Generic Linear Actuator

Универсальный линейный привод, работающий от источника постоянного напряжения или ШИМ-драйвера.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Electromechanical.MechatronicActuators.GenericLinear

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Electromechanical/Mechatronic Actuators/Generic Linear Actuator

Описание

Блок Generic Linear Actuator реализует модель универсального линейного привода, предназначенного для управления от источника постоянного напряжения или ШИМ-драйвера. Определите характеристики силы-скорости в виде табличных значений для питания двигателя при номинальном напряжении. Эта функциональность позволяет моделировать двигатель, не обращаясь к эквивалентной схеме.

Архитектура двигателя или привода определяет, как электрические потери зависят от силы. Например, в двигателе постоянного тока потери пропорциональны квадрату тока. Поскольку сила пропорциональна току, то потери также пропорциональны механической силе. В большинстве двигателей электрические потери пропорциональны квадрату механической силы. Блок Generic Linear Actuator вычисляет это значение потерь, используя предоставленные параметры Motor efficiency (percent) и Speed at which efficiency is measured.

Некоторые двигатели также имеют коэффициент потерь, который не зависит от силы. Примером может служить шунтирующий двигатель, в котором обмотка возбуждения потребляет постоянный ток независимо от нагрузки. Параметр Force-independent electrical losses учитывает этот эффект.

КПД двигателя — это механическая мощность, деленная на сумму механической мощности и обоих электрических потерь. Блок предполагает, что скорость, на которой определяется КПД двигателя, находится в двигательном квадранте и, следовательно, является положительной.

Можно использовать блок в обратном направлении, изменив знак подаваемого напряжения. Например, блок H-Bridge меняет направление вращения двигателя, если напряжение на порту REV больше, чем параметр Reverse threshold voltage. Однако, если использовать блок в обратном направлении, то указываются данные «сила-скорость» для работы в прямом направлении:

Положительные силы и положительные скорости в двигательном квадранте;
Положительная сила и отрицательные скорости в квадранте генерации против часовой стрелки;
Отрицательная сила и положительная скорость в генерирующем квадранте по часовой стрелке.

Тепловые эффекты модели

Можно открыть тепловой порт, чтобы смоделировать эффекты потерь при преобразовании энергии в тепло. Чтобы открыть тепловой порт, установите флажок для параметра Enable thermal port.

Допущения и ограничения

Данные кривой «сила-скорость» соответствуют только номинальному напряжению, поэтому блок выдает точные результаты только при плюс-минус номинальном напряжении.
Блок требует, чтобы ему предоставили данные о скорости силы для всего диапазона, в котором используется привод. Чтобы использовать привод в области генерации и торможения, предоставьте дополнительные данные за пределами обычной области движения.
Поведение модели чувствительно к данным о силе-скорости. Например, скорость холостого хода правильно определена и конечна только тогда, когда данные пересекают ось скорости.
Чтобы управлять блоком из блока H-Bridge:
- Не размещайте никаких других блоков между блоком H-Bridge и блоком Generic Linear Actuator.
- В диалоговом окне блока H-Bridge установите параметр Freewheeling mode в значение Via one semiconductor switch and one freewheeling diode. Выбор Via two freewheeling diodes не устанавливает выходное напряжение моста на ноль при низком уровне входного ШИМ-сигнала.
- В диалоговых окнах блоков H-Bridge, Generic Linear Actuator и Controlled PWM Voltage убедитесь, что значение Simulation mode одинаково для всех трех блоков.

Порты

Ненаправленные

# + — положительная клемма
электричество

Details

Ненаправленный порт, связанный с положительной клеммой привода.

Имя для программного использования

p

# – — отрицательная клемма
электричество

Details

Ненаправленный порт, связанный с отрицательной клеммой привода.

Имя для программного использования

n

# R — поршень
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с поршнем.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус
вращательная механика

Details

Механический ненаправленный порт, связанный с корпусом привода.

Имя для программного использования

case_flange

# H — тепловой порт
тепло

Details

Тепловой порт.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable thermal port.

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Основные

# Speed values — вектор значений скорости
m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

Details

Вектор значений скорости для построения интерполяционной таблицы соответствия значений силы и скорости.

Единицы измерения	`m/s` \| `mm/s` \| `cm/s` \| `km/s` \| `m/hr` \| `km/hr` \| `in/s` \| `ft/s` \| `mi/s` \| `ft/min` \| `mi/hr` \| `kn`
Значение по умолчанию	`[-15.0, -10.0, -5.0, 0.0, 5.0, 10.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0] m/s`
Имя для программного использования	`velocity_vector`
Вычисляемый	Да

# Force values — вектор значений силы
N | nN | uN | mN | kN | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

Вектор значений силы для построения интерполяционной таблицы соответствия значений силы и скорости.

Единицы измерения	`N` \| `nN` \| `uN` \| `mN` \| `kN` \| `MN` \| `GN` \| `dyn` \| `lbf` \| `kgf`
Значение по умолчанию	`[4.0, 3.5, 3.0, 2.5, 2.0, 1.5, 1.0, 0.5, 0.0, -0.5] N`
Имя для программного использования	`force_vector`
Вычисляемый	Да

# Rated voltage — номинальное напряжение
V | uV | mV | kV | MV

Details

Укажите напряжение, на которое рассчитано моделируемое устройство.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`12.0 V`
Имя для программного использования	`V_rated`
Вычисляемый	Да

# Motor efficiency (percent) — КПД двигателя

Details

КПД, который блок использует для расчета зависящих от силы электрических потерь.

Значение по умолчанию	`70.0`
Имя для программного использования	`efficiency`
Вычисляемый	Да

# Force-independent electrical losses — электрические потери, не зависящие от силы
W | uW | mW | kW | MW | GW | V*A | HP_DIN

Details

Фиксированные электрические потери, связанные с приводом, когда сила равна нулю.

Единицы измерения	`W` \| `uW` \| `mW` \| `kW` \| `MW` \| `GW` \| `V*A` \| `HP_DIN`
Значение по умолчанию	`2.0 W`
Имя для программного использования	`P_loss_base`
Вычисляемый	Да

# Simulation mode — режим симуляции
PWM | Averaged

Details

Если установите для параметра Simulation mode значение PWM, то подайте на электрические клеммы блока сигнал ШИМ, переключающийся между нулем и номинальным напряжением. Ток, потребляемый от электросети, равен величине, необходимой для передачи механической энергии и компенсации электрических потерь. Если приложенное напряжение превышает номинальное, то результирующая сила увеличивается пропорционально. Однако прикладывание напряжения, отличного от номинального, может дать нерепрезентативные результаты.

Если установите параметр Simulation mode в значение Averaged, то сила, возникающая в ответ на приложенное напряжение будет равна:

где — значение силы при скорости . Ток, потребляемый от источника питания, таков, что произведение силы тока и равно средней потребляемой мощности.

Значения	`PWM` \| `Averaged`
Значение по умолчанию	`PWM`
Имя для программного использования	`simulation_mode`
Вычисляемый	Нет

# Speed at which efficiency is measured — скорость, на которой измеряется КПД
m/s | mm/s | cm/s | km/s | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

Details

Скорость, которую блок использует для расчета зависящих от силы электрических потерь.

Единицы измерения	`m/s` \| `mm/s` \| `cm/s` \| `km/s` \| `m/hr` \| `km/hr` \| `in/s` \| `ft/s` \| `mi/s` \| `ft/min` \| `mi/hr` \| `kn`
Значение по умолчанию	`20.0 m/s`
Имя для программного использования	`velocity_reference_for_efficiency`
Вычисляемый	Да

Механические параметры

# Plunger mass — масса поршня
kg | mg | g | t | lbm | oz | slug

Details

Масса подвижной части мотора. Значение может быть нулевым.

Единицы измерения	`kg` \| `mg` \| `g` \| `t` \| `lbm` \| `oz` \| `slug`
Значение по умолчанию	`0.1 kg`
Имя для программного использования	`mass`
Вычисляемый	Да

# Linear damping — линейное демпфирование
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

Details

Линейное демпфирование. Значение может быть нулевым.

Единицы измерения	`Ns/m` \| `kgfs/m` \| `lbfs/ft` \| `lbfs/in`
Значение по умолчанию	`1e-5 N*s/m`
Имя для программного использования	`damping`
Вычисляемый	Да

Температурная зависимость

Details

Температурный коэффициент сопротивления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите флажок у параметра Enable thermal port.

Единицы измерения	`1/K` \| `1/degR` \| `1/deltaK` \| `1/deltadegC` \| `1/deltadegF` \| `1/deltadegR`
Значение по умолчанию	`0.00393 1/K`
Имя для программного использования	`alpha`
Вычисляемый	Да

Details

Температура, для которой определены параметры привода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите флажок у параметра Enable thermal port.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`25.0 degC`
Имя для программного использования	`T_measurement`
Вычисляемый	Да

Тепловой порт

# Enable thermal port — включение теплового порта

Details

Моделирование тепловых эффектов.

Чтобы включить моделирование тепловых эффектов, установите флажок параметра в положение включено.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`has_thermal_port`
Вычисляемый	Нет

# Thermal mass — тепловая масса
J/K | kJ/K

Details

Тепловая масса — это энергия, необходимая для повышения температуры на один градус.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите флажок у параметра Enable thermal port.

Единицы измерения	`J/K` \| `kJ/K`
Значение по умолчанию	`100.0 J/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass`
Вычисляемый	Да