exponenta event banner

КЭМ - параметризованный поворотный привод

Поворотный привод, определяемый в терминах магнитного потока

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрические/Электромеханические/Мехатронные приводы

  • FEM-Parameterized Rotary Actuator block

Описание

Блок FEM-Parameterized Rotary Activate реализует модель поворотного привода, определяемую в терминах магнитного потока. Используйте этот блок для моделирования пользовательских приводов вращения и двигателей, в которых магнитный поток зависит как от угла поворота ротора, так и от тока. Параметризация блока выполняется с использованием данных из пакета конечных магнитных элементов (КЭМ) стороннего производителя.

Блок имеет два варианта электрического уравнения. Первый, Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di, определяет ток с точки зрения частных производных магнитного потока (Φ) относительно угла ротора (θ) и ток (i), уравнения, для которых:

didt = (v−iR−∂Φ∂θdθdt )/ ∂Φ∂i

Второй вариант, Define in terms of Phi(i,theta), определяет напряжение на компоненте непосредственно в терминах потока, уравнение для которого:

v = iR + ddt

Численно, определение электрического уравнения в терминах частных производных потока лучше, потому что обратная ЭДС кусочно непрерывна. При непосредственном использовании потока использование более точного размера сетки для тока и положения улучшит результаты, равно как и выбор кубической или сплайновой интерполяции.

В обоих случаях имеется возможность либо непосредственно задать крутящий момент как функцию от тока и угла ротора, используя параметр Torque matrix, T (i, theta), либо блок автоматически вычисляет этот крутящий момент .

При непосредственном вводе данных электромагнитного крутящего момента можно либо использовать данные, предоставляемые магнитным пакетом конечных элементов (который использовался для определения потока), либо вычислить крутящий момент по потоку с помощью следующего уравнения:

T=∫0i∂Φ (start, i) ∂θdi

Пример реализации такого типа интеграции в MATLAB ® см. в модели «Электромагнитный параметр с данными КЭМ» (Solenoid Parameterized with FEM Data).

В качестве альтернативы блок может автоматически вычислить матрицу крутящего момента на основе предоставленной информации о потоке. Чтобы выбрать эту опцию, установите параметр Вычислить матрицу крутящего момента (Calculate torque matrix)? параметр для Yes. Вычисление матрицы крутящего момента происходит при инициализации модели на основе текущей информации связи блочного потока. Крутящий момент вычисляется путем численного интегрирования скорости изменения связи потока относительно угла над током согласно предыдущему уравнению. Если для параметра «Электрическая модель» установлено значение Define in terms of Phi(i,theta), то блок сначала должен оценить угол wrt частичной производной потока, значение параметра Phi (i, theta )/ddeta из данных связи потока. При этом блок использует метод интерполяции, заданный параметром метода интерполяции. Как правило, Smooth наиболее точна опция, но Linear вариант наиболее надежен.

Для положительных или положительных и отрицательных токов можно определить Λ и его частные производные. Если определить только положительные токи, то блок предполагает, что (-i, x) = - (i, x). Поэтому, если текущий вектор является только положительным:

  • Первое текущее значение должно быть равно нулю.

  • Поток, соответствующий нулевому току, должен быть равен нулю.

  • Частная производная потока относительно угла ротора должна быть равна нулю для нулевого тока.

Чтобы смоделировать вращающийся двигатель с повторяющимся образцом потока, задайте для параметра Зависимость потока от смещения значение Cyclic. При выборе этой опции крутящий момент и поток (или частные производные крутящего момента и потока в зависимости от выбранной опции) должны иметь идентичные первый и последний столбцы.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отображает параметры Температурная зависимость (Temperature Dependence) и Тепловой порт (Thermal Port).

Используйте тепловой порт для моделирования влияния потерь сопротивления меди, которые преобразуют электроэнергию в тепло. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов и о параметрах температурной зависимости и теплового порта см. в разделе Моделирование тепловых эффектов во вращательных и поступательных приводах.

Допущения и ограничения

  • Необходимо предоставить согласованный набор данных о крутящем моменте и потоке. Проверка на соответствие матрицы крутящего момента данным потока отсутствует.

  • При управлении блоком FEM-Parameterized Rotary Activate через последовательный индуктор может потребоваться включить параллельную проводимость в компонент индуктора.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический консервационный порт, связанный с положительной клеммой привода.

Электрический консервационный порт, связанный с отрицательным выводом исполнительного механизма.

Механическое поворотное защитное отверстие, связанное с корпусом привода.

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с ротором.

Тепловой порт. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловой порт.

Параметры

развернуть все

Магнитная сила

Выберите одну из следующих опций параметризации на основе базовой электрической модели.

  • Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di - Определить ток через блок в терминах частных производных магнитного потока по расстоянию и току.

  • Define in terms of Phi(i,theta) - Определите напряжение на клеммах блока непосредственно в терминах потока.

Укажите вектор монотонно увеличивающихся значений тока, соответствующий данным крутящего момента и потока. Если заданы только положительные токи, первый элемент должен быть равен нулю.

Укажите вектор монотонно увеличивающихся значений углов ротора, соответствующих данным крутящего момента и потока.

Укажите матрицу частных производных потока относительно тока. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Электрическая модель» задано значение Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di. Значение по умолчанию в Wb/A:

[ 0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; ]

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Электрическая модель» задано значение Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di.

Задайте матрицу частных производных потока относительно угла ротора. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Электрическая модель» задано значение Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di. Значение по умолчанию в Wb/rad:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 9e-4 0.0017 0.0023 0.0026 0.0026 0.0023 0.0017 9e-4 ...
         0 -9e-4 -0.0017 -0.0023 -0.0026 -0.0026 -0.0023 -0.0017 -9e-4 0; 
  0 0.0018 0.0033 0.0045 0.0051 0.0051 0.0045 0.0033 0.0018 ...
         0 -0.0018 -0.0033 -0.0045 -0.0051 -0.0051 -0.0045 -0.0033 -0.0018 0; 
  0 0.0027 0.005 0.0068 0.0077 0.0077 0.0068 0.005 0.0027 ...
         0 -0.0027 -0.005 -0.0068 -0.0077 -0.0077 -0.0068 -0.005 -0.0027 0; 
  0 0.0036 0.0067 0.009 0.0102 0.0102 0.009 0.0067 0.0036 ...
         0 -0.0036 -0.0067 -0.009 -0.0102 -0.0102 -0.009 -0.0067 -0.0036 0; 
  0 0.0044 0.0084 0.0113 0.0128 0.0128 0.0113 0.0084 0.0044 ...
         0 -0.0044 -0.0084 -0.0113 -0.0128 -0.0128 -0.0113 -0.0084 -0.0044 0 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Электрическая модель» задано значение Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di.

Укажите матрицу общей связи потока, то есть поток умножает число витков. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Электрическая модель» задано значение Define in terms of Phi(i,theta). Значение по умолчанию в Wb:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  4e-4 4.8e-4 7e-4 0.00105 0.00147 0.00193 0.00235 0.0027 0.00292 ...
        0.003 0.00292 0.0027 0.00235 0.00193 0.00147 0.00105 7e-4 4.8e-4 4e-4; 
  8e-4 9.6e-4 0.00141 0.0021 0.00295 0.00385 0.0047 0.00539 0.00584 ...
        0.006 0.00584 0.00539 0.0047 0.00385 0.00295 0.0021 0.00141 9.6e-4 8e-4; 
  0.0012 0.00144 0.00211 0.00315 0.00442 0.00578 0.00705 0.00809 0.00876 ...
        0.009 0.00876 0.00809 0.00705 0.00578 0.00442 0.00315 0.00211 0.00144 0.0012; 
  0.0016 0.00191 0.00282 0.0042 0.0059 0.0077 0.0094 0.01078 0.01169 ...
        0.012 0.01169 0.01078 0.0094 0.0077 0.0059 0.0042 0.00282 0.00191 0.0016; 
  0.002 0.00239 0.00352 0.00525 0.00737 0.00963 0.01175 0.01348 0.01461 ...
        0.015 0.01461 0.01348 0.01175 0.00963 0.00737 0.00525 0.00352 0.00239 0.002 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра «Электрическая модель» задано значение Define in terms of Phi(i,theta).

