Motor & Drive (System Level)

Типовой двигатель и привод с управлением крутящим моментом с обратной связью

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Электромеханический / Моделирование Уровня системы

Описание

Блок Motor & Drive (System Level) представляет типовой двигатель и диск с управлением крутящим моментом с обратной связью. Используйте этот блок, чтобы смоделировать бесщеточный двигатель (такой как PMSM) и диск, или, в более общем плане, тяга и системы приведения в действие реализовали использование широкого спектра моторных типов.

Чтобы включить быструю симуляцию в уровне системы, этот блок абстрагирует двигатель, электронику диска и управление.

Блок разрешает только область значений крутящих моментов и скоростей, которые задает конверт скорости крутящего момента. В настройке блока по умолчанию вы задаете эти данные в диалоговом окне блока в виде набора точек данных скорости и соответствующих максимальных значений крутящего момента.

Этот рисунок показывает Декартово определение квадрантов:

Tabulated torque-speed envelope for brushless motor model

Следующий рисунок показывает типичный конверт скорости крутящего момента для управляемого крутящим моментом двигателя и диска.

Tabulated torque-speed envelope for brushless motor model

Задайте конверт скорости крутящего момента для положительной области крутящего момента только, то есть, квадранты 1 и 4. Если вы задаете только для положительных скоростей (квадрант 1 или, эквивалентно, автомобильная область), то квадрант 4 конверта крутящего момента задан блоком как зеркальное отображение квадранта 1. Конверт скорости крутящего момента двигателя имеет тот же профиль, когда двигатель действует в обратном направлении (квадранты 2 и 3).

Вместо того, чтобы обеспечить сведенные в таблицу данные скорости крутящего момента, можно задать максимальный крутящий момент и максимальную мощность. Это приводит к профилю конверта скорости крутящего момента, показанному ниже. Другие три операционных квадранта ограничиваются этим тем же профилем.

Torque-speed envelope for brushless motor model based on maximum torque and maximum power

Блок производит положительный крутящий момент, действующий из механического устройства C к портам R.

Неустойчивая операция сверхкрутящего момента

Чтобы сверхзакрутить двигатель в течение коротких промежутков времени, установите параметр Allow intermittent over-torque на Yes. В этом случае необходимо задать значения и для Continuous operation maximum torque envelope и для параметров Intermittent operation maximum torque envelope. Внутренне блок определяет, какой конверт крутящего момента применяться на основе крутящего момента требуют историю. Можно сверхзакрутить электропривод, если спрос на крутящий момент был меньше непрерывного конверта крутящего момента операции для больше, чем значение, заданное в параметре Recovery time. Сверхзакручивание отключено, если сверхзакручивание использовали дольше, чем значение, заданное в параметре Over-torque time limit.

Для большего количества специализированного управления сверхзакручиванием отключите сверхзакручивание в блоке Motor & Drive и внешне реализуйте ограничение крутящего момента в Simulink™ между спросом на крутящий момент и входным портом ссылки крутящего момента, Tr, блока Motor & Drive.

Моделирование электрических потерь

Блок позволяет и упрощенное и сведенное в таблицу определение электрических потерь. Значение по умолчанию, упрощенное, поведение должно смоделировать потери как сумму следующих четырех терминов:

  • Серийное сопротивление между предоставлением мощности постоянного тока и электроприводом.

  • Постоянные составляющие потерь, независимые от крутящего момента и скорости, P0. Используйте это с учетом фиксированных потерь конвертера.

  • Зависимая крутящим моментом электрическая потеря k τ2, где τ является крутящим моментом, и k является константой. Это представляет омические потери в медных обмотках.

  • Зависимая скоростью электрическая потеря kw ω2, где ω является скоростью, и kw является константой. Это представляет потери в железе из-за токов Фуко.

Это упрощение зависимости потерь от крутящего момента и скорости может быть достаточным для ранней дизайнерской работы, независимо от базового моторного типа и управлять топологией.

Если вы требуете большей точности, или позже в процессе проектирования, можно ввести сведенные в таблицу значения потерь в зависимости от частоты вращения двигателя и крутящего момента нагрузки. При использовании этой опции обеспечьте данные для всех операционных квадрантов, в которых запустится ваша симуляция. Если вы обеспечиваете частичные данные (например, только для квадранта 1 прямая автомобильная область), то другие квадранты приняты, чтобы повторить тот же шаблон потерь. Это обычно будет правильно для противоположной автомобильной области, но может быть приближением для тормозящих/генерирующих квадрантов. Блок не делает никакой экстраполяции значений потерь для скорости и закручивает величины, которые превышают область значений таблицы.

Наконец, можно задать электрические потери при помощи сведенных в таблицу данных о КПД вместо одного измерения КПД или сведенных в таблицу данных потерь. При использовании этой опции также обеспечьте данные для всех операционных квадрантов, в которых запустится ваша симуляция. Если вы обеспечиваете частичные данные (например, только для квадранта 1 прямая автомобильная область), то другие квадранты приняты, чтобы повторить тот же шаблон потерь.

Лучшая практика должна обеспечить сведенные в таблицу данные потерь в зависимости от скорости и крутящего момента, а не сведенные в таблицу данные о КПД, потому что:

  • КПД становится неточно указанным для нулевой скорости или нулевого крутящего момента.

  • Используя потери, можно также объяснить постоянные составляющие потерь, которые все еще присутствуют для нулевой скорости или крутящего момента.

Если вы используете сведенную в таблицу опцию КПД:

  • Блок преобразует значения КПД, которые вы вводите в потери, и использует сведенные в таблицу потери для симуляции.

  • Значения КПД вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент, проигнорированы, и потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем.

  • Блок использует линейную интерполяцию, чтобы определить потери. Введите таблицу данных для низких скоростей и низких крутящих моментов, как требуется, чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени.

  • Блок не делает никакой экстраполяции значений потерь для скорости и закручивает величины, которые превышают область значений таблицы.

Когда вы обеспечиваете сведенные в таблицу данные о потере или КПД, можно также задать его в зависимости от скорости, крутящего момента нагрузки и напряжения питания DC. Эта опция полезна, когда напряжение питания не отрегулировано и может варьироваться во время симуляции. Одним примером является ходовая часть электромобиля, которая не имеет регулятора DC-DC в восходящем направлении электропривода. Используйте блок Motor & Drive (System Level), чтобы смоделировать электропривод и ввести сведенные в таблицу значения потери или КПД в зависимости от частоты вращения двигателя, крутящего момента нагрузки и напряжения питания DC.

Блокируйте варианты

Блок обеспечивает два варианта моделирования, доступные путем щелчка правой кнопкой по блоку по блок-схеме и затем выбирания подходящей опции из контекстного меню, под Simscape> Block choices:

  • No thermal port — Базовая модель, которая не симулирует термальные эффекты. Это значение по умолчанию.

  • Show thermal port — Модель с осушенным тепловым портом.

Тепловые порты

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, выберите один из вариантов блока что термальные эффекты модели, как описано в Вариантах Блока. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port и Temperature Dependence. Эти параметры описаны далее на этой странице с описанием.

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

Симуляция отказов

Можно использовать входной порт физического сигнала F, чтобы симулировать отказ сервопривода, а также соединение и разъединение предоставления DC. Вы не можете симулировать разъединение предоставления DC путем простого открытия переключателя, потому что должно быть конечное напряжение на терминалах сервопривода, произведя ток, который балансирует электроэнергию и механическую энергию.

Если сигнал соединяется с портом F, то блок работает согласно установкам параметров с вкладкой Faults. Например, если Fault condition является Faulted if F >= Fault threshold, затем, когда сигнал в порте F повышается выше значения Fault threshold, сервопривод прекращает действовать, нулевой ток взят из стороны предоставления, и нулевой ток предоставляется стороне загрузки.

Переменные

Используйте настройки Variables, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.

Допущения и ограничения

  • Моторный драйвер отслеживает спрос на крутящий момент с постоянной времени Tc.

  • Колебания частоты вращения двигателя из-за механической загрузки не влияют на отслеживание крутящего момента двигателя.

  • Электрические соединения должны всегда соединяться с предоставлением, таким как источник напряжения постоянного тока или батарея, которая обеспечивает положительное напряжение и способна к поставке или поглощению необходимой степени. Чтобы симулировать включение и выключение источника предоставления, смотрите Отказы Симуляции.

Порты

Входной параметр

развернуть все

Физический входной порт сопоставлен со ссылочным спросом на крутящий момент.

Физический входной порт сопоставлен с симуляцией отказа сервопривода.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите Enable open circuit fault на On.

Вывод

развернуть все

Физический выходной порт сопоставлен с механической скоростью.

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с положительным электрическим предоставлением DC.

Электрический порт сохранения сопоставлен с отрицательным электрическим предоставлением DC.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным случаем.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с моторным ротором.

Параметры

развернуть все

Электрический крутящий момент

Выберите один из следующих методов для параметризации блока:

  • Tabulated torque-speed envelope — Обеспечьте векторы из скоростей вращения и соответствующих максимальных значений крутящего момента. Это - опция по умолчанию.

  • Maximum torque and power — Задайте конверт скорости крутящего момента путем введения значений для максимального допустимого крутящего момента и моторной степени.

Позволить ли неустойчивый сверхкрутящий момент. Для получения дополнительной информации о сверхзакручивании смотрите Неустойчивую Операцию Сверхкрутящего момента.

Максимальные значения крутящего момента для допустимой установившейся операции. Эти значения соответствуют скоростям в параметре Corresponding rotational speeds и задают конверт скорости крутящего момента для двигателя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterize by на Tabulated torque-speed envelope.

Максимальные значения крутящего момента во время неустойчивой сверхзакручивающей операции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterize by на Tabulated torque-speed envelope и Allow intermittent over-torque к Yes.

Скорости вращения для допустимой установившейся операции. Чтобы избежать низкой производительности из-за бесконечного наклона в кривой скорости крутящего момента, задайте вектор из скоростей вращения, который не содержит дублирующиеся последовательные значения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterize by на Tabulated torque-speed envelope.

Максимальный допустимый крутящий момент двигателя во время непрерывной операции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterize by на Maximum torque and power.

Максимальная допустимая моторная степень во время непрерывной операции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterize by на Maximum torque and power.

Максимальный допустимый крутящий момент двигателя во время неустойчивой сверхзакручивающей операции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterize by на Maximum torque and power и Allow intermittent over-torque к Yes.

Максимальная допустимая моторная степень во время неустойчивой сверхзакручивающей операции.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Parameterize by на Maximum torque and power и Allow intermittent over-torque к Yes.

Максимальное количество времени, для которого можно постоянно применять сверхзакручивание.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Allow intermittent over-torque на Yes.

Количество времени, для которого спрос на крутящий момент должен быть меньше непрерывного конверта крутящего момента операции, чтобы смочь применить сверхзакручивание снова.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Allow intermittent over-torque на Yes.

Постоянная времени, с которой моторный драйвер отслеживает спрос на крутящий момент.

Электрические потери

Выберите один из следующих методов для электрической параметризации потерь:

  • Single efficiency measurement — Смоделируйте потери как сумму четырех терминов, перечисленных в описании блока, в одной точке измерения.

  • Tabulated loss data as a function of speed and torque — Определите ущербы от двумерного поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, крутящих моментов нагрузки и соответствующих потерь.

  • Tabulated efficiency data as a function of speed and torque — Определите ущербы от двумерного поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, крутящих моментов нагрузки и соответствующих КПД.

  • Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage — Определите ущербы от 3D поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, крутящих моментов нагрузки, напряжений питания DC и соответствующих потерь.

  • Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage — Определите ущербы от 3D поиска по таблице на основе введенной таблицы данных для частот вращения двигателя, крутящих моментов нагрузки, напряжений питания DC и соответствующих КПД.

Смотрите Моделирующие Электрические Потери для деталей.

Блок задает полный КПД как

η=100τ0ω0τ0ω0+P0+kτ02+kwω02

где:

  • τ 0 представляет Torque at which efficiency is measured.

  • ω 0 представляет Speed at which efficiency is measured.

  • P 0 представляет Fixed losses independent of torque or speed.

  • kτ02 представляет зависимые крутящим моментом электрические потери.

  • kw ω2 представляет зависимые скоростью потери в железе.

При инициализации блок решает уравнение КПД для k. Блок пропускает потери, сопоставленные с затуханием ротора.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.

Скорость, что использование блока, чтобы вычислить зависимые крутящим моментом электрические потери.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.

Закрутите это использование блока, чтобы вычислить зависимые крутящим моментом электрические потери.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.

Потери в железе на скорости и крутящий момент, в котором задан КПД.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.

Фиксированная электрическая потеря сопоставила с драйвером, когда моторный ток и крутящий момент являются нулем.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Single efficiency measurement.

Вектор из значений скорости, чтобы использоваться для поиска по таблице при вычислении потерь.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed and torque, Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage, Tabulated efficiency data as a function of speed and torque, или Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.

Вектор из значений скорости, чтобы использоваться для поиска по таблице при вычислении потерь.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed and torque, Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage, Tabulated efficiency data as a function of speed and torque, или Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.

Вектор из напряжений питания DC, чтобы использоваться для поиска по таблице при вычислении потерь.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage или Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.

Сведенные в таблицу значения за электрические потери в зависимости от скорости и крутящего момента, чтобы использоваться для 2D поиска по таблице. Каждое значение в матрице задает потери для определенной комбинации скорости и крутящего момента. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными векторами крутящего момента и скоростью.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed and torque.

Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, в зависимости от скорости и крутящего момента, чтобы использоваться для 2D поиска по таблице. Каждое значение в матрице задает КПД для определенной комбинации скорости и крутящего момента. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными векторами крутящего момента и скоростью. Значения КПД вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент, проигнорированы, и потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем. Блок использует линейную интерполяцию, чтобы определить потери. Введите таблицу данных для низких скоростей и низких крутящих моментов, как требуется, чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated efficiency data as a function of speed and torque.

Сведенные в таблицу значения за электрические потери в зависимости от скорости, крутящего момента, и напряжения питания DC, чтобы использоваться для 3D поиска по таблице. Каждое значение в матрице задает потери для определенной комбинации скорости, крутящего момента и напряжения питания DC. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными этими тремя векторами.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.

Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, в зависимости от скорости, крутящего момента, и напряжения питания DC, чтобы использоваться для 3D поиска по таблице. Каждое значение в матрице задает КПД для определенной комбинации скорости, крутящего момента и напряжения питания DC. Матричный размер должен совпадать с размерностями, заданными этими тремя векторами. Значения КПД вы предусматриваете нулевую скорость или обнуляете крутящий момент, проигнорированы, и потери приняты нуль, когда или крутящий момент или скорость являются нулем. Блок использует линейную интерполяцию, чтобы определить потери. Введите таблицу данных для низких скоростей и низких крутящих моментов, как требуется, чтобы получить желаемый уровень точности для более низких условий степени.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.

Эквивалентное сопротивление использовало последовательно с предоставлением DC моделировать электрические потери, которые пропорциональны текущему предоставлению драйвера. Блок принимает, что DC предоставляет текущий, является приблизительно постоянным при постоянных условиях загрузки.

Отказы

Разрешить ли отказ разомкнутой цепи.

Выбирает, инициирован ли отказ сигналом, который является высоким или низким:

  • Faulted if F >= Fault threshold — блок Motor & Drive (System Level) отключен, если сигнал в порте F повышается выше порогового значения.

  • Faulted if F <= Fault threshold — блок Motor & Drive (System Level) отключен, если сигнал в порте F падает ниже порогового значения.

Зависимости

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

Пороговое значение раньше обнаруживало отказ.

Зависимости

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

Механическое устройство

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

Затухание ротора. Значение может быть нулем.

Скорость ротора в начале симуляции.

Температурная зависимость

Параметр α в сопротивлении определения уравнения в зависимости от температуры, как описано в Тепловой Модели для Блоков Привода. Этот параметр отображается, только если параметр Parameterize losses by на вкладке Electrical Losses устанавливается на Single efficiency measurement. Значение по умолчанию для меди.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Single efficiency measurement.

Температура, для которой заданы параметры двигателя. Если вы параметрируете электрические ущербы от сведенных в таблицу данных потерь, то это - температура, для которой Corresponding losses, P(w,T) даны на вкладке Electrical Losses.

Температура, для которой Corresponding losses, P(w,T), at second measurement temperature даны.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated loss data.

Потери в железе при второй температуре измерения, соответствуя скорости и крутящему моменту свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated loss data.

Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, при второй температуре измерения, соответствуя скорости и крутящему моменту свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated efficiency data as a function of speed and torque.

Потери в железе при второй температуре измерения, соответствуя скорости, крутящему моменту и напряжению питания DC свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated loss data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.

Сведенные в таблицу значения КПД, в проценте, при второй температуре измерения, соответствуя скорости, крутящему моменту и напряжению питания DC свели в таблицу значения на вкладке Electrical Losses.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Parameterize losses by на установке Electrical Losses к Tabulated efficiency data as a function of speed, torque, and DC supply voltage.

Тепловой порт

Количество тепла электрической обмотки, заданной как энергия, требуемая для повышения температуры на один градус.

Температура теплового порта в начале симуляции. Значением по умолчанию является 25°C.

Примеры модели

Motor Torque-Speed Curves

Кривые скорости крутящего момента двигателя

Сравнение характеристик скорости крутящего момента для пяти различных моторных типов. Чтобы выбрать моторный тип, щелкните правой кнопкой по блоку Electric Motor, выберите Variant-> использование Override и затем желаемый двигатель. Все двигатели были измерены примерно для той же оценки механической энергии.

Import Efficiency Map Data from Motor-CAD

Импортируйте данные о карте КПД от моторного CAD

Импортируйте данные о карте КПД от Моторного CAD, чтобы параметрировать блок Simscape™ Electrical™ Motor & Drive (System Level). Это предусматривает быструю возможность симуляции уровня системы электропривода при тихом создании точных предсказаний о потерях.

Mars Helicopter System-Level Design

Вертолетная разработка системы Марса

Используйте Simscape™ Electrical™, чтобы смоделировать вертолет с коаксиальными роторами, подходящими, чтобы полететь на Марсе. Этот вертолет берет вдохновение из Ingenuity, автоматизированный вертолет, разработанный НАСА, которое выполнило первый приводимый в действие рейс на другой планете.

Вопросы совместимости

развернуть все

Поведение изменяется в R2020b

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