Универсальный линейный привод

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 Универсальный линейный привод 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 Универсальный линейный привод вычисляет это значение потерь, используя предоставленные параметры КПД (%) и Скорость, на которой измеряется КПД.

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 Электрические потери, не зависящие от силы 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 Н-мостовой драйвер двигателя 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 Н-мостовой драйвер двигателя:
- Не размещайте никаких других блоков между блоком Н-мостовой драйвер двигателя и блоком Универсальный линейный привод.
- В диалоговом окне блока Н-мостовой драйвер двигателя 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 Н-мостовой драйвер двигателя, Универсальный линейный привод и Источник напряжения с ШИМ убедитесь, что значение Режим работы одинаково для всех трех блоков.

Переменные

Используйте группу параметров Целевые значения, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

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

# Значения скорости — 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

# Значения силы — 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

# Номинальное напряжение — 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

# КПД (%) — 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

# Электрические потери, не зависящие от силы — 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

# Режим работы — режим симуляции
ШИМ | Усреднённый

Details

Если установить для параметра Режим работы значение ШИМ, то нужно подать 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 установить для параметра Режим работы значение Усреднённый, 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

# Скорость, на которой измеряется КПД — 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

# Масса поршня — 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

# Линейное демпфирование — 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

# Тепловой порт — 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

# Теплоемкость — 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