Модель электродвигателя постоянного тока

В этом примере вы моделируете двигатель постоянного тока, управляемый постоянным входным сигналом, который аппроксимирует модулированный по ширине импульса сигнал, и смотрите на ток и вращательное движение на выходе мотора.

Чтобы увидеть завершенную модель, откройте пример управляемого ШИМ двигателя постоянного тока.

Выберите блоки для представления системных компонентов

Выберите блоки, чтобы представлять входной сигнал, двигатель постоянного тока и выход отображений.

В следующей таблице описывается роль блоков, представляющих системные компоненты.

Блок

Описание

Solver Configuration

Определяет настройки решателя, которые применяются ко всем блокам физического моделирования

PS-Simulink Converter

Преобразует вход физический сигнал в Simulink® сигнал

Controlled PWM Voltage

Генерирует сигнал, который аппроксимирует входной сигнал двигателя с модуляцией ширины импульса

H-Bridge

Управляет двигателем постоянного тока

DC Motor

Преобразует входную электроэнергию в механическое движение

Current Sensor

Преобразует электрический ток, который управляет двигателем, в измеряемый физический сигнал, пропорциональный току

DC Voltage Source

Генерирует постоянное напряжение

Electrical Reference

Обеспечивает электрическое заземление

Mechanical Rotational Reference

Обеспечивает механическое заземление

Ideal Rotational Motion Sensor

Преобразует вращательное движение двигателя в измеряемый физический сигнал, пропорциональный движению

Scope

Отображает ток двигателя и вращательное движение

Создайте модель

  1. Создайте новую модель.

  2. Добавьте в модель блоки, перечисленные в следующей таблице. Столбец Library таблицы задает иерархический путь к каждому блоку.

    Блок

    Библиотека

    Количество

    Solver Configuration

    Simscape> Utilities

    1

    PS-Simulink Converter

    Simscape> Utilities

    2

    Controlled PWM Voltage

    Simscape> Electrical> Integrated Circuits

    1

    H-Bridge

    Simscape> Electrical> Semiconductors & Converters> Converters

    1

    DC Motor

    Simscape> Electrical> Electromechanical> Brushed Motors

    1

    Current Sensor

    Simscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Sensors

    1

    DC Voltage Source

    Simscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Sources

    1

    Electrical Reference

    Simscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements

    1

    Mechanical Rotational Reference

    Simscape> Foundation Library> Mechanical> Rotational Elements

    1

    Ideal Rotational Motion Sensor

    Simscape> Foundation Library> Mechanical> Mechanical Sensors

    1

    Scope

    Simulink> Commonly Used Blocks

    2

    Примечание

    Можно использовать функцию Simscape™ ssc_new с типом области electrical чтобы создать модель Simscape, которая содержит следующие блоки:

    • Simulink-PS Converter

    • PS-Simulink Converter

    • Scope

    • Solver Configuration

    • Electrical Reference

  3. Переименуйте и соедините блоки как показано на схеме.

Теперь вы готовы задать параметры блоков.

Задайте параметры модели

Задайте следующие параметры, чтобы представлять поведение компонентов системы:

Setup модели

Следующие блоки задают информацию модели, которая не является специфической для конкретного блока:

  • Строение решателя

  • Электрическая ссылка

  • Механические Вращательные Ссылки

Как и в случае с моделями Simscape, вы должны включать блок Solver Configuration в каждую топологически отличную физическую сеть. Этот пример имеет одну физическую сеть, поэтому используйте один блок Solver Configuration с значениями параметров по умолчанию.

Необходимо включить блок Electrical Reference в каждую сеть Simscape Electrical™. Вы должны включать блок Механическая Вращательная Ссылка в каждую сеть, которая включает электромеханические блоки. Эти блоки не имеют никаких параметров.

Дополнительные сведения об использовании ссылочных блоков см. в разделе «Правила заземления».

Параметры входного сигнала двигателя

Вы генерируете входной сигнал двигателя, используя эти блоки:

  • Блок DC Voltage Source (PWM reference voltage) генерирует постоянный сигнал.

  • Блок Управляемое Напряжение ШИМ генерирует модулированный сигнал ширины импульса.

  • Блок H-Bridge управляет двигателем.

В этом примере все входные порты блока H-Bridge, кроме порта PWM, соединяются с землей. В результате блок H-Bridge ведет себя следующим образом:

  • Когда двигатель включен, блок H-Bridge соединяет клеммы электродвигателя с источником степени.

  • Когда двигатель выключен, блок H-Bridge действует как диод свободного хода, чтобы поддерживать ток двигателя.

В этом примере вы моделируете двигатель с постоянным током, значение которого является средним значением сигнала PWM. При помощи этого типа сигнала вы настраиваете быструю симуляцию, которая оценивает поведение мотора.

  1. Установите параметры блока DC Voltage Source следующим образом:

    • Constant voltage с 2.5

  2. Установите параметры блоков Controlled PWM Voltage следующим образом:

    • PWM frequency с 4000

    • Simulation mode с Averaged

      Это значение предписывает блоку сгенерировать выходной сигнал, значение которого является средним значением сигнала PWM. Симуляция двигателя со средним сигналом оценивает поведение двигателя в присутствии сигнала PWM. Чтобы подтвердить это приближение, используйте значение PWM для этого параметра.

  3. Установите параметры блоков H-Bridge следующим образом:

    • Simulation mode с Averaged

      Это значение предписывает блоку сгенерировать выходной сигнал, значение которого является средним значением сигнала PWM. Симуляция двигателя со средним сигналом оценивает поведение двигателя в присутствии сигнала PWM. Чтобы подтвердить это приближение, используйте значение PWM для этого параметра.

Примечание

Режим симуляции для блоков Controlled PWM Voltage и H-Bridge должен быть одинаковым.

Параметры двигателя

Сконфигурируйте блок, который моделирует двигатель.

Установите параметры блоков двигателя постоянного тока следующим образом, оставив настройки модуля равными их значениям по умолчанию, где это применимо:

  • Electrical Torque вкладка:

    • Model parameterization с By rated power, rated speed & no-load speed

    • Armature inductance с 0.01

    • No-load speed с 4000

    • Rated speed (at rated load) с 2500

    • Rated load (mechanical power) с 10

    • Rated DC supply voltage с 12

  • Mechanical вкладка:

    • Rotor inertia с 2000

    • Rotor damping с 1e-06

Текущие параметры отображения

Задайте параметры блоков, которые создают отображение тока двигателя:

  • Current Sensor блок

  • PS-Simulink Converter1 блок

  • Current возможности

Из трех блоков только блок PS-Simulink Converter1 имеет параметры. Установите параметр Converter1 блока Output signal unit PS-Simulink равным A чтобы указать, что входной сигнал блока имеет модули ампер.

Параметры отображения крутящего момента

Задайте параметры блоков, которые создают отображение крутящего момента двигателя:

  • Ideal Rotational Motion Sensor блок

  • PS-Simulink Converter блок

  • RPM возможности

Из трех блоков только блок PS-Simulink Converter имеет параметры, которые нужно сконфигурировать для этого примера. Установите параметр PS-Simulink Converter Output signal unit блока на rpm указать, что входной сигнал блока имеет модули вращения в минуту.

Примечание

Вы должны ввести это значение параметров. Он недоступен в раскрывающемся списке.

Сконфигурируйте параметры решателя

Сконфигурируйте параметры решателя, чтобы использовать решатель в непрерывном времени, потому что модели Simscape Electrical выполняются только с решателем в непрерывном времени. Увеличьте максимальный размер шага, который может принять решатель, чтобы симуляция выполнялась быстрее.

  1. В окне модели выберите Modeling > Model Settings, чтобы открыть диалоговое окно Параметры конфигурации.

  2. Выберите ode15s (Stiff/NDF) из списка Solver.

  3. Разверните Additional options и введите 1 для Max step size значения параметров.

  4. Нажмите OK.

Для получения дополнительной информации о конфигурировании параметров решателя, смотрите Симуляция Электронной, Мехатронной или Электрической Степени Системы.

Запуск симуляции и анализ результатов

В этой части примера вы запускаете симуляцию и строите график результатов.

В окне модели выберите Simulation > Run, чтобы запустить симуляцию.

Чтобы просмотреть ток и крутящий момент двигателя в окнах Scope, дважды щелкните блоки Scope. Это можно сделать до или после запуска симуляции.

Примечание

По умолчанию возможности отображений появляются сложенными друг на друга верхняя часть на экране, поэтому можно увидеть только один из них. Щелкните и перетащите окна, чтобы переместить их.

Следующий график показывает ток мотора.

Ток двигателя

Следующий график показывает скорость вращения мотора.

Частота вращения двигателя

Как ожидалось, двигатель работает со скоростью около 2000 об/мин, когда приложенное напряжение постоянного тока составляет 2,5 В.

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте