H-Bridge

Драйвер мотора H-моста

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры/Конвертеры

  • H-Bridge block

Описание

Блок H-Bridge представляет драйвер мотора H-моста. Блок имеет следующие две опции Simulation mode:

  • PWM - Выход блока H-Bridge является управляемым напряжением, которое зависит от входного сигнала в порте PWM. Если входной сигнал имеет значение, больше, чем Enable threshold voltage значения параметров, выход H-Bridge блока включен и имеет значение, равное значению параметра Output voltage amplitude. Если это значение меньше, чем Enable threshold voltage значения параметров, блок поддерживает схему нагрузки с помощью одной из следующих трех опций Freewheeling mode:

    • Via one semiconductor switch and one freewheeling diode

    • Via two freewheeling diodes

    • Via two semiconductor switches and one freewheeling diode

    Первые и третьи опции иногда называются синхронной операцией.

    Сигнал на REV порте определяет полярность выхода. Если значение сигнала в REV порте меньше, чем значение параметра Reverse threshold voltage, выход имеет положительную полярность; в противном случае он имеет отрицательную полярность.

  • Averaged - Этот режим имеет две опции Load current characteristics:

    • Smoothed

    • Unsmoothed or discontinuous

    The Smoothed опция принимает, что ток практически непрерывен из-за индуктивности нагрузки. В этом случае выход блока H-Bridge:

    VOVPWMAPWM−IOUTRON

    где:

    • VO - значение параметра Output voltage amplitude.

    • VPWM - значение напряжения в порту PWM.

    • APWM - значение параметра PWM signal amplitude.

    • IOUT - значение выходного тока.

    • RON является параметром Bridge on resistance.

    Ток будет плавным, если частота ШИМ достаточно велика. Синхронная операция, при которой свободная волна происходит через рычаг моста назад к источнику питания, также помогает сглаживать ток. Для случаев, когда ток не гладкий или, возможно, прерывистый (то есть он переходит в нуль между циклами PWM), используйте Unsmoothed or discontinuous опция. Для этой опции необходимо также указать значения для Total load series resistance, Total load series inductance и PWM frequency. Во время моделирования блок использует эти значения, чтобы вычислить более точное значение для выходного напряжения H-моста, которое достигает того же среднего тока, что и при симуляции в режиме PWM.

Установите параметр Simulation mode равным Averaged чтобы ускорить симуляции при движении блока H-Bridge с блоком Controlled PWM Voltage. Необходимо также задать параметр Simulation mode блока Controlled PWM Voltage равным Averaged режим. Это применяет среднее требуемое напряжение ШИМ к двигателю. Точность Averaged результаты симуляции режима зависят от валидности вашего предположения о токе нагрузки. Если вы задаете, что ток Unsmoothed or discontinuous, тогда точность также зависит от значений, которые вы обеспечиваете для сопротивления нагрузки и индуктивности, будучи репрезентативной. Этот режим также делает некоторые упрощающие допущения относительно базовых уравнений для случая, когда ток прерывистый. Для типичных параметров мотора и моста точность должна быть в пределах нескольких процентов. Чтобы проверить Averaged точность режима, запустите симуляцию с помощью PWM режим и сравнение результатов с результатами, полученными при использовании Averaged режим.

Режим торможения активируется, когда напряжение, представленное в порту BRK, больше, чем Braking threshold voltage. Независимо от того, в PWM или Averaged mode, когда в режиме торможения H-мост моделируется последовательной комбинацией двух сопротивлений R1 и R2 где:

  • R1 - сопротивление одного мостового рычага, то есть половину значения параметра Total bridge on resistance.

  • R2 - сопротивление одного мостового рычага параллельно диодному сопротивлению, то есть R1· Rd/( R1 + Rd), где Rd - диодное сопротивление.

Внешний источник степени

Чтобы смоделировать требования, предъявляемые к источнику постоянного тока, можно выбрать, чтобы показать порты источника степени блока H-Bridge путем установки параметра Power supply на External. Если порты источника степени открыты, поддерживается только режим симуляции ШИМ.

Примечание

Если для параметра Power supply задано значение Externalблок способен вычислить смещение напряжения на стороне нагрузки путем ссылки на напряжения шинопровода электропитания. Однако, если соединения шинопровода электропитания не являются пустыми, необходимо добавить блок Electrical Reference на стороне нагрузки.

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 добавляет параметры Temperature Dependence и Thermal Port. Эти параметры описаны далее на этой странице с описанием.

Когда тепловой порт видим:

  • Тепло, выделяемое диодами сопротивления мостика и свободного хода, добавляется к тепловому порту. Тепловой порт имеет связанную тепловую массу и начальную температуру, которые можно задать из параметров Thermal Port.

  • Сопротивление диода на мостике и сопротивление диода свободного хода становятся функциями температуры. Можно задать значения для этих сопротивлений и второй температуры измерения из параметров Temperature Dependence. Сопротивление принято линейно изменяющимся между двумя температурами измерения. Экстраполяция используется для температур вне этой области значений, кроме при симуляции в усредненном режиме с прерывистыми характеристиками тока нагрузки.

