Вращательно-скоростные характеристики вращающегося пьезоэлектрического волнового двигателя
Simscape/Электрические/Электромеханические/Мехатронные приводы
Блок поворотного привода пьезо представляет характеристики крутящего момента и скорости пьезоэлектрического движущегося волнового двигателя. Блок представляет соотношение крутящего момента и частоты вращения двигателя на уровне, подходящем для моделирования на уровне системы. Для моделирования двигателя блок использует следующие модели:
Двигатель не питается, когда вход v физического сигнала равен нулю. Это соответствует подаче нулевых среднеквадратичных вольт на двигатель. В этом сценарии блок моделирует двигатель с использованием следующих элементов:
Инерция, значение которой является значением параметра инерции ротора.
Трение, характеристики которого определяются значениями параметров на вкладке Трение двигателя (Motor-Off Friction).
Блок использует блок Трения Simscape™Rotational, чтобы смоделировать компонент трения. Дополнительные сведения о модели трения см. на странице Вхождение блока вращательного трения.
Когда двигатель активен, блок поворотного привода Пьезо представляет характеристики двигателя с использованием следующей эквивалентной модели цепи.
На предыдущем рисунке:
Источник напряжения переменного тока представляет вход физического сигнала блока частотой f и величиной v.
Резистор R является основным элементом электрического и механического демпфирования.
Индуктор L представляет собой инерцию вибрации ротора.
Конденсатор С представляет собой пьезокристаллическую жесткость.
Конденсатор Cp представляет фазовую емкость. Это электрическая емкость, связанная с каждой из двух фаз двигателя.
Постоянная крутящего момента kt связывает среднеквадратичный ток i с результирующим механическим крутящим моментом.
Квадратичный механический демпфирующий член, λ λ m2, формирует кривую крутящий момент-частота вращения преимущественно при скоростях, близких к максимальным оборотам в минуту. startm - механическая скорость вращения.
Термин обозначает инерцию ротора.
При инициализации модели блок вычисляет параметры модели R, L, C, kt и λ для обеспечения соответствия установившейся кривой крутящий момент-скорость значениям следующих заданных пользователем значений параметров:
Номинальный крутящий момент
Номинальная частота вращения
Максимальная частота вращения без нагрузки
Максимальный крутящий момент
Эти значения параметров определяются для значений параметров номинального среднеквадратичного напряжения и собственной частоты двигателя (или номинальной частоты).
Квадратичный элемент механического демпфирования создает квадратичную кривую крутящий момент-частота вращения. Кривые крутящего момента и скорости пьезоэлектрических двигателей обычно можно аппроксимировать более точно, используя квадратичную функцию, чем линейную, поскольку градиент крутящего момента и скорости становится круче, когда двигатель приближается к максимальной скорости.
Если инерция ротора J не указана в листе данных, можно выбрать значение, обеспечивающее хорошее соответствие времени отклика. Время срабатывания часто определяется как время достижения ротором максимальной скорости при старте из покоя, в условиях холостого хода.
Коэффициент качества, заданный с помощью параметра Коэффициент качества резонанса (Resonance quality factor), относится к параметрам эквивалентной модели цепи следующим образом.
1RLC
Этот термин обычно не указывается в спецификации. Вычислить его значение можно, сопоставив чувствительность крутящего момента с частотой возбуждения.
Для изменения направления работы двигателя на обратное сделайте вход физического сигнала v отрицательным.
При питании двигателя модель действительна только между нулевой и максимальной скоростью по следующим причинам:
Листы технических данных не содержат информации для работы вне нормального диапазона.
Пьезоэлектрические двигатели не предназначены для работы в области торможения и генерации.
Блок ведет себя следующим образом за пределами допустимой рабочей области:
Ниже нулевой скорости модель поддерживает постоянный крутящий момент, который является нулевым значением крутящего момента. Нулевое значение крутящего момента в оборотах является максимальным значением параметра крутящего момента, если входное напряжение среднеквадратичного значения равно значению параметра номинального среднеквадратичного напряжения, а входное значение частоты равно значению параметра собственной частоты двигателя.
Выше максимальной скорости модель создает отрицательный крутящий момент, прогнозируемый моделью эквивалентной цепи, но ограничивает абсолютное значение крутящего момента максимальным крутящим моментом нулевой скорости.
Характеристики крутящего момента и частоты вращения наиболее характерны при работе модели вблизи номинального напряжения и резонансной частоты.