Exponenta Banner

FEM-Parameterized Linear Actuator

Линейный привод задан в терминах магнитного потока

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Электромеханический / Мехатронные Приводы

  • FEM-Parameterized Linear Actuator block

Описание

Блок FEM-Parameterized Linear Actuator реализует модель линейного привода, заданного в терминах магнитного потока. Используйте этот блок, чтобы смоделировать пользовательские соленоиды и линейные двигатели, где магнитный поток зависит от обоих расстояний asond текущий. Вы параметрируете блок с помощью данных из стороннего магнитного пакета метода конечных элементов (FEM).

Примечание

Чтобы использовать этот блок, чтобы представлять соленоид воздушным зазором x между случаем C и ныряльщиком R, затем сведенная в таблицу сила должна быть отрицательной, чтобы представлять силу получения по запросу, приносящую R к C.

Блок имеет две опции для электрического уравнения. Первое, Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di, задает ток в терминах частных производных магнитного потока (Φ) относительно расстояния (x) и текущий (i), уравнения, для которых:

didt=(v−iR−∂Φ∂xdxdt)/∂Φ∂i

Вторая опция, Define in terms of Phi(i,x), задает напряжение через компонент непосредственно в терминах потока, уравнения, для которого:

v=iR+ddtΦ(x,i)

Численно, определение электрического уравнения в терминах частных производных потока лучше, потому что коэффициент противо-ЭДС является кусочно-непрерывным. Если использование потока непосредственно, использование более прекрасного размера сетки для текущего и положения улучшат результаты, как будет, выбирая кубический или интерполяция сплайна.

В обоих случаях вы имеете опцию или к непосредственно задаете силу в зависимости от тока и положения, при помощи параметра Force matrix, F(i,x), или имеете блок, автоматически вычисляют матрицу силы.

При вводе электромагнитных данных о силе непосредственно, можно или использовать данные, снабженные конечным элементом магнитный пакет (который вы раньше определяли поток), или вычислите силу от потока следующим уравнением:

F=∫0i∂Φ(x,i)∂xdi

Для примера, который показывает, как реализовать этот тип интегрирования в MATLAB®, смотрите Соленоид, Параметрированный с Данными FEM. Связанный файл ee_solenoid_fem_params.m содержит код, который вычисляет и отображает данные о потоке на графике.

В качестве альтернативы блок может автоматически вычислить матрицу силы от информации о потоке, которую вы предоставляете. Чтобы выбрать эту опцию, установите параметр Calculate force matrix? на Yes. Матричное вычисление силы происходит при инициализации модели на основе текущей информации о потокосцеплении блока. Сила вычисляется путем числовой интеграции скорости изменения потокосцепления относительно положения по току, согласно предыдущему уравнению. Если параметр Electrical model устанавливается на Define in terms of Phi(i,x), затем блок должен сначала оценить значение параметров Flux partial derivative wrt displacement, dPhi(i,x)/dx из данных о потокосцеплении. При выполнении этого блок использует метод интерполяции, заданный параметром Interpolation method. Как правило, Smooth опция является самой точной, но Linear опция является самой устойчивой.

Можно задать Φ и его частные производные для только положительных, или положительных и отрицательных токов. При определении для только положительных токов затем блок принимает что Φ (–i, x), = –Φ (i, x). Поэтому, если текущий вектор положителен только:

  • Первое текущее значение должно быть нулем.

  • Поток, соответствующий, чтобы обнулить текущий, должен быть нулем.

  • Частная производная потока относительно смещения должна быть нулем для нулевого тока.

Чтобы смоделировать линейный двигатель с повторным шаблоном потока, установите параметр Flux dependence on displacement на Cyclic. При выбирании этой опции сила и поток (или сила и частные производные потока в зависимости от выбранной опции) должны иметь идентичные первые и последние столбцы.

Примечание

Приводимое в движение направление движения этого блока может быть подкачано путем зеркального отражения блока и свопинга R и связей C.

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.

Допущения и ограничения

  • Необходимо предоставить непротиворечивое множество данных о потоке и силы. Нет никакой проверки, которая гарантирует, что матрица силы сопоставима с данными о потоке.

  • При управлении блоком FEM-Parameterized Linear Actuator через серийный индуктор вы, возможно, должны включать параллельную проводимость в компонент индуктора.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставил с приводом положительный терминал.

Электрический порт сохранения сопоставил с приводом отрицательный терминал.

Порт механической передачи сопоставлен со случаем привода.

Порт механической передачи сопоставлен с ныряльщиком.

Тепловой порт. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Параметры

развернуть все

Магнитная сила

Выберите одну из следующих опций параметризации, на основе базовой электрической модели:

  • Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di — Задайте ток через блок в терминах частных производных магнитного потока относительно расстояния и текущий.

  • Define in terms of Phi(i,x) — Задайте напряжение через распределительные коробки непосредственно в терминах потока.

Задайте вектор из монотонно увеличения текущих значений, соответствующих вашим данным потока силы. Если вы задаете положительные токи только, первым элементом должен быть нуль.

Задайте вектор из монотонно увеличения значений смещения, соответствующих вашим данным потока силы.

Задайте матрицу частных производных потока относительно тока. Значение по умолчанию, в Wb/A:

[ 0.104 0.098 0.091 0.085 0.078; 
0.095 0.089 0.084 0.079 0.073; 
0.085 0.081 0.077 0.073 0.069; 
0.076 0.073 0.07 0.067 0.064; 
0.067 0.065 0.063 0.061 0.06; 
0.057 0.057 0.056 0.056 0.055; 
0.048 0.049 0.049 0.05 0.05; 
0.038 0.04 0.042 0.044 0.046; 
0.029 0.032 0.035 0.038 0.041; 
0.02 0.024 0.028 0.033 0.037; 
0.01 0.016 0.021 0.027 0.032 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model на Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di.

Задайте матрицу частных производных потока относительно смещения. Значение по умолчанию, в Wb/m:

[ 0 0 0 0 0; 
-11.94 -10.57 -9.19 -7.81 -6.43; 
-21.17 -19.92 -18.67 -17.42 -16.16; 
-27.99 -26.87 -25.75 -24.62 -23.5; 
-32.42 -31.43 -30.43 -29.43 -28.44; 
-34.46 -33.59 -32.72 -31.85 -30.98; 
-34.09 -33.35 -32.61 -31.87 -31.12; 
-31.33 -30.72 -30.1 -29.49 -28.87; 
-26.17 -25.68 -25.2 -24.71 -24.22; 
-18.62 -18.26 -17.9 -17.54 -17.18; 
-8.66 -8.43 -8.2 -7.97 -7.73 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model на Define in terms of dPhi(i,x)/dx and dPhi(i,x)/di.

Задайте матрицу общего потокосцепления, то есть, времена потока количество поворотов. Значение по умолчанию (в Вб): 

[ 0 0 0 0 0; 
0.0085 0.0079 0.0075 0.0071 0.0067; 
0.0171 0.016 0.0151 0.0143 0.0137; 
0.0254 0.0239 0.0226 0.0215 0.0206; 
0.033 0.0312 0.0297 0.0283 0.0271; 
0.0396 0.0377 0.036 0.0345 0.0331; 
0.0452 0.0433 0.0415 0.0399 0.0384; 
0.0495 0.0478 0.0461 0.0446 0.0431; 
0.0526 0.0512 0.0498 0.0485 0.0472; 
0.0545 0.0537 0.0528 0.0519 0.0508; 
0.0554 0.0553 0.0551 0.0548 0.0542 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model на Define in terms of Phi(i,x).

Задайте способ обеспечить электромагнитные данные о силе:

  • No — Введите электромагнитные данные о силе непосредственно, при помощи параметра Force matrix, F(i,x). Это - опция по умолчанию.

  • Да — блок вычисляет силу от информации о потокосцеплении, в зависимости от тока и смещения.

Укажите, что матрица электромагнитной силы применилась к ныряльщику или подвижной части. Значение по умолчанию, в N: 

[ 0 0 0 0 0; 
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.3; 
-2.3 -2 -1.7 -1.4 -1.2; 
-4.9 -4.3 -3.7 -3.2 -2.7; 
-8.3 -7.3 -6.4 -5.5 -4.7; 
-12.2 -10.7 -9.4 -8.2 -7.2; 
-16.2 -14.4 -12.7 -11.3 -10; 
-20 -17.9 -15.9 -14.3 -12.9; 
-23.3 -20.9 -18.8 -17.1 -15.7; 
-25.7 -23.1 -21.1 -19.4 -18.2; 
-26.5 -24.1 -22.2 -20.9 -20.1 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Calculate force matrix? на No.

Задайте шаблон потока:

  • Unique — Никакой существующий шаблон потока.

  • Cyclic — Выберите эту опцию, чтобы смоделировать линейный двигатель с повторным шаблоном потока. Сила и поток (или сила и частные производные потока, в зависимости от выбранной опции Electrical model) должны иметь идентичные первые и последние столбцы.

Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации итогового значения, когда исходное значение находится между двумя последовательными узлами решетки:

  • Linear — Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую эффективность.

  • Smooth — Выберите эту опцию, чтобы создать непрерывную поверхность с непрерывными производными первого порядка.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (2D).

Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение найдется вне диапазона, указанного в списке аргументов:

  • Linear — Выберите эту опцию, чтобы создать поверхность с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и за пределами с областью интерполяции.

  • Nearest — Выберите эту опцию, чтобы произвести экстраполяцию, которая не выше самой высокой или ниже самой низкой точки в области данных.

  • Error — Выдает ошибку, если входной сигнал находится вне области значений таблицы. Выберите эту опцию, чтобы не входить в режим экстраполяции, когда это необходимо, ваши данные, чтобы быть в табличной области значений.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (2D).

Полное сопротивление электрической обмотки.

Механическое устройство

Линейное затухание. Значение может быть нулем.

Масса подвижной части, которая соответствует механическому поступательному порту R. Значение может быть нулем.

Диапазон, в котором применяется более низкая механическая остановка конца. Значением может быть -Inf.

Диапазон, в котором применяется верхняя механическая остановка конца. Значением может быть Inf.

Упругость контакта между ныряльщиком и остановками конца.

Свяжитесь с затуханием между остановками конца и ныряльщиком.

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 привода.

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.

Примеры модели

Solenoid Parameterized with FEM Data

Соленоид, параметрированный с данными FEM

Ограниченный соленоид перемещения с пружиной возврата. Когда не приводится в действие, пружина содержит ныряльщика на расстоянии 0.1 мм от полностью энергичного положения. В 0,1 секунды включается соленоид, и смещение переходит к нулю. В 0,06 с прикладывается сила выше, чем сила содержания, и ныряльщик перемещается в ее максимальное перемещение 0.2 мм. Соленоидная сила и характеристики коэффициента противо-ЭДС заданы блоком FEM-Parameterized Linear Actuator. Этот блок берет данные в формате, обычно обеспеченном инструментом моделирования магнитного поля конечного элемента. Существует две опции параметризации, та, которая работает непосредственно с данными о потоке и тем, который использует частные производные потока относительно тока и смещения. Последняя опция обычно является лучшим выбором, это дающий более точные результаты для данной плотности точек данных положения и текущих. Однако требуется больше предварительной обработки данных.

Расширенные возможности

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

Смотрите также

|

Введен в R2010a

Документация Simscape Electrical

Поддержка