Допущения и ограничения

  • Если вы линеаризируете модель, установите параметр Simulation mode равным Averaged и убедитесь, что вы правильно определили рабочую точку. Можно линеаризировать H-Bridge блок только для коэффициентов заполнения, которые больше нуля и меньше, чем амплитуда сигнала PWM. Если вам нужно линеаризироваться вокруг нулевого коэффициента заполнения, и если ваш контроллер всегда использует режим регенеративного торможения, установите параметр Regenerative braking равным Always enabled (suitable for linearization).

  • В Averaged mode, и с Unsmoothed or discontinuous для Load current characteristics необходимо предоставить репрезентативные значения индуктивности и сопротивления нагрузки. Если привод двигателя постоянного тока, то сопротивление является сопротивлением якоря, а индуктивность является суммой индуктивности якоря плюс последовательной сглаживающей индуктивности (если она присутствует). Для Универсального Двигателя полное сопротивление является суммой обмотки якоря и обмотки возбуждения, а общая индуктивность является суммой индуктивности якоря и возбуждения плюс любая последовательная индуктивность сглаживания. Для двигателя Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением рекомендует нарисовать эквивалентную схему Тевенина, чтобы определить соответствующие значения.

  • Никакое прямое напряжение не моделируется для свободных диодов. Они аппроксимируются как идеальные сопротивления при смещении вперед с сопротивлением, равным Freewheeling diode on resistance значению параметров.

  • Если шинопроводы электропитания соединения доступны, поддерживается только режим симуляции PWM.

Порты

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с положительным соединением нагрузки.

Электрический порт сопоставлен с отрицательным соединением нагрузки.

Электрический порт сопоставлен с положительным соединением электропитания.

Зависимости

Этот порт видим только, когда вы выбираете External для параметра Power supply.

Электрический порт сопоставлен с отрицательным электрическим соединением.

Зависимости

Этот порт видим только, когда вы выбираете External для параметра Power supply.

Электрический порт сопоставлен с модулированным сигналом ширины импульса. Напряжение задано относительно порта REF.

Электрический порт сопоставлен с плавающим нулевым напряжением.

Электрический порт сопоставлен с напряжением, которое управляет, когда обратить полярность выхода H-Bridge блока. Напряжение задано относительно порта REF.

Электрический порт сопоставлен с напряжением, которое управляет, когда замыкать выход H-Bridge блока. Напряжение задано относительно порта REF.

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

Параметры

расширить все

Режим симуляции и допущения нагрузки

Выберите один из следующих опций для типа источника степени:

  • Internal - Порты источника степени являются внутренними и не видны. Это опция по умолчанию.

  • External - Открыты порты источника степени.

Выберите одну из следующих опций для типа выхода напряжения:

  • PWM - Выходное напряжение является модулированным сигналом ширины импульса. Это опция по умолчанию.

  • Averaged - Выходное напряжение является константой, значение которой равно среднему значению сигнала PWM.

Выберите одну из следующих опций для типа схемы демпфирования H-моста:

  • Via one semiconductor switch and one freewheeling diode В этом режиме блок управляет нагрузкой, поддерживая один мостовой рычаг с высокой стороной постоянно и используя сигнал PWM, чтобы модулировать соответствующий мостовой рычаг с низкой стороной. Это означает, что блок использует только один из свободных диодов при завершении схемы демпфирования, когда мост поворачивается off. Эта опция является опцией по умолчанию.

  • Via two freewheeling diodes - В этом режиме все мостовые рычаги отключаются во время нерабочего состояния моста. Это означает, что блок рассеивает ток нагрузки через источник степени двумя свободными диодами.

  • Via two semiconductor switches and one freewheeling diode В этом режиме блок управляет нагрузкой, поддерживая один мостовой рычаг с высокой стороной постоянно и используя сигнал PWM, чтобы переключаться между включением соответствующего мостового рычага с низкой стороны и противоположного мостового рычага с высокой стороны. Это означает, что блок использует свободный диод параллельно с рычагом моста, плюс другой последовательный рычаг моста, чтобы завершить схему демпфирования, когда мост выключается.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете PWM для параметра Simulation mode или когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Выберите одну из следующих опций для типа схемы демпфирования H-моста:

  • Depends on REV flag and current sign - Эта опция является опцией по умолчанию.

  • Always enabled (suitable for linearization) - Эта опция может использоваться, когда контроллер всегда устанавливает флаг REV для обеспечения регенеративного торможения. Это полезно, если вам нужно линеаризировать модель в целях управления, чтобы убедиться, что H-Bridge линеаризируется вокруг нулевого коэффициента заполнения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode.

Выберите одну из следующих опций для типа тока нагрузки:

  • Smoothed - Принимает, что ток практически непрерывен из-за индуктивности нагрузки. Эта опция является опцией по умолчанию.

