FEM-Parameterized Rotary Actuator

Привод вращательного действия, заданный в терминах магнитного потока

  • Библиотека:
  • Simscape/Электрический/Электромеханический/Мехатронный Приводы

  • FEM-Parameterized Rotary Actuator block

Описание

Блок FEM-Parameterized Rotary Actuator реализует модель вращательного привода, заданную в терминах магнитного потока. Используйте этот блок для моделирования пользовательских приводов вращения и двигателей, где магнитный поток зависит и от угла ротора, и от тока. Вы параметризоваете блок, используя данные из стороннего пакета Finite Element Magnetic (FEM).

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

didt=(viRΦθdθdt)/Φi

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

v=iR+ddtΦ(θ,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 возможность либо непосредственно задать крутящий момент как функцию от тока и угла ротора, используя параметр Torque matrix, T(i,theta), либо блок автоматически вычислить матрицу крутящего момента.

При непосредственном вводе данных электромагнитного крутящего момента можно либо использовать данные, предоставленные магнитным пакетом с конечным элементом (который вы использовали для определения потока), либо вычислить крутящий момент из потока следующим уравнением:

T=0iΦ(θ,i)θdi

Смотрите Соленоид, параметризованный с помощью модели примера FEM Data, для примера того, как реализовать этот тип интегрирования в MATLAB®.

Кроме того, блок может автоматически вычислить матрицу крутящего момента из информации о потоке, которую вы предоставляете. Чтобы выбрать эту опцию, установите параметр Calculate torque matrix? равным Yes. Вычисление матрицы крутящего момента происходит при инициализации модели на основе информации о редактировании текущих блоков. Крутящий момент вычисляется путем численного интегрирования скорости изменения редактирования потока относительно угла по току, согласно предыдущему уравнению. Если для параметра Electrical model задано значение Define in terms of Phi(i,theta), тогда блок должен сначала оценить Flux partial derivative wrt angle, Phi(i,theta)/dtheta 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 относительно угла ротора должна быть нулем для нулевого тока.

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

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 крутящем моменте и потоке. Нет проверки, чтобы убедиться, что матрица крутящего момента соответствует данным о потоке.

  • При движении блока FEM-Parameterized Rotary 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 Механического привода вращения, сопоставленный с корпусом привода.

Механический вращательный порт сопоставлен с ротором.

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,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di - Задайте ток через блок в терминах частных производных магнитного потока относительно расстояния и тока.

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

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

Задайте вектор монотонно увеличивающихся значений угла ротора, соответствующих данным о потоке крутящего момента.

Задайте матрицу частных производных потока относительно тока. Этот параметр видим, только если Electrical model установлено на Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di. Значение по умолчанию в Wb/A является:

[ 0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; ]

Зависимости

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

Задайте матрицу частных производных потока относительно угла ротора. Этот параметр видим, только если Electrical model установлено на Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di. Значение по умолчанию в Wb/rad является:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 9e-4 0.0017 0.0023 0.0026 0.0026 0.0023 0.0017 9e-4 ...
         0 -9e-4 -0.0017 -0.0023 -0.0026 -0.0026 -0.0023 -0.0017 -9e-4 0; 
  0 0.0018 0.0033 0.0045 0.0051 0.0051 0.0045 0.0033 0.0018 ...
         0 -0.0018 -0.0033 -0.0045 -0.0051 -0.0051 -0.0045 -0.0033 -0.0018 0; 
  0 0.0027 0.005 0.0068 0.0077 0.0077 0.0068 0.005 0.0027 ...
         0 -0.0027 -0.005 -0.0068 -0.0077 -0.0077 -0.0068 -0.005 -0.0027 0; 
  0 0.0036 0.0067 0.009 0.0102 0.0102 0.009 0.0067 0.0036 ...
         0 -0.0036 -0.0067 -0.009 -0.0102 -0.0102 -0.009 -0.0067 -0.0036 0; 
  0 0.0044 0.0084 0.0113 0.0128 0.0128 0.0113 0.0084 0.0044 ...
         0 -0.0044 -0.0084 -0.0113 -0.0128 -0.0128 -0.0113 -0.0084 -0.0044 0 ]

Зависимости

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

Задайте матрицу общего редактирования потока, то есть умножьте поток на количество оборотов. Этот параметр видим, только если Electrical model установлено на Define in terms of Phi(i,theta). Значение по умолчанию в Wb является:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  4e-4 4.8e-4 7e-4 0.00105 0.00147 0.00193 0.00235 0.0027 0.00292 ...
        0.003 0.00292 0.0027 0.00235 0.00193 0.00147 0.00105 7e-4 4.8e-4 4e-4; 
  8e-4 9.6e-4 0.00141 0.0021 0.00295 0.00385 0.0047 0.00539 0.00584 ...
        0.006 0.00584 0.00539 0.0047 0.00385 0.00295 0.0021 0.00141 9.6e-4 8e-4; 
  0.0012 0.00144 0.00211 0.00315 0.00442 0.00578 0.00705 0.00809 0.00876 ...
        0.009 0.00876 0.00809 0.00705 0.00578 0.00442 0.00315 0.00211 0.00144 0.0012; 
  0.0016 0.00191 0.00282 0.0042 0.0059 0.0077 0.0094 0.01078 0.01169 ...
        0.012 0.01169 0.01078 0.0094 0.0077 0.0059 0.0042 0.00282 0.00191 0.0016; 
  0.002 0.00239 0.00352 0.00525 0.00737 0.00963 0.01175 0.01348 0.01461 ...
        0.015 0.01461 0.01348 0.01175 0.00963 0.00737 0.00525 0.00352 0.00239 0.002 ]

Зависимости

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

Укажите способ предоставления данных о электромагнитном крутящем моменте:

  • No — specify directly - Вводите данные электромагнитного крутящего момента непосредственно, используя параметр Torque matrix, T(i,theta).

  • Да - блок вычисляет крутящий момент из информации о потоке редактирования как функцию от тока и угла ротора.

Задайте матрицу электромагнитного крутящего момента, приложенного к ротору. Этот параметр видим, только если Calculate torque matrix? установлено на No — specify directly. Значение по умолчанию в mN * m является:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 0.0889 0.1671 0.2252 0.2561 0.2561 0.2252 0.1671 0.0889 ...
        0 -0.0889 -0.1671 -0.2252 -0.2561 -0.2561 -0.2252 -0.1671 -0.0889 0; 
  0 0.3557 0.6685 0.9007 1.0242 1.0242 0.9007 0.6685 0.3557 ...
        0 -0.3557 -0.6685 -0.9007 -1.0242 -1.0242 -0.9007 -0.6685 -0.3557 0; 
  0 0.8003 1.5041 2.0265 2.3045 2.3045 2.0265 1.5041 0.8003 ...
        0 -0.8003 -1.5041 -2.0265 -2.3045 -2.3045 -2.0265 -1.5041 -0.8003 0; 
  0 1.4228 2.674 3.6027 4.0968 4.0968 3.6027 2.674 1.4228 ...
        0 -1.4228 -2.674 -3.6027 -4.0968 -4.0968 -3.6027 -2.674 -1.4228 0; 
  0 2.2231 4.1781 5.6292 6.4013 6.4013 5.6292 4.1781 2.2231 ...
        0 -2.2231 -4.1781 -5.6292 -6.4013 -6.4013 -5.6292 -4.1781 -2.2231 0 ]

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Calculate torque 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

Вращательное демпфирование. Значение может быть нулем.

Инерция ротора, прикрепленного к механическому переводному порту R. Значение может быть нулем.

Угол ротора, под которым прикладывается нижний механический упор конца.

Угол ротора, под которым прикладывается верхний механический упор конца.

Положение ротора в начале симуляции

Скорость вращения ротора в начале симуляции.

Упругость контакта между ротором и торцевыми упорами.

Контакт демпфирования между ротором 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.

Расширенные возможности

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

.
Введенный в R2010a