В этом примере показано, как модель бесщеточного двигателя постоянного тока (т.е. серводвигателя) на системном уровне может быть построена и параметризована на основе информации таблицы данных. Двигатель и привод моделируются как единая маскированная подсистема. При просмотре модели в Simulink ® выберите блок Двигатель и драйвер и введите Ctrl + U, чтобы посмотреть под маской и увидеть структуру модели.
Эта модель бесщеточного двигателя постоянного тока использует стандартную конфигурацию. Внутренний контур обратной связи управляет током, а внешний контур обратной связи управляет скоростью двигателя. Требуемая скорость задается напряжением, подаваемым на контакт Vref, а направление двигателя - напряжением, подаваемым на контакт Vdir. Если напряжение на выводе Vbrk становится высоким, то значение Vref переопределяется, и требование скорости устанавливается равным нулю для осуществления тормозного действия.
В этой модели потребность в скорости устанавливается равной 2V, что соответствует 40 000 об/мин. Через одну секунду контакт Vdir устанавливается на высоком уровне, а двигатель поворачивается на -40 000 об/мин. Через 2 секунды тормозной штифт Vbrk устанавливается высоким, а двигатель замедляется до нуля об/мин. Эффективность бесщеточного двигателя постоянного тока рассчитывается как отношение механической мощности к электрической мощности в. Следовательно, он может временно выходить за пределы диапазона от 0 до 100% из-за инерции ротора.
Лист изготовителя для бесщеточного двигателя постоянного тока дает момент останова как 0,44 мНм, максимально допустимую частоту вращения как 100, 000rpm, механическую постоянную времени как 5 мс, инерцию ротора как 0,005 gcm ^ 2, КПД как 41 процентов при 0,23 мНм и 40, 000rpm, ток холостого хода как 22 мА и номинальное напряжение как 12V. Постоянная времени основана на использовании привода двигателя изготовителя, который использует коммутацию блоков. Привод двигателя может быть сконфигурирован так, чтобы, когда опорное напряжение скорости равно максимальному значению + 5 В, управляемая скорость составляла 100 000 об/мин.
Блок сервомотора в подсистеме двигателя и привода используется для моделирования внутреннего контура обратной связи тока, а также для балансировки механической и электрической мощности. Для проектирования системы обычно нет необходимости моделировать переключение тока, управляемое драйвером двигателя, в то время как обеспечение правильных характеристик крутящего момента и частоты вращения и тока от источника постоянного тока является. Вектор максимальных значений крутящего момента на практике определяется максимальным током привода. Приводы двигателей, как правило, имеют установку максимального тока, который должен соответствовать максимальному номинальному крутящему моменту двигателя или максимальному крутящему моменту, который должен быть приложен к нагрузке, если двигатель превышен. Здесь вектором максимальных значений крутящего момента устанавливается крутящий момент остановки двигателя до максимальной скорости 100 000 об/мин. Предполагается, что система, в которой используются двигатель и привод, будет обеспечивать, чтобы двигатель не перегревался, работая слишком долго при больших сочетаниях крутящего момента и скорости.
Предполагается, что электрические потери двигателя состоят из двух слагаемых. Первый - это фиксированные потери, которые не зависят от нагрузки, и это рассчитывается как Vcc * I0, где Vcc - номинальное напряжение питания, а I0 - ток постоянного тока без нагрузки, получаемый от источника питания. Следует отметить, что если используется коммутация блоков, то, как и для драйвера, этот пример основан на, I0 будет в два раза больше тока в фазной обмотке под напряжением. Второй член потерь пропорционален квадрату мгновенного тока обмотки двигателя. Это может быть аппроксимировано как член, пропорциональный квадрату среднего крутящего момента. Два условия потерь реализуются блоком Servomotor.
Существует три параметра Motor и driver mask, которые должны быть настроены на соответствие значениям таблицы. Это пропорциональные и интегральные коэффициенты усиления для контроллера обратной связи скорости и постоянная времени для контроллера тока внутреннего контура. В данном случае таблица дает постоянную времени без нагрузки как 5 мс. Типичным правилом является то, что внутренний контур управления должен быть, по меньшей мере, в десять раз быстрее, чем внешний контур. Это означает, что постоянная времени для текущего контроллера составляет 0,5 мс. При этом значении пропорциональный член затем увеличивается до тех пор, пока постоянная времени скорости не составит приблизительно 5 мс. Интегральный коэффициент усиления должен быть установлен при выполнении шага скорости под нагрузкой и увеличен до тех пор, пока не будет устранена ошибка установившегося состояния порядка 5 мс. Затем необходима некоторая точная настройка двух коэффициентов усиления для восстановления времени подъема 5 мс без нагрузки.
На графике ниже показана скорость бесщеточного двигателя постоянного тока в различных условиях. Крутящий момент нагрузки всегда является постоянным значением, противоположным вращению вала. Применяются команды на обратное направление и торможение.