  • Unsmoothed or discontinuous - Используйте эту опцию для случаев, когда ток не гладкий или, возможно, прерывистый (то есть он переходит в нуль между циклами ШИМ). Для этой опции необходимо также указать значения параметров Total load series resistance, Total load series inductance и PWM frequency. Во время моделирования блок использует эти значения, чтобы вычислить более точное значение для выходного напряжения H-моста, которое достигает того же среднего тока, что и при симуляции в режиме PWM.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode.

Полное сопротивление ряда нагрузок, ощущаемое H-мостом.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Общая индуктивность ряда нагрузок, наблюдаемая H-мостом. Как и индуктивность двигателя, вы должны включать любую последовательную индуктивность, добавленную внешним к двигателю, чтобы сглаживать ток.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Частота ШИМ, на которой управляется H-мост. Для согласованности это должно быть то же значение, что и частота PWM, заданная блоком Controlled PWM Voltage, управляющим блоком H-Bridge.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Averaged для параметра Simulation mode и Unsmoothed or discontinuous для параметра Load current characteristics.

Проводимость реверс-смещенного свободно качающегося диода.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете External для параметра Power supply или Averaged для параметра Simulation mode и Depends on REV flag and current sign для параметра Regenerative braking.

Входные пороги

Порог, выше которого должно вырасти напряжение в PWM порте, чтобы включить выход H-Bridge блока.

Зависимости

Этот параметр используется только, когда Simulation mode, параметр Simulation Mode & Load Assumptions, установлен в PWM.

Амплитуда сигнала на входе ШИМ.

Зависимости

Блок H-Bridge использует этот параметр только, когда параметр Simulation mode на вкладке Simulation Mode & Load Assumptions установлен в Averaged.

Когда напряжение в REV порту больше этого порога, выходная полярность становится отрицательной.

Когда напряжение в BRK порте больше этого порога, выходные выводы H-Bridge блока замыкаются через следующую серию устройств:

  • Один мостовой рычаг

  • Один мостовой рычаг параллельно проводящему свободному диоду

Параметры моста

Амплитуда напряжения на выходных портах блока H-Bridge, когда выход включен.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Internal для параметра Power supply.

Общее эффективное сопротивление двух полупроводниковых переключателей, которые соединяют нагрузку с двух степеней рельсами, когда напряжение в порту PWM больше значения параметра Enable threshold voltage на вкладке Input Thresholds.

Общее сопротивление в свободных диодах, которые рассеивают ток, который течет через двигатель, когда напряжение в порту PWM меньше, чем значение параметра Enable threshold voltage на вкладке Input Thresholds.

Температура, для которой заданы значения сопротивления на вкладке Bridge Parameters.

Зависимости

Этот параметр видим только для блоков с пустым тепловым портом. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Тепловой порт»

Температурная зависимость

Общее эффективное сопротивление двух полупроводниковых переключателей, которые соединяют нагрузку с двух степеней рельсами (как описано в Total bridge on resistance определении параметра), приведенное в Second measurement temperature.

Общее сопротивление в свободных диодах, которые рассеивают ток, который течет через двигатель (как описано в Total bridge on resistance определении параметра), приведенное в Second measurement temperature.

Температура, для которой заданы значения сопротивления на вкладке Temperature Dependence.

Тепловой порт

Тепловая масса, сопоставленная с тепловым портом H. Он представляет энергию, необходимую для повышения температуры теплового порта на одну степень. Значение по умолчанию 100 J/K.

Температура теплового порта в начале симуляции.

Примеры моделей

PWM-Controlled DC Motor

Управляемый ШИМ двигатель постоянного тока

Как использовать блоки Controlled PWM Voltage и H-Bridge для управления двигателем. Блок DC Motor использует параметры таблицы данных производителя, которые определяют двигатель как 10W механической степени с 2500 об/мин и скоростью отсутствия нагрузки с 4000 об/мин при запуске от 12V источника постоянного тока. Следовательно, если ссылка напряжения ШИМ установлена на его максимальное значение + 5 В, то двигатель должен вращаться со скоростью 4000 об/мин. Если он установлен на + 2.5В, то он должен работать примерно с 2000 об/мин. Параметр модели устанавливается в Усредненное для блоков Controlled PWM Voltage и H-Bridge, что приводит к быстрой симуляции. Чтобы подтвердить среднее поведение, измените параметр Simulation mode на PWM в обоих блоках.

Linear Electric Actuator with Control

Линейный электрический Привод с управлением

Подробная модель реализации управляемого линейного привода. Привод состоит из двигателя постоянного тока, приводящего в действие червячную передачу, которая в свою очередь управляет ходовым винтом для осуществления линейного движения. Модель включает эффекты квантования датчика Холла-эффекта и реализацию управления в аналоговой электронике. В этой модели существует несколько подсистем вариантов, которые имеют модели на меняющихся уровнях точности.

Вопросы совместимости

расширить все

Поведение изменено в R2019b

Поведение изменено в R2019b

Расширенные возможности

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

.

См. также

Введенный в R2008a

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте