Бесщеточный двигатель постоянного тока

Этот пример показывает, как системная модель бесщеточного двигателя постоянного тока (то есть сервопривода) может быть построена и параметризована на основе информации о таблице данных. Двигатель и драйвер моделируются как одна маскированная подсистема. При просмотре модели в Simulink ® выберите блок Motor and driver, и введите Ctrl + U, чтобы заглянуть под маску и увидеть структуру модели.

Эта модель бесщеточного двигателя постоянного тока использует стандартное строение. Внутренний цикл обратной связи управляет током, а внешний цикл обратной связи управляет скоростью двигателя. Уставка по скорости задается напряжением, представленным на контакте Vref, и направлением двигателя - напряжением, представленным на контакте Vdir. Если напряжение на контакте Vbrk становится высоким, то Vref переопределяется, и требование скорости устанавливается на нуль, чтобы реализовать действие торможения.

В этой модели уставка по скорости установлена на 2V, которая соответствует 40 000 об/мин. Через одну секунду контакт Vdir устанавливается высоким, и двигатель возвращается на -40 000 об/мин. На 2 секунде тормозной контакт Vbrk устанавливается высоко, а двигатель замедляется до нуля об/мин. Эффективность бесщеточного двигателя постоянного тока вычисляется как отношение механической степени наружу к электрической степени в. Следовательно, из-за инерции ротора он может находиться на переходном этапе вне области значений от 0 до 100 процентов.

Лист данных производителя для бесщеточного двигателя постоянного тока задает крутящий момент 0.44mNm, максимально допустимую скорость как 100 000 об/мин, механическую постоянную времени как 5 мс, инерцию ротора как 0,005 гкм ^ 2, КПД как 41 процент на 0.23mNm и 40 000 об/мин, ток отсутствия нагрузки как 22mA и номинальное напряжение как 12V. Константа времени основана на использовании драйвера мотора производителя, который использует коммутацию блоков. Драйвер мотора может быть сконфигурирован так, чтобы, когда начальное напряжение скорости как на максимуме + 5 В, заданная скорость составляла 100 000 об/мин.

Блок Servomotor в Подсистеме Двигателя и драйвера используется для моделирования внутреннего цикла обратной связи тока плюс баланс механических и электрических степеней. Для разработки системы обычно не нужно моделировать переключение тока, управляемое драйвером мотора, в то время как обеспечение правильных характеристик крутящего момента и скорости тока, вытягиваемого из источника постоянного тока, является. Вектор максимальных значений крутящего момента на практике определяется максимальным током драйвера. Драйверы моторов обычно имеют максимальную настройку тока, которая должна соответствовать максимальному номинальному крутящему моменту двигателя или максимальному крутящему моменту, который должен применяться к нагрузке, если двигатель переопределен. Здесь вектором максимальных значений крутящего момента является крутящий момент останова двигателя до максимальной скорости 100 000 об/мин и выше нее. Предположение состоит в том, что система, в которой используются двигатель и драйвер, позаботится о том, чтобы двигатель не перегревался, работая слишком долго при высоких комбинациях крутящего момента и скорости.

Электрические потери двигателя приняты из двух членов. Первый - это фиксированные потери, которые не зависят от нагрузки, и это вычисляется как Vcc * I0, где Vcc - номинальное напряжение питания, а I0 - ток постоянного тока без нагрузки, потребляемый источником степени драйвера. Обратите внимание, что если используется коммутация блоков, то, как и для драйвера, этот пример основан на, I0 будет в два раза больше тока в обмотке фазы с напряжением. Второй член потерь пропорционален квадрату мгновенного тока обмотки двигателя. Это может быть аппроксимировано как член, который пропорциональен квадрату среднего крутящего момента. Два условия потерь реализованы блоком Servomotor.

Существуют три параметров Motor и драйвера mask, которые необходимо настроить, чтобы соответствовать значениям таблицы данных. Эти пропорциональные и интегральные составляющие для контроллера обратной связи скорости и временная константа для токового контроллера с внутренним контуром. Здесь таблица данных задает постоянную времени без нагрузки равную 5 мс. Типичным правилом большого пальца является то, что внутренний цикл управления должен быть по меньшей мере в десять раз быстрее, чем внешний контур. Это означает постоянную времени 0,5 мс для токового контроллера. При этом наборе значений пропорциональный член затем увеличивается до тех пор, пока время постоянной скорости не составит приблизительно 5 мс. Интегральная составляющая должен затем быть установлен при выполнении шага скорости под нагрузкой и увеличен до тех пор, пока установившаяся ошибка не будет удалена в порядке 5 мс. Затем необходима некоторая точная настройка двух коэффициентов усиления, чтобы восстановить время нарастания на 5 мс без нагрузки.