать ведение журнала данных Simscape при моделировании в реальном времени на целевом оборудовании.
Параметры теплового моделирования - это специфичные для устройства характеристики, которые определяют, как тепловая динамика влияет на температуру и производительность устройства во время моделирования.
Для некоторых блоков вариант по умолчанию включает необходимые параметры для моделирования тепловой динамики. Для таких блоков размеры параметров изменяются при выборе теплового варианта. Например, чтобы параметризовать потери сетки на основе модели трения постоянной эффективности для варианта по умолчанию блока «Простая передача», задайте параметр «Эффективность», используя скалярное значение. Если для блока Простая передача (Simple Gear) выбран тепловой вариант, для задания параметра Эффективность (Efficiency) необходимо использовать векторную величину.
Выбор теплового варианта позволяет использовать дополнительные параметры теплового моделирования. Например, при выборе теплового варианта блока «Простая передача» включается параметр «Температура». Чтобы определить степень тепловых потерь, блок выполняет поиск в таблице на основе значений, заданных для параметров КПД и Температура.
В этом примере показано, как включить тепловой порт, параметризовать тепловой вариант и проанализировать результаты моделирования тепловых потерь.
Откройте модель. В командной строке MATLAB введите
sdl_gear_efficiency
Проверьте параметры зубчатого блока.
Для потерь сетки для модели трения задано значение Load-dependent efficiency. Номинальный выходной крутящий момент равен 150 N*m и КПД при номинальном выходном моменте 0.8.
Для моделирования модели и расчета эффективности редуктора в окне модели щелкните Эффективность печати (Plot efficiency).
Эффективность в номинальной точке точно соответствует значениям параметров в блоке. Однако эффективность зависит только от крутящего момента. Температура не учитывается при расчете эффективности.
Чтобы включить температуру в качестве коэффициента в расчет КПД, выберите вариант температуры для зубчатого блока.
Щелкните правой кнопкой мыши блок зубчатого колеса и в контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices». Выберите Показать тепловой порт.
Параметризовать тепловой вариант. Если диалоговое окно блока открыто, закройте, а затем откройте его для отображения тепловых параметров. Для параметров Потери сетки (Meshing Losts):
Задать для модели трения значение Temperature and load-dependent efficiency.
Для параметра «Температура» укажите значение [ 280 400 500 ].
Для матрицы эффективности укажите [ 0.65 0.65 0.7; 0.7 0.7 0.75; 0.75 0.75 0.8 ].
Для параметра «Тепловой порт» > «Начальная температура» задайте значение 320.
Для моделирования теплопередачи добавьте блоки из тепловой библиотеки Simscape Foundation.
Добавьте блок, представляющий тепловой поток между зубчатым колесом и окружающей средой. Откройте браузер библиотеки Simulink ®. В библиотеке Simscape > Foundation Library > Thermal > Thermal Elements добавьте в модель блок теплопроводности.
Добавьте блок, представляющий собой тепловую опорную точку. Также из библиотеки «Тепловые элементы» добавьте в модель блок «Тепловая привязка».
Добавьте блоки для моделирования температуры окружающей среды как постоянного идеального источника тепловой энергии.
Из библиотеки Simscape > Foundation Library > Thermal > Thermal Sources добавьте блок «Источник контролируемой температуры».
В библиотеке Simscape > Foundation Library > Physical Signals > Sources добавьте блок PS Constant. Укажите значение 320 для блока PS Constant.
Расположите и соедините блоки, как показано на рисунке.
Оцените эффективность как функцию момента нагрузки и температуры зубчатой передачи.
Моделирование модели.
Чтобы построить график эффективности редуктора, в окне модели щелкните График эффективности (Plot efficiency). Уменьшите изображение для лучшего просмотра кривой эффективности.
КПД достигает максимума в 8,5 секунды, когда величина крутящего момента нагрузки составляет приблизительно 33% от ее максимального значения. Эффективность больше не зависит только от крутящего момента нагрузки.
Для просмотра данных о рассеиваемой мощности и температуре зубчатой передачи:
В окне модели щелкните Обзор результатов моделирования.
В окне дерева узлов разверните узел Зубчатое колесо > Узлы simple_gear_model.
CTRL + щелкните узлы power_dissipated и температуры.
По мере увеличения величины крутящей нагрузки и температуры в течение первой половины моделирования увеличивается и величина мощности, которая рассеивается. Рассеиваемая мощность уменьшается во второй половине моделирования из-за уменьшения нагрузки крутящим моментом. Однако температура зубчатого колеса продолжает расти, как и КПД, обусловленный вектором, заданным для параметра «Температура». Эффективность зависит как от крутящего момента нагрузки, так и от температуры зубчатой передачи.