DC Motor

Модель двигателя постоянного тока с электрическим и характеристиками крутящего момента и моделированием отказа

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Электромеханический / Нарисованные кистью Двигатели

  • DC Motor block

Описание

Блок DC Motor представляет электрические характеристики и характеристики крутящего момента двигателя постоянного тока с помощью следующей модели эквивалентной схемы:

DC motor model

Вы задаете параметры эквивалентной схемы для этой модели, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By equivalent circuit parameters. Резистор R соответствует сопротивлению, которое вы задаете в параметре Armature resistance. Индуктор L соответствует индуктивности, которую вы задаете в параметре Armature inductance.

Можно задать, как сгенерировать магнитное поле двигателя постоянного тока путем установки параметра Field type на желаемую опцию. Постоянные магниты в двигателе вызывают следующий коэффициент противо-ЭДС vb в арматуре:

vb=kvω

где kv является Back-emf constant, и ω является скоростью вращения. Двигатель производит следующий крутящий момент, который пропорционален моторному текущему i:

TE=kti

где kt является Torque constant. Блок DC Motor принимает, что нет никаких электромагнитных потерь. Это означает, что механическая энергия равна электроэнергии, рассеянной коэффициентом противо-ЭДС в арматуре. Приравнивание этих двух терминов дает:

TEω=vbiktiω=kvωikv=kt

В результате вы задаете или kv или kt в параметрах блоков.

Если магнитное поле сгенерировано от токов, текущие через обмотки, Back-emf constant зависит от поля текущий If:

kv=LafIf

где Laf является Field-armature mutual inductance.

Характеристика скорости крутящего момента для блока DC Motor связана с параметрами на предыдущем рисунке. Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed или By rated power, rated speed & no-load speed, блок решает для параметров эквивалентной схемы можно следующим образом:

  1. Для установившегося отношения скорости крутящего момента L не оказывает влияния.

  2. Суммируйте напряжения вокруг цикла и перестроения для i:

    i=V−vbR=V−kvωR

  3. Замените этим значением i в уравнение для крутящего момента:

    TE=ktR(V−kvω)

    Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed, блок использует предыдущее уравнение, чтобы определить значения для R и kt (и эквивалентно kv).

    Когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By rated power, rated speed & no-load speed, блок использует расчетную скорость и степень вычислить расчетный крутящий момент. Блок использует расчетный крутящий момент и значения скорости без загрузок в предыдущем уравнении, чтобы определить значения для R и kt.

Инерция двигателя моделей блока J и затухание λ для всех значений параметра Model parameterization. Получившийся крутящий момент через блок:

T=ktR(V−kvω)−Jω˙−λω

Не всегда возможно измерить затухание ротора, и затухание ротора не всегда обеспечивается в таблице данных производителя. Альтернатива должна использовать ток без загрузок, чтобы вывести значение для затухания ротора.

Для без загрузок электрически сгенерированный механический крутящий момент должен равняться крутящему моменту затухания ротора:

ktinoload=λωnoload

где i noload является током без загрузок. Если вы выбираете By no-load current для параметра Rotor damping parameterization затем это уравнение используется в дополнение к уравнению скорости крутящего момента, чтобы определить значения для λ и других коэффициентов уравнения.

Значение для затухания ротора, ли заданный непосредственно или в терминах тока без загрузок, учтено при определении параметров эквивалентной схемы для опций Model parameterization By stall torque and no-load speed и By rated power, rated speed and no-load speed.

Когда положительные электрические токи от электрического + до портов -, положительный крутящий момент действует от механического C до портов R.

Отказы

Блок DC Motor позволяет вам моделировать два типа отказов:

  • Отказ обмотки арматуры — обмотка арматуры перестала работать и идет разомкнутая цепь.

  • Отказ обмотки возбуждения — обмотка возбуждения, которая создает сбои магнитного поля и идет разомкнутая цепь.

Блок может инициировать события отказа:

  • В определенное время (временный отказ).

  • Когда текущий предел превышен для дольше, чем определенный временной интервал (поведенческий отказ).

Можно включить или отключить эти триггерные механизмы отдельно.

Можно выбрать, выпустить ли утверждение, когда отказ происходит, при помощи параметра Reporting when a fault occurs. Утверждение может принять форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выпускает утверждение.

Этот рисунок показывает типовое представление двигателя постоянного тока, с кистями, арматурами, коммутаторами и их обмотками:

Если вы устанавливаете параметр Enable armature winding open-circuit fault на On, сбои арматуры, в то время, когда задано параметром Simulation time for armature winding fault event для временного отказа, или когда извилистые токи превышает значение параметра Maximum permissible armature winding current для поведенческого отказа. Когда арматура перестала работать, источник напряжения, соединенный с этим блоком, наблюдает разомкнутую цепь для части общего моторного оборота, заданного параметром Fraction of revolution during which armature is open-circuit, rev_faulted. Этот рисунок иллюстрирует поведение состояния схемы для определенного rev_faulted в целый период оборота:

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port и Temperature Dependence.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты медных потерь сопротивления, которые преобразовывают электроэнергию в теплоту. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на Temperature Dependence и параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставил с двигателем постоянного тока положительный терминал.

