Модель двигателя постоянного тока

В этом примере вы моделируете двигатель постоянного тока, управляемый постоянным входным сигналом, который аппроксимирует длительность импульса модулируемый сигнал, и посмотрите на текущее и вращательное движение при моторном выходе.

Чтобы видеть завершенную модель, откройте PWM-управляемый пример двигателя постоянного тока.

Выберите Blocks to Represent System Components

Выберите блоки, чтобы представлять входной сигнал, двигатель постоянного тока и моторные выходные отображения.

Следующая таблица описывает роль блоков, которые представляют компоненты системы.

Блок

Описание

Solver Configuration

Задает настройки решателя, которые применяются ко всем физическим блокам моделирования

PS-Simulink Converter

Преобразует входной физический сигнал в Simulink® сигнал

Controlled PWM Voltage

Генерирует сигнал, который аппроксимирует длительность импульса модулируемый моторный входной сигнал

H-Bridge

Управляет двигателем постоянного тока

DC Motor

Преобразует входную электроэнергию в механическое движение

Current Sensor

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

DC Voltage Source

Генерирует напряжение постоянного тока

Electrical Reference

Обеспечивает электрическую землю

Mechanical Rotational Reference

Обеспечивает механическую землю

Ideal Rotational Motion Sensor

Преобразует вращательное движение двигателя в измеримый физический сигнал, пропорциональный движению

Scope

Двигатель отображений текущее и вращательное движение

Создайте модель

  1. Создайте новую модель.

  2. Добавьте в модель блоки, перечисленные в следующей таблице. Столбец Библиотеки 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 доменным типом electrical чтобы создать модель Simscape, которая содержит эти блоки:

    • Simulink-PS Converter

    • PS-Simulink Converter

    • Scope

    • Solver Configuration

    • Electrical Reference

  3. Переименуйте и соедините блоки как показано в схеме.

Теперь вы готовы задать параметры блоков.

Задайте параметры модели

Задайте следующие параметры, чтобы представлять поведение компонентов системы:

Параметры Setup модели

Следующие блоки указывают информацию модели, которая не характерна для конкретного блока:

  • Настройка решателя

  • Электрическая ссылка

  • Ссылка вращательного механического устройства

Как с моделями Simscape, необходимо включать блок Solver Configuration в каждую топологически отличную физическую сеть. Этот пример имеет одну физическую сеть, так используйте один блок Solver Configuration со значениями параметров по умолчанию.

Необходимо включать блок Electrical Reference в каждую сеть Simscape Electrical™. Необходимо включать блок Mechanical Rotational Reference в каждую сеть, которая включает электромеханические блоки. Эти блоки не имеют никаких параметров.

Для получения дополнительной информации об использовании ссылочных блоков см. Основывающиеся Правила.

Моторные параметры входного сигнала

Вы генерируете моторный входной сигнал с помощью этих блоков:

  • Исходный блок напряжения постоянного тока (PWM reference voltage) генерирует постоянный сигнал.

  • Блок Controlled PWM Voltage генерирует длительность импульса модулируемый сигнал.

  • H-мостовой-брус управляет двигателем.

В этом примере все входные порты H-мостовой-бруса кроме порта PWM соединяются с землей. В результате H-мостовой-брус ведет себя можно следующим образом:

  • Когда двигатель работает, H-мостовой-брус соединяет моторные терминалы с источником питания.

  • Когда двигатель выключен, действия H-мостовой-бруса как вольный диод, чтобы обеспечить моторный ток.

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

  1. Установите параметры Исходного блока напряжения постоянного тока можно следующим образом:

    • Constant voltage к 2.5

  2. Установите Управляемые параметры блоков Напряжения PWM можно следующим образом:

    • PWM frequency к 4000

    • Simulation mode к Averaged

      Это значение говорит блоку генерировать выходной сигнал, значение которого является средним значением сигнала PWM. Симуляция двигателя с усредненным сигналом оценивает моторное поведение в присутствии сигнала PWM. Чтобы подтвердить это приближение, используйте значение PWM для этого параметра.

  3. Установите параметры H-мостовой-бруса можно следующим образом:

    • Simulation mode к Averaged

      Это значение говорит блоку генерировать выходной сигнал, значение которого является средним значением сигнала PWM. Симуляция двигателя с усредненным сигналом оценивает моторное поведение в присутствии сигнала PWM. Чтобы подтвердить это приближение, используйте значение PWM для этого параметра.

Примечание

Режим симуляции и для Управляемого Напряжения PWM и для H-мостовой-брусьев должен быть тем же самым.

Параметры двигателя

Сконфигурируйте блок, это моделирует двигатель.

Установите параметры блоков двигателя постоянного тока можно следующим образом, оставив модульные настройки в их значениях по умолчанию где применимыми:

  • Вкладка Electrical Torque:

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

    • Armature inductance к 0.01

    • No-load speed к 4000

    • Rated speed (at rated load) к 2500

    • Rated load (mechanical power) к 10

    • Rated DC supply voltage к 12

  • Вкладка Mechanical:

    • Rotor inertia к 2000

    • Rotor damping к 1e-06

Текущие параметры отображения

Задайте параметры блоков, которые создают моторное текущее отображение:

  • Блок Current Sensor

  • Блок PS-Simulink Converter1

  • Осциллограф Current

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

Закрутите параметры отображения

Задайте параметры блоков, которые создают отображение крутящего момента двигателя:

  • Блок Ideal Rotational Motion Sensor

  • Блок PS-Simulink Converter

  • Осциллограф RPM

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

Примечание

Необходимо ввести это значение параметров. Это не доступно в выпадающем списке.

Сконфигурируйте параметры решателя

Сконфигурируйте параметры решателя, чтобы использовать решатель непрерывного времени потому что модели Simscape Electrical, только запущенные с решателем непрерывного времени. Увеличьте максимальный размер шага, решатель может взять так запуски симуляции быстрее.

  1. В окне модели выберите Modeling> Model Settings, чтобы открыть диалоговое окно Configuration Parameters.

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

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

  4. Нажмите OK.

Для получения дополнительной информации о конфигурировании параметров решателя, смотрите Симуляцию Электронной, Мехатронной Системы, или Электроэнергии.

Запустите симуляцию и анализируйте результаты

В этой части примера вы запускаете симуляцию и строите результаты.

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

Чтобы просмотреть моторный ток и крутящий момент в окнах Scope, дважды кликните блоки Scope. Можно сделать это прежде или после того, как вы запустите симуляцию.

Примечание

По умолчанию отображения осциллографа кажутся сложенными друг на друге на экране, таким образом, можно только видеть одного из них. Перетащите окна, чтобы изменить местоположение их.

Следующий график показывает моторный ток.

Моторный ток

Следующий график показывает моторного об/мин.

Моторный об/мин

Как ожидалось двигатель запускается на уровне приблизительно 2 000 об/мин, когда прикладное напряжение постоянного тока составляет 2,5 В.

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте