FEM-Parameterized Linear Actuator

Линейный привод, заданный в терминах магнитного потока

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Электромеханический/Мехатронный Приводы

  • FEM-Parameterized Linear Actuator block

Описание

Блок FEM-Parameterized Linear Actuator реализует модель линейного привода, заданную в терминах магнитного потока. Используйте этот блок для моделирования пользовательских соленоидов и линейных двигателей, где магнитный поток зависит от обоих дистанционных переменных тока. Вы параметризоваете блок, используя данные из стороннего пакета магнитного конечноэлементного метода (FEM).

Примечание

Чтобы использовать этот блок для представления соленоида с воздушным зазором x между корпусом C и плунжерным R, тогда сведенная в таблицу сила должна быть отрицательной, чтобы представлять тяговую силу, приводящую R к C.

Блок имеет две опции электрического уравнения. Первый, Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di, определяет ток с точки зрения частных производных магнитного потока (Φ) относительно расстояния (<reservedrangesplaceholder1>) и ток (<reservedrangesplaceholder0>), уравнения, для которых:

didt=(v−iR−∂Φ∂xdxdt)/∂Φ∂i

Вторая опция, Define in terms of Phi(i,x), определяет напряжение на компоненте непосредственно в терминах потока, уравнение для которого:

v=iR+ddtΦ(x,i)

Численно, определение электрического уравнения с точки зрения частных производных потока лучше, потому что обратный ЭДС кусочно непрерывен. При непосредственном использовании потока использование более мелкого размера сетки для тока и положения улучшит результаты, так же как и выбор кубической или сплайн интерполяции.

В обоих случаях у вас есть опция, чтобы либо непосредственно задать силу как функцию тока и положения, используя параметр Force matrix, F(i,x), либо чтобы блок автоматически вычислял матрицу силы.

При непосредственном вводе данных электромагнитной силы можно либо использовать данные, предоставленные магнитным пакетом с конечным элементом (который вы использовали для определения потока), либо вычислить силу из потока следующим уравнением:

F=∫0i∂Φ(x,i)∂xdi

Для примера, который показывает, как реализовать этот тип интегрирования в MATLAB®, см. Соленоид, параметризированный данными КЭМ. Связанный файл ee_solenoid_fem_params.m содержит код, который вычисляет и строит графики данных потока.

Кроме того, блок может автоматически вычислить матрицу сил из информации о потоке, которую вы предоставляете. Чтобы выбрать эту опцию, установите параметр Calculate force matrix? равным Yes. Вычисление матрицы сил происходит при инициализации модели на основе информации о редактировании текущих блоков. Сила вычисляется путем численного интегрирования скорости изменения редактирования потока относительно положения по току, согласно предыдущему уравнению. Если для параметра Electrical model задано значение Define in terms of Phi(i,x), тогда блок должен сначала оценить Flux partial derivative wrt displacement, dPhi(i,x)/dx значения параметров из данных редактирований потока. При этом блок использует метод интерполяции, заданный параметром Interpolation method. Как правило, Smooth опция наиболее точна, но Linear опция наиболее устойчива.

Вы можете задать и его частные производные для просто положительных, или положительных и отрицательных токов. Определяя для просто положительного тока, тогда блок предполагает что Φ (-i, x) =-Φ (i, x). Поэтому, если вектор тока положителен только:

  • Первое текущее значение должен быть нулем.

  • Поток, соответствующий нулевому току, должен быть нулем.

  • Частная производная потока по отношению к перемещению должна быть нулем для нулевого тока.

Чтобы смоделировать линейный двигатель с повторяющимся шаблоном потока, установите параметр Flux dependence on displacement равным Cyclic. При выборе этой опции сила и поток (или производные сил и потоков в зависимости от выбранной опции) должны иметь идентичные первый и последний столбцы.

Примечание

Приведенное в действие направление движения этого блока может быть изменено путем поворота блока и замены соединений R и C.

Тепловой порт

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

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты потерь сопротивления меди, которые преобразуют электрическую степень в тепло. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и о параметрах Temperature Dependence и Thermal Port, смотрите Симуляция Термальных эффектов в Вращательных и Поступательных Приводах.

Допущения и ограничения

  • Вы должны предоставить последовательный набор данных о силе и потоке. Нет проверки, которая бы гарантировала, что матрица силы согласована с данными потока.

  • При движении блока FEM-Parameterized Linear Actuator через последовательный индуктор, вам, возможно, потребуется включить параллельную проводимость в компонент индуктора.

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с положительным контактом привода.

Электрический порт сопоставлен с отрицательной клеммой привода.

Порт механической передачи, связанная с корпусом привода.

Порт механической передачи, сопоставленный с плунжером.

Тепловой порт. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловой порт»

Параметры

расширить все

Магнитная сила

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

  • Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di - Задайте ток через блок в терминах частных производных магнитного потока относительно расстояния и тока.

  • Define in terms of Phi(i,x) - Задайте напряжение на клеммах блоков непосредственно с точки зрения потока.

Задайте вектор монотонно увеличивающихся текущих значений, соответствующих вашим данным о силовом потоке. Если вы задаете только положительные токи, первый элемент должен быть нулем.

Задайте вектор монотонно увеличивающихся значений смещения, соответствующих вашим данным о силовом потоке.

Задайте матрицу частных производных потока относительно тока. Значение по умолчанию в Wb/A является:

[ 0.104 0.098 0.091 0.085 0.078; 
0.095 0.089 0.084 0.079 0.073; 
0.085 0.081 0.077 0.073 0.069; 
0.076 0.073 0.07 0.067 0.064; 
0.067 0.065 0.063 0.061 0.06; 
0.057 0.057 0.056 0.056 0.055; 
0.048 0.049 0.049 0.05 0.05; 
0.038 0.04 0.042 0.044 0.046; 
0.029 0.032 0.035 0.038 0.041; 
0.02 0.024 0.028 0.033 0.037; 
0.01 0.016 0.021 0.027 0.032 ]

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model равным Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di.

Задайте матрицу частных производных потока относительно перемещения. Значение по умолчанию в Wb/m является:

[ 0 0 0 0 0; 
-11.94 -10.57 -9.19 -7.81 -6.43; 
-21.17 -19.92 -18.67 -17.42 -16.16; 
-27.99 -26.87 -25.75 -24.62 -23.5; 
-32.42 -31.43 -30.43 -29.43 -28.44; 
-34.46 -33.59 -32.72 -31.85 -30.98; 
-34.09 -33.35 -32.61 -31.87 -31.12; 
-31.33 -30.72 -30.1 -29.49 -28.87; 
-26.17 -25.68 -25.2 -24.71 -24.22; 
-18.62 -18.26 -17.9 -17.54 -17.18; 
-8.66 -8.43 -8.2 -7.97 -7.73 ]

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model равным Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di.

Задайте матрицу общего редактирования потока, то есть умножьте поток на количество оборотов. Значение по умолчанию в Wb является: 

[ 0 0 0 0 0; 
0.0085 0.0079 0.0075 0.0071 0.0067; 
0.0171 0.016 0.0151 0.0143 0.0137; 
0.0254 0.0239 0.0226 0.0215 0.0206; 
0.033 0.0312 0.0297 0.0283 0.0271; 
0.0396 0.0377 0.036 0.0345 0.0331; 
0.0452 0.0433 0.0415 0.0399 0.0384; 
0.0495 0.0478 0.0461 0.0446 0.0431; 
0.0526 0.0512 0.0498 0.0485 0.0472; 
0.0545 0.0537 0.0528 0.0519 0.0508; 
0.0554 0.0553 0.0551 0.0548 0.0542 ]

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model равным Define in terms of Phi(i,x).

Укажите способ предоставления данных о электромагнитной силе:

  • No — specify directly - Вводите данные электромагнитной силы непосредственно, используя параметр Force matrix, F(i,x). Это опция по умолчанию.

  • Да - блок вычисляет силу из информации о потоке редактирования как функцию тока и перемещения.

Задайте матрицу электромагнитной силы, приложенной к плунжеру или движущейся детали. Значение по умолчанию, в N, является: 

[ 0 0 0 0 0; 
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.3; 
-2.3 -2 -1.7 -1.4 -1.2; 
-4.9 -4.3 -3.7 -3.2 -2.7; 
-8.3 -7.3 -6.4 -5.5 -4.7; 
-12.2 -10.7 -9.4 -8.2 -7.2; 
-16.2 -14.4 -12.7 -11.3 -10; 
-20 -17.9 -15.9 -14.3 -12.9; 
-23.3 -20.9 -18.8 -17.1 -15.7; 
-25.7 -23.1 -21.1 -19.4 -18.2; 
-26.5 -24.1 -22.2 -20.9 -20.1 ]

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Calculate force matrix? равным No — specify directly.

Задайте шаблон потока:

  • Unique - Шаблон потока отсутствует.

  • Cyclic - Выберите эту опцию, чтобы смоделировать линейный двигатель с повторным шаблоном потока. Сила и поток (или производные силы и потока, в зависимости от выбранного Electrical model опции) должны иметь идентичные первый и последний столбцы.

Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации выхода значения, когда вход значение находится между двумя последовательными сеточными точками:

  • Linear - Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую эффективность.

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

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите PS Lookup Table (2D) блочной страницы с описанием.

Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения значения выхода, когда значение входа находится вне диапазона, заданного в списке аргументов:

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

  • Nearest - Выберите эту опцию, чтобы создать экстраполяцию, которая не идет выше высшей точки в данных или ниже самой нижней точки в данных.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции см. PS Lookup Table (2D) блочной страницы с описанием.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Flux dependence on displacement равным Unique.

Полное сопротивление электрической обмотки.

Механический

Линейное демпфирование. Значение может быть нулем.

Масса движущейся части, которая соответствует механическому переводному порту R. Значение может быть нулем.

Штрих, при котором прикладывается нижний механический концевой упор. Значение может быть -Inf.

Штрих, при котором прикладывается верхний механический концевой упор. Значение может быть Inf.

Положение плунжера в начале симуляции.

Скорость плунжера в начале симуляции.

Упругость контакта между плунжером и торцевыми упорами.

Контактное демпфирование между плунжером и торцевыми упорами.

Температурная зависимость

Эта вкладка отображается только для блоков с пустым тепловым портом. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловой порт»

Температурный коэффициент сопротивления.

Температура, для которой заданы параметры привода.

Тепловой порт

Эта вкладка отображается только для блоков с пустым тепловым портом. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловой порт»

Тепловая масса является энергией, необходимой для повышения температуры на одну степень.

Температура теплового порта в начале симуляции.

Примеры моделей

Solenoid Parameterized with FEM Data

Соленоид, параметризированный данными КЭМ

Соленоид ограниченного хода с возвратной пружиной. При расцеплении пружина удерживает плунжер на расстоянии 0,1 мм от полностью включенного положения. На 0,1 секунде соленоид включается, и перемещение переходит к нулю. На 0,06 с прикладывается сила, превышающая удерживающую силу, и плунжер перемещается до своего максимального хода 0,2 мм. Соленоидная сила и характеристики заднего ЭДС определяются блоком FEM-Parameterized Linear Drivacor. Этот блок принимает данные в формате, обычно предоставляемом инструментом моделирования магнитного поля с конечным элементом. Существуют две опции параметризации, один, который работает непосредственно с данными о потоке, и один, который использует частные производные потока относительно тока и перемещения. Последняя опция обычно является лучшим выбором, он дает более точные результаты для заданной плотности точек данных тока и положения. Однако это требует большей предварительной обработки данных.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.

См. также

|

Введенный в R2010a

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте