fem参数化线性驱动器

用磁通量定义的线性驱动器

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库:
Simscape /电气/机电/机电执行器

描述

的fem参数化线性驱动器Block实现了一个根据磁通量定义的线性驱动器模型。使用此块建模自定义螺线管和直线电机，其中磁通量取决于距离和电流。您可以使用来自第三方磁性有限元方法(FEM)包的数据对块进行参数化。

请注意

要使用此块表示具有气隙的螺线管x之间的情况C和柱塞R，