Piezo Stack

Электрические и силовые характеристики пьезоэлектрического сложенного привода

Библиотека:
Simscape/Электрический/Электромеханический/Мехатронный Приводы

Описание

Блок Piezo Stack представляет электрические и силовые характеристики пьезоэлектрического сложенного привода с помощью следующих уравнений:

$\begin{array}{l} S = s^{E} T + d^{'} E \\ D = d T + ε^{T} E \end{array}$

где

S - тензор деформации.
T - тензор напряжения.
E - вектор электрического поля.
D - вектор электрического смещения.
s^E - упругая матрица податливости при воздействии постоянного электрического поля.
d - пьезоэлектрическая матрица констант.
ε^T - диэлектрическая проницаемость, измеренная при постоянном напряжении.

Примечание

Блок моделирует одномерное поведение кускового параметра, поэтому S, T, E и D являются скалярными значениями.

Можно задать параметры блоков, которые определяют статическую силу с помощью параметров таблицы данных или свойств материала, определяемых значением параметра Parameterization на вкладке Static Force диалогового окна блока.

Вкладка Dynamic Forces диалогового окна блока позволяет включать дополнительные эффективные эффекты масс и механического демпфирования.

Если вы задаете ненулевое значение для параметра Effective mass или конечное значение для параметра Resonant frequency at constant field, блок присоединяет комчатую массу к механическому порту R. Когда вы задаете конечную резонансную частоту, блок вычисляет эффективную массу, чтобы достичь правильной резонансной частоты.
Если вы задаете ненулевое значение для параметра Damping или конечное значение для параметра Mechanical quality factor, блок добавляет термин демпфирования через R к C механическим портам. Когда вы задаете механический коэффициент качества, _Qm, блок вычисляет демпфирование из этого значения параметров как $\sqrt{M k} / Q_{m}$ , где k - жесткость устройства короткой схемы или, соответственно, жесткость при постоянном поле.

Положительное напряжение на электрическом + для - портов создает положительное перемещение, действующее от механического C к R портам.

Допущения и ограничения

Модель не включает эффекты гистерезиса.

Порты

Сохранение

расширить все

`+` - Положительный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с положительным выводом пьезостека.

`-` - Отрицательный терминал
электрический

Электрический порт сопоставлен с отрицательным выводом пьезостека.

`C` - Случай
механический

Порт механической передачи, связанная с делом.

`R` - Ротор
механический

Порт механической передачи, сопоставленный с ротором.

Параметры

расширить все

Статическая сила

`Parameterization` - Параметризация статической силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

Выберите один из следующих методов для статической параметризации силы:

Specify from a datasheet - Предоставьте параметры таблицы данных, которые блок преобразует в статические значения силы.
Specify material properties - Обеспечивают свойства материала, которые блок преобразует в статические значения силы.

`Stack area` - Площадь поперечного сечения стека
`100` `mm^2` (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения стека.

`Stack length` - Длина стека
`36` `mm` (по умолчанию)

Длина стека, когда никакая нагрузка и никакой электрический потенциал не приложены.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify from a datasheet.

`No-load displacement at V0 volts` - Перемещение без нагрузки без ограничений
`0.038` (по умолчанию)

Перемещение стека без ограничений при приложении напряжения V0 вольт.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify from a datasheet.

`Blocking force at V0 volts` - Блокирующая сила
`3800` `N` (по умолчанию)

Сила, которую создает стек, когда прикладывается напряжение V0 В, и стек физически препятствует расширению.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify from a datasheet.

`Test voltage V0` - Испытательное напряжение
`120` `V` (по умолчанию)

Напряжение, используемое для определения перемещений без нагрузки и блокирующей силы.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify from a datasheet.

`Capacitance` - Емкость
`13` `uF` (по умолчанию)

Емкость.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify from a datasheet.

`Piezo layer thickness` - толщина слой
`0.3` `mm` (по умолчанию)

Толщина каждого слоя в пьезо- стек.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify material properties.

`Number of layers` - Количество слоев
`50` (по умолчанию)

Количество слоев в пьезо- стек.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify material properties.

`Piezoelectric charge constant` - Пьезоэлектрическая постоянная заряда
`500e-12` `m/V` (по умолчанию)

Механическое напряжение на модуль приложенного электрического поля.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify material properties.

`Dielectric constant` - Диэлектрическая константа
`2.1240e-08` `F/m` (по умолчанию)

Диэлектрический коэффициент диэлектрической проницаемости на модуль электрического поля, измеренный при постоянном напряжении.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify material properties.

`Elastic compliance` - Упругость податливости
`19e-12` `m^2/N` (по умолчанию)

Штамм, произведенный в пьезоэлектрическом материале на модуль приложенного напряжения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify material properties.

Динамические силы

`Parameterization` - Динамическая параметризация силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

Выберите один из следующих методов для динамической параметризации силы:

Specify from a datasheet - Предоставьте параметры таблицы данных, которые блок преобразует в значения динамических сил.
Specify material properties - Обеспечивают свойства материала, которые блок преобразует в динамические значения силы.

`Resonant frequency at constant field` - Резонансная частота при постоянном поле
`inf` `kHz` (по умолчанию)

Частота, при которой привод естественно резонирует, если механически возмущен короткими электрическими портами.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify from a datasheet.

`Mechanical quality factor` - Механический коэффициент качества
`inf` (по умолчанию)

Фактор, который влияет на демпфирование через R и C механические порты.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify from a datasheet.

`Damping` - Поступательное демпфирование
`0` `N/(m/s)` (по умолчанию)

Поступательный демпфирующий термин.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify material properties.

`Effective mass` - Эффективная масса
`0` `g` (по умолчанию)

Масса, которая аппроксимирует распределенную динамику устройства и заставляет стек резонировать с правильной частотой при присоединении к механическому порту R. Обычно эта масса составляет около одной трети фактической массы стека.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы устанавливаете параметр Parameterization равным Specify material properties.

Начальные условия

`Initial stack deflection` - Отклонение стека в начальном моменте времени
`0` `mm` (по умолчанию)

Отклонение стека в начальный момент времени. Если у вас есть внешний блок Идеальный Датчик Поступательного Движения, прикрепленный через блок Пьезо Стек, вы должны использовать один и тот же начальный параметр отклонения для обоих блоков.

`Initial voltage` - Начальное напряжение стека
`0` `V` (по умолчанию)

Напряжение стека на начальный момент времени.

Примеры моделей

Гибридный линейный привод

Гибридный привод, состоящий из двигателя постоянного тока и свинцового винта последовательно с пьезоэлектрическим стеком. Комбинация двигателя постоянного тока и свинцового винта поддерживает большие смещения (десятки миллиметров), но динамически медленна при отслеживании эталонного x_ref потребности. И наоборот, пьезоэлектрический стек поддерживает только максимальное перемещение + -0,1 мм, но имеет очень быструю динамическую характеристику. Объединение двух технологий привода создает большой штрих с высокоточным позиционированием.

Документация

Piezo Stack

Описание

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

+ - Положительный терминал электрический

- - Отрицательный терминал электрический

C - Случай механический

R - Ротор механический

Параметры

Статическая сила

Parameterization - Параметризация статической силы Specify from a datasheet (по умолчанию) | Specify material properties

Stack area - Площадь поперечного сечения стека 100 mm^2 (по умолчанию)

Stack length - Длина стека 36 mm (по умолчанию)

Зависимости

No-load displacement at V0 volts - Перемещение без нагрузки без ограничений 0.038 (по умолчанию)

Зависимости

Blocking force at V0 volts - Блокирующая сила 3800 N (по умолчанию)

Зависимости

Test voltage V0 - Испытательное напряжение 120 V (по умолчанию)

Зависимости

Capacitance - Емкость 13 uF (по умолчанию)

Зависимости

Piezo layer thickness - толщина слой 0.3 mm (по умолчанию)

Зависимости

Number of layers - Количество слоев 50 (по умолчанию)

Зависимости

Piezoelectric charge constant - Пьезоэлектрическая постоянная заряда 500e-12 m/V (по умолчанию)

Зависимости

Dielectric constant - Диэлектрическая константа 2.1240e-08 F/m (по умолчанию)

Зависимости

Elastic compliance - Упругость податливости 19e-12 m^2/N (по умолчанию)

Зависимости

Динамические силы

Parameterization - Динамическая параметризация силы Specify from a datasheet (по умолчанию) | Specify material properties

Resonant frequency at constant field - Резонансная частота при постоянном поле inf kHz (по умолчанию)

Зависимости

Mechanical quality factor - Механический коэффициент качества inf (по умолчанию)

Зависимости

Damping - Поступательное демпфирование 0 N/(m/s) (по умолчанию)

Зависимости

Effective mass - Эффективная масса 0 g (по умолчанию)

Зависимости

Начальные условия

Initial stack deflection - Отклонение стека в начальном моменте времени 0 mm (по умолчанию)

Initial voltage - Начальное напряжение стека 0 V (по умолчанию)

Примеры моделей

Гибридный линейный привод

Расширенные возможности

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

См. также

Simscape Electrical документация

Поддержка

`+` - Положительный терминал
электрический

`-` - Отрицательный терминал
электрический

`C` - Случай
механический

`R` - Ротор
механический

`Parameterization` - Параметризация статической силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

`Stack area` - Площадь поперечного сечения стека
`100` `mm^2` (по умолчанию)

`Stack length` - Длина стека
`36` `mm` (по умолчанию)

`No-load displacement at V0 volts` - Перемещение без нагрузки без ограничений
`0.038` (по умолчанию)

`Blocking force at V0 volts` - Блокирующая сила
`3800` `N` (по умолчанию)

`Test voltage V0` - Испытательное напряжение
`120` `V` (по умолчанию)

`Capacitance` - Емкость
`13` `uF` (по умолчанию)

`Piezo layer thickness` - толщина слой
`0.3` `mm` (по умолчанию)

`Number of layers` - Количество слоев
`50` (по умолчанию)

`Piezoelectric charge constant` - Пьезоэлектрическая постоянная заряда
`500e-12` `m/V` (по умолчанию)

`Dielectric constant` - Диэлектрическая константа
`2.1240e-08` `F/m` (по умолчанию)

`Elastic compliance` - Упругость податливости
`19e-12` `m^2/N` (по умолчанию)

`Parameterization` - Динамическая параметризация силы
`Specify from a datasheet` (по умолчанию) | `Specify material properties`

`Resonant frequency at constant field` - Резонансная частота при постоянном поле
`inf` `kHz` (по умолчанию)

`Mechanical quality factor` - Механический коэффициент качества
`inf` (по умолчанию)

`Damping` - Поступательное демпфирование
`0` `N/(m/s)` (по умолчанию)

`Effective mass` - Эффективная масса
`0` `g` (по умолчанию)

`Initial stack deflection` - Отклонение стека в начальном моменте времени
`0` `mm` (по умолчанию)

`Initial voltage` - Начальное напряжение стека
`0` `V` (по умолчанию)

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