Пьезо-Стек

Электрические и силовые характеристики пьезоэлектрического привода

Библиотека:
Simscape/Электрические/Электромеханические/Мехатронные приводы

Описание

Блок Piezo Stack представляет электрические и силовые характеристики пьезоэлектрического привода в стопке, используя следующие уравнения:

$\begin{array}{l} S =^{} {sET}^{} + \\ d'ED^{=} \end{array}$ dT + δ TE

где

S - тензор деформации.
T - тензор напряжения.
Е - вектор электрического поля.
D - вектор электрического смещения.
^sE - матрица упругой податливости при воздействии постоянного электрического поля.
d - матрица пьезоэлектрической постоянной.
^{δ T} - диэлектрическая проницаемость, измеренная при постоянном напряжении.

Примечание

Блок моделирует одномерное комкованное поведение параметров, так что S, T, E и D все являются скалярными значениями.

Параметры блока, определяющие статическую силу, можно задать с помощью параметров таблицы данных или свойств материала, определяемых значением параметра «Параметризация» на вкладке «Статическая сила» диалогового окна блока.

Вкладка Динамические силы (Dynamic Forces) диалогового окна блока позволяет включить дополнительные эффективные эффекты демпфирования массы и механического демпфирования.

Если задать ненулевое значение параметра Эффективная масса (Effective mass) или конечное значение параметра Резонансная частота (Resonant frequency) при постоянном поле, блок присоединит комкованную массу к механическому порту R. При задании конечной резонансной частоты блок вычисляет эффективную массу для достижения правильной резонансной частоты.
Если задать ненулевое значение параметра Демпфирующий (Damping) или конечное значение параметра Механический коэффициент качества (Mechanical quality factor), блок добавит член демпфирования через механические порты R-C. При указании механического коэффициента качества _Qm блок вычисляет демпфирование из этого значения параметра $\sqrt{}_{asMk/Qm}$ , где k - жесткость устройства короткого замыкания или эквивалентная жесткость в постоянном поле.

Положительное напряжение на электрических + -портах создает положительное смещение, действующее от механических C к R портам.

Допущения и ограничения

Модель не включает эффекты гистерезиса.

Порты

Сохранение

развернуть все

`+` - Положительный терминал
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с положительным выводом пьезопакета.

`-` - Отрицательный вывод
электрический

Электрический консервационный порт, связанный с отрицательным выводом пьезопакета.

`C` - Дело
механический

Механический консервационный порт, связанный с корпусом.

`R` - Ротор
механический

Механический консервационный порт, связанный с ротором.

Параметры

развернуть все

Статическая сила

`Parameterization` - Параметризация статической силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

Выберите один из следующих методов для параметризации статической силы:

Specify from a datasheet - Укажите параметры таблицы, которые блок преобразует в статические значения силы.
Specify material properties - предоставление свойств материала, преобразуемых блоком в статические значения силы.

`Stack area` - Площадь поперечного сечения трубы
`100` `mm^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения стопки.

`Stack length` - Длина стопки
`36` `mm` (по умолчанию)

Длина ствола при отсутствии нагрузки и электрического потенциала.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify from a datasheet.

`No-load displacement at V0 volts` - Безнагрузочное свободное перемещение
`0.038` (по умолчанию)

Неограниченное смещение пакета при приложении напряжения V0 вольт.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify from a datasheet.

`Blocking force at V0 volts` - Блокирующая сила
`3800` `N` (по умолчанию)

Сила, создаваемая пакетом, возникает, когда прикладывается напряжение V0 вольт и пакет физически не расширяется.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify from a datasheet.

`Test voltage V0` - Испытательное напряжение
`120` `V` (по умолчанию)

Напряжение, используемое для определения смещения без нагрузки и блокирующей силы.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify from a datasheet.

`Capacitance` - Емкость
`13` `uF` (по умолчанию)

Емкость.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify from a datasheet.

`Piezo layer thickness` - Толщина слоя пьезо
`0.3` `mm` (по умолчанию)

Толщина каждого слоя в пьезопакете.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify material properties.

`Number of layers` - Количество слоев
`50` (по умолчанию)

Количество слоев в пьезопакете.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify material properties.

`Piezoelectric charge constant` - Пьезоэлектрический заряд постоянный
`500e-12` `m/V` (по умолчанию)

Механическая деформация на единицу приложенного электрического поля.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify material properties.

`Dielectric constant` - Диэлектрическая постоянная
`2.1240e-08` `F/m` (по умолчанию)

Диэлектрическая проницаемость или смещение диэлектрика на единицу электрического поля, измеренное при постоянном напряжении.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify material properties.

`Elastic compliance` - Эластичное соответствие
`19e-12` `m^2/N` (по умолчанию)

Деформация, производимая в пьезоэлектрическом материале на единицу приложенного напряжения.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify material properties.

Динамические силы

`Parameterization` - Динамическая параметризация силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

Выберите один из следующих методов для динамической параметризации силы:

Specify from a datasheet - Укажите параметры таблицы, которые блок преобразует в динамические значения силы.
Specify material properties - предоставление свойств материала, преобразуемых блоком в динамические значения силы.

`Resonant frequency at constant field` - Резонансная частота при постоянном поле
`inf` `kHz` (по умолчанию)

Частота, при которой привод естественным образом резонирует, если механически возмущается при коротком замыкании электрических портов.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify from a datasheet.

`Mechanical quality factor` - Механический коэффициент качества
`inf` (по умолчанию)

Коэффициент, влияющий на демпфирование механических портов R и C.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify from a datasheet.

`Damping` - Поступательное демпфирование
`0` `N/(m/s)` (по умолчанию)

Термин поступательного демпфирования.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify material properties.

`Effective mass` - Эффективная масса
`0` `g` (по умолчанию)

Масса, которая приближается к распределенной динамике устройства и вызывает резонирование стека на правильной частоте при подключении к механическому порту R. Эта масса обычно составляет около одной трети фактической массы стопки.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация имеет значение Specify material properties.

Начальные условия

`Initial stack deflection` - Отклонение ствола в нулевое время
`0` `mm` (по умолчанию)

Отклонение стека в нулевое время. При наличии внешнего блока датчика идеального поступательного движения, прикрепленного к блоку пьезопакета, необходимо использовать один и тот же начальный параметр отклонения для обоих блоков.

`Initial voltage` - Начальное напряжение в батарее
`0` `V` (по умолчанию)

Напряжение батареи в нуль времени.

Примеры модели

Гибридный линейный привод

Гибридный исполнительный механизм, состоящий из электродвигателя постоянного тока и ходового винта, последовательно соединенных с пьезоэлектрическим пакетом. Комбинация двигателя постоянного тока и ходового винта поддерживает большие смещения (десятки миллиметров), но динамически медленная при отслеживании эталонного x_ref потребности. И наоборот, пьезоэлектрический пакет поддерживает только максимальное смещение + -0,1 мм, но имеет очень быстрый динамический отклик. Сочетание двух технологий привода создает привод большого хода с очень точным позиционированием.

Расширенные возможности

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

См. также

Линейный привод пьезо | Поворотный привод Пьезо

Представлен в R2008b

Документация

Пьезо-Стек

Описание

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

+ - Положительный терминал электрический

- - Отрицательный вывод электрический

C - Дело механический

R - Ротор механический

Параметры

Статическая сила

Parameterization - Параметризация статической силы Specify from a datasheet (по умолчанию) | Specify material properties

Stack area - Площадь поперечного сечения трубы 100 mm^2 (по умолчанию)

Stack length - Длина стопки 36 mm (по умолчанию)

Зависимости

No-load displacement at V0 volts - Безнагрузочное свободное перемещение 0.038 (по умолчанию)

Зависимости

Blocking force at V0 volts - Блокирующая сила 3800 N (по умолчанию)

Зависимости

Test voltage V0 - Испытательное напряжение 120 V (по умолчанию)

Зависимости

Capacitance - Емкость 13 uF (по умолчанию)

Зависимости

Piezo layer thickness - Толщина слоя пьезо 0.3 mm (по умолчанию)

Зависимости

Number of layers - Количество слоев 50 (по умолчанию)

Зависимости

Piezoelectric charge constant - Пьезоэлектрический заряд постоянный 500e-12 m/V (по умолчанию)

Зависимости

Dielectric constant - Диэлектрическая постоянная 2.1240e-08 F/m (по умолчанию)

Зависимости

Elastic compliance - Эластичное соответствие 19e-12 m^2/N (по умолчанию)

Зависимости

Динамические силы

Parameterization - Динамическая параметризация силы Specify from a datasheet (по умолчанию) | Specify material properties

Resonant frequency at constant field - Резонансная частота при постоянном поле inf kHz (по умолчанию)

Зависимости

Mechanical quality factor - Механический коэффициент качества inf (по умолчанию)

Зависимости

Damping - Поступательное демпфирование 0 N/(m/s) (по умолчанию)

Зависимости

Effective mass - Эффективная масса 0 g (по умолчанию)

Зависимости

Начальные условия

Initial stack deflection - Отклонение ствола в нулевое время 0 mm (по умолчанию)

Initial voltage - Начальное напряжение в батарее 0 V (по умолчанию)

Примеры модели

Гибридный линейный привод

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Electrical

Поддержка

`+` - Положительный терминал
электрический

`-` - Отрицательный вывод
электрический

`C` - Дело
механический

`R` - Ротор
механический

`Parameterization` - Параметризация статической силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

`Stack area` - Площадь поперечного сечения трубы
`100` `mm^2` (по умолчанию)

`Stack length` - Длина стопки
`36` `mm` (по умолчанию)

`No-load displacement at V0 volts` - Безнагрузочное свободное перемещение
`0.038` (по умолчанию)

`Blocking force at V0 volts` - Блокирующая сила
`3800` `N` (по умолчанию)

`Test voltage V0` - Испытательное напряжение
`120` `V` (по умолчанию)

`Capacitance` - Емкость
`13` `uF` (по умолчанию)

`Piezo layer thickness` - Толщина слоя пьезо
`0.3` `mm` (по умолчанию)

`Number of layers` - Количество слоев
`50` (по умолчанию)

`Piezoelectric charge constant` - Пьезоэлектрический заряд постоянный
`500e-12` `m/V` (по умолчанию)

`Dielectric constant` - Диэлектрическая постоянная
`2.1240e-08` `F/m` (по умолчанию)

`Elastic compliance` - Эластичное соответствие
`19e-12` `m^2/N` (по умолчанию)

`Parameterization` - Динамическая параметризация силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

`Resonant frequency at constant field` - Резонансная частота при постоянном поле
`inf` `kHz` (по умолчанию)

`Mechanical quality factor` - Механический коэффициент качества
`inf` (по умолчанию)

`Damping` - Поступательное демпфирование
`0` `N/(m/s)` (по умолчанию)

`Effective mass` - Эффективная масса
`0` `g` (по умолчанию)

`Initial stack deflection` - Отклонение ствола в нулевое время
`0` `mm` (по умолчанию)

`Initial voltage` - Начальное напряжение в батарее
`0` `V` (по умолчанию)

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