В этом примере показано, как параметризовать и настраивать шаговый двигатель с использованием данных таблицы изготовителя и тестового электрического жгута. Модель параметризуется с использованием числовых данных, извлеченных из таблицы данных. При моделировании генерируются характеристики втягивающего момента, которые можно сравнить с кривой втягивающего момента, предоставленной производителем. Для настройки модели шагового двигателя в примере используется тестовый жгут, который изменяет тип привода и параметры нагрузки.
Степпер моделируется с использованием блока Stepper Motor из библиотеки Simscape™ Electrical™. Привод шагового двигателя моделируется источником тока и фильтром первого порядка. Двигатель помещается в тестовый жгут. Тестовый жгут постепенно увеличивает нагрузку до тех пор, пока не произойдет проскальзывание для каждой проверенной скорости шага. Обнаружение проскальзывания реализовано в подсистеме обнаружения проскальзывания. Подсистема содержит блок подтверждения Simulink ®, который определяет разницу между ожидаемым и фактическим углом поворота ротора.
На графике показаны характеристики втягивания, сгенерированные при моделировании тестового электрического жгута. Результаты накладываются на вставную кривую из таблицы изготовителя. Достижение точного соответствия характеристикам втягивания может быть сложной задачей, поскольку в большинстве таблиц данных не указаны условия тестирования. Кроме того, некоторые таблицы данных не содержат всех числовых значений, необходимых для моделирования шагового двигателя. В этом случае кривая втягивания из моделирования используется для определения репрезентативных значений, которые дают приемлемое совпадение кривой втягивания.
В режиме втягивания шаговый двигатель должен включаться и останавливаться без потери синхронизации. Из-за динамического характера шаговых двигателей характеристики крутящего момента и частоты вращения очень чувствительны к конфигурации привода шагового двигателя и параметрам нагрузки.
При моделировании или настройке шагового двигателя необходимо учитывать следующее:
Увеличение инерции нагрузки уменьшает крутящий момент втягивания шагового двигателя при более высоких ступенчатых скоростях. Обычно для работы с высокой ступенчатой скоростью инерция нагрузки меньше, чем в три раза инерция ротора. Общепринятой практикой является ограничение инерции нагрузки менее чем в десять раз по сравнению с инерцией ротора.
Нагрузки с более высоким демпфирующим компонентом приводят к улучшению рабочих характеристик при более низких ступенчатых скоростях, поскольку демпфирование помогает преодолеть эффекты резонанса шагового двигателя. Аналогично, внутреннее демпфирование ротора электродвигателя может также способствовать улучшению рабочих характеристик при низких ступенчатых скоростях.
Шаговые двигатели с низким сопротивлением обмотки часто приводятся в действие с помощью привода постоянного тока. Для уменьшения времени нарастания тока к двигателю прикладывается более высокое, чем номинальное, напряжение. Более высокое напряжение питания обеспечивает более высокую способность втягивать крутящий момент при более высоких ступенчатых скоростях.
Кривая крутящего момента при втягивании, представленная в спецификации производителя, обычно приводится для конкретной конфигурации привода и нагрузки (тип нагрузки, инерция нагрузки и демпфирование нагрузки). Производители, как правило, испытывают шаговые двигатели либо с помощью дино-настройки, либо путем приложения трения к ротору. Метод испытания редко включается в опросный лист. Поэтому всегда важно моделировать шаговый двигатель для создания кривой в целях проверки параметризации.
На графике показано, как втягивающий крутящий момент чувствителен к демпфированию ротора, напряжению привода, инерции нагрузки и типу нагрузки.
Для любого заданного шагового двигателя набор значений параметров модели, соответствующих характеристикам втягивающего момента, обычно не уникален. Для обеспечения репрезентативности параметризации рекомендуется также генерировать и сравнивать выдергивающую кривую со спецификацией.