Укажите способ предоставления данных о электромагнитном моменте:

  • No — specify directly - Введите данные электромагнитного момента непосредственно с помощью матрицы крутящего момента, параметр T (i, theta).

  • Да - блок вычисляет крутящий момент на основе информации о связи потока в зависимости от тока и угла ротора.

Укажите матрицу электромагнитного момента, приложенного к ротору. Этот параметр отображается, только если Вычислить матрицу крутящего момента? имеет значение No — specify directly. Значение по умолчанию в мН * м :

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 0.0889 0.1671 0.2252 0.2561 0.2561 0.2252 0.1671 0.0889 ...
        0 -0.0889 -0.1671 -0.2252 -0.2561 -0.2561 -0.2252 -0.1671 -0.0889 0; 
  0 0.3557 0.6685 0.9007 1.0242 1.0242 0.9007 0.6685 0.3557 ...
        0 -0.3557 -0.6685 -0.9007 -1.0242 -1.0242 -0.9007 -0.6685 -0.3557 0; 
  0 0.8003 1.5041 2.0265 2.3045 2.3045 2.0265 1.5041 0.8003 ...
        0 -0.8003 -1.5041 -2.0265 -2.3045 -2.3045 -2.0265 -1.5041 -0.8003 0; 
  0 1.4228 2.674 3.6027 4.0968 4.0968 3.6027 2.674 1.4228 ...
        0 -1.4228 -2.674 -3.6027 -4.0968 -4.0968 -3.6027 -2.674 -1.4228 0; 
  0 2.2231 4.1781 5.6292 6.4013 6.4013 5.6292 4.1781 2.2231 ...
        0 -2.2231 -4.1781 -5.6292 -6.4013 -6.4013 -5.6292 -4.1781 -2.2231 0 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только при установке матрицы расчета крутящего момента? параметр для No — specify directly.

Задайте массив потока:

  • Unique - Отсутствует структура потока.

  • Cyclic - выберите эту опцию для моделирования линейного двигателя с повторяющимся образцом потока. Сила и поток (или частные производные силы и потока, в зависимости от выбранной опции Электрическая модель) должны иметь идентичные первый и последний столбцы.

Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации выходного значения, когда входное значение находится между двумя последовательными точками сетки:

  • Linear - Выберите этот параметр, чтобы получить наилучшую производительность.

  • Smooth - выберите эту опцию, чтобы создать непрерывную поверхность с непрерывными производными первого порядка.

Дополнительные сведения о алгоритмах интерполяции см. на странице ссылок на блоки таблицы поиска PS (2D).

Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение выходит за пределы диапазона, указанного в списке аргументов:

  • Linear - выберите эту опцию, чтобы создать поверхность с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.

  • Nearest - выберите эту опцию, чтобы создать экстраполяцию, которая не превышает самую высокую точку в данных или ниже самой низкой точки в данных.

Дополнительные сведения о алгоритмах экстраполяции см. на странице ссылок на блоки таблицы поиска PS (2D).

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Зависимость потока от смещения (Flux dependence on disposition) задано значение Unique.

Полное сопротивление электрической обмотки.

Механический

Ротационное демпфирование. Значение может быть равно нулю.

Инерция ротора, присоединенного к механическому поступательному порту R. Значение может быть равно нулю.

Угол поворота ротора, при котором нижний механический конец останавливается.

Угол ротора, под которым установлен верхний механический концевой упор.

Положение ротора в начале моделирования

Угловая скорость ротора в начале моделирования.

Контактная жесткость между ротором и концевыми упорами.

Контактное демпфирование между ротором и концевыми упорами.

Температурная зависимость

Эта вкладка отображается только для блоков с открытым тепловым портом. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловой порт.

Температурный коэффициент сопротивления.

Температура, для которой определены параметры привода.

Тепловой порт

Эта вкладка отображается только для блоков с открытым тепловым портом. Дополнительные сведения см. в разделе Тепловой порт.

Тепловая масса - это энергия, необходимая для повышения температуры на один градус.

Температура теплового порта в начале моделирования.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.
Представлен в R2010a