Электрический порт сохранения сопоставил с двигателем постоянного тока отрицательный терминал.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем двигателя постоянного тока.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором двигателя постоянного тока.

Электрический порт сохранения сопоставлен с положительной обмоткой возбуждения.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Field type на Wound.

Электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательной обмоткой возбуждения.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Field type на Wound.

Тепловой порт. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Параметры

развернуть все

Электрический крутящий момент

Выберите один из следующих методов для типа поля:

  • Permanent Magnet — Сгенерируйте магнитное поле двигателя постоянного тока с помощью постоянного магнита.

  • Wound — Сгенерируйте магнитное поле двигателя постоянного тока с помощью токов, текущие через обмотки.

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

  • By equivalent circuit parameters — Обеспечьте электрические параметры для модели эквивалентной схемы двигателя.

  • By stall torque & no-load speed — Обеспечьте крутящий момент и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.

  • By rated power, rated speed & no-load speed — Обеспечьте степень и параметры скорости, которые блок преобразует в модель эквивалентной схемы двигателя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Field type на Permanent magnet.

Сопротивление магнитного поля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Field type на Wound.

Индуктивность магнитного поля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Field type на Wound.

Взаимная индуктивность между магнитным полем и фрагментом проведения двигателя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Field type на Wound.

Начальное текущее поле.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Field type на Wound.

Сопротивление фрагмента проведения двигателя.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By equivalent circuit parameters.

Индуктивность фрагмента проведения двигателя. Если у вас нет информации об этой индуктивности, установите значение этого параметра к маленькому, ненулевому номеру.

Укажите, зададите ли вы коэффициент противо-ЭДС, постоянную двигателя или постоянный крутящий момент. Когда вы задаете их в единицах СИ, эти константы имеют то же значение, таким образом, вы только задаете один или другой в диалоговом окне блока.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By equivalent circuit parameters.

Отношение напряжения, сгенерированного двигателем к скорости, на которой вращается двигатель.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Define back-emf or torque constant на Specify back-emf constant.

Отношение крутящего момента, сгенерированного двигателем к току, поставленному ему.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Define back-emf or torque constant на Specify torque constant.

Сумма крутящего момента, сгенерированного двигателем, когда скорость является приблизительно нулем.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed.

Скорость двигателя, если не управляющего загрузкой.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed или By rated power, rated speed & no-load speed.

Частота вращения двигателя на расчетном уровне механической энергии.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By rated power, rated speed & no-load speed.

Механическая энергия двигатель спроектирована, чтобы поставить на расчетной скорости.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By rated power, rated speed & no-load speed.

Напряжение, при котором двигатель оценивается, чтобы действовать.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Model parameterization на By stall torque & no-load speed или By rated power, rated speed & no-load speed.

Выберите один из следующих методов, чтобы задать затухание ротора:

  • By damping value — Задайте значение для ротора, ослабляющего непосредственно, при помощи параметра Rotor damping в параметрах Mechanical.

  • By no-load current — Блок вычисляет затухание ротора на основе значений, которые вы задаете для параметров DC supply voltage when measuring no-load current и No-load current. Если вы выбираете эту опцию, параметр Rotor damping не доступен для параметров Mechanical.

Задайте текущее значение без загрузок, чтобы использоваться для вычисления затухания ротора. Этот параметр только отображается, когда вы выбираете By no-load current для параметра Rotor damping parameterization.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Rotor damping parameterization на By no-load current.

Задайте напряжение питания DC, соответствующее текущему значению без загрузок, чтобы использоваться для вычисления затухания ротора.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Rotor damping parameterization на By no-load current.

Механическое устройство

Сопротивление ротора, чтобы измениться в моторном движении. Значение может быть нулем.

Энергия рассеивается ротором. Значение может быть нулем.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Rotor damping parameterization в установке Electrical Torque к By damping value.

Скорость ротора в начале симуляции.

Температурная зависимость

Эта вкладка появляется только для блоков с осушенным тепловым портом. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Коэффициент температуры сопротивления.

Температура, для которой заданы параметры двигателя.

Тепловой порт

Эта вкладка появляется только для блоков с осушенным тепловым портом. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Количество тепла является энергией, требуемой для повышения температуры на один градус.

Температура теплового порта в начале симуляции.

Отказы

Выберите On включить моделирование отказов и отсоединить связанные параметры в разделе Faults, который позволяет вам выбрать метод создания отчетов и задать время, в которое арматура, проветривающая отказ, инициировала.

Часть оборота двигателя постоянного тока, во время которого обмотка арматуры дана сбой и источник напряжения, наблюдает разомкнутую цепь. Для получения дополнительной информации смотрите раздел Faults.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable armature winding open-circuit fault на On.

Проводимость разомкнутой цепи, когда обмотка арматуры дана сбой.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable armature winding open-circuit fault на On.

Является ли триггер для отказа обмотки арматуры временным или поведенческим.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable armature winding open-circuit fault на On.

Время, в которое обмотка арматуры становится неработающей.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable armature winding open-circuit fault на On и Armature winding fault trigger к Temporal.

Верхний текущий загрузкой порог для отказов обмотки арматуры разомкнутой цепи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable armature winding open-circuit fault на On и Armature winding fault trigger к Behavioral.

Количество времени, что текущая обмотка должна постоянно превышать максимальную допустимую арматуру, вьющуюся текущий перед поведенческим отказом, инициировано.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable armature winding open-circuit fault на On и Armature winding fault trigger к Behavioral.

Выберите On включить моделирование отказов обмотки возбуждения и отсоединить связанные параметры в разделе Faults, который позволяет вам выбрать метод создания отчетов и задать время, в которое отказ обмотки возбуждения инициировал.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Field type на Wound.

Проводимость разомкнутой цепи, когда обмотка возбуждения дана сбой.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable field winding open-circuit fault на On.

Является ли триггер для отказа обмотки возбуждения временным или поведенческим.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable field winding open-circuit fault на On.

Время, в которое обмотка возбуждения становится неработающей.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable field winding open-circuit fault на On и Field winding fault trigger к Temporal.

Верхний текущий загрузкой порог для отказов обмотки возбуждения разомкнутой цепи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable field winding open-circuit fault на On и Field winding fault trigger к Behavioral.

Количество времени, что текущая обмотка должна постоянно превышать максимальную допустимую обмотку возбуждения, текущую перед поведенческим отказом, инициировано.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable field winding open-circuit fault на On и Field winding fault trigger к Behavioral.

Симуляция, сообщающая, когда отказ происходит:

  • None — Не генерирует предупреждение или ошибку.

  • Warn — Генерирует предупреждение.

  • Error — Симуляция останавливает и генерирует ошибку.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Enable armature winding open-circuit fault или Enable field winding open-circuit fault к On.

Примеры модели

Brushless DC Motor

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Как системная модель бесщеточного двигателя постоянного тока (i.e. сервопривод), может быть создан и параметрирован на основе информации о таблице данных. Двигатель и драйвер моделируются как одна подсистема маскированная. При просмотре модели в Simulink® выберите Motor и блок драйверов, и введите Ctrl+U, чтобы посмотреть под маской и видеть структуру модели.

Linear Electric Actuator (Motor Model)

Линейный электропривод (модель электродвигателя)

Как разработать модель неконтролируемого линейного привода с помощью значений параметров таблицы данных. Привод состоит из двигателя постоянного тока, управляющего 6.25:1 червячная передача, которая в свою очередь управляет 3-миллиметровым ведущим винтом, чтобы произвести линейное движение. Данные производителя для привода задают линейную скорость без загрузок (26mm/s), оцененная загрузка (1000 Н), расчетная загрузка линейная скорость (19mm/s) и максимальный ток (5 А). Максимальная статическая сила составляет 4000 Н, и номинальное напряжение является 24-вольтовым DC.

Linear Electric Actuator with Control

Линейный электропривод с управлением

Подробная модель реализации управляемого линейного привода. Привод состоит из двигателя постоянного тока, управляющего червячной передачей, которая в свою очередь управляет ведущим винтом, чтобы произвести линейное движение. Модель включает эффекты квантования датчика эффекта Холла и реализацию управления в аналоговой электронике. Существует несколько различных подсистем в этой модели, которые имеют модели на различных уровнях точности.

PWM-Controlled DC Motor

PWM-управляемый двигатель постоянного тока

Как использовать Управляемое Напряжение PWM и H-мостовой-брусья, чтобы управлять двигателем. Блок двигателя постоянного тока использует параметры таблицы данных производителя, которые задают двигатель как поставку механической энергии на 10 Вт в 2 500 об/мин и скорости без загрузок как 4 000 об/мин, когда запущено от 12-вольтового предоставления DC. Следовательно, если ссылочное напряжение PWM установлено в свое максимальное значение +5V, то двигатель должен достигнуть 4 000 об/мин. Если это установлено в +2.5V, то это должно запуститься на уровне приблизительно 2 000 об/мин. Параметр Имитационной модели устанавливается на Усредненный и для Управляемого Напряжения PWM и для H-мостовой-брусьев, приводящих к быстрой симуляции. Чтобы подтвердить усредненное поведение, измените параметр режима Simulation в PWM в обоих блоках.

Ссылки

[1] Болтон, W. Механотроника: Системы Электронного управления в Машиностроении и Электротехнике, 3-м выпуске Образование Пирсона, 2004..

Расширенные возможности

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

Смотрите также

| | |

Введенный в R2008a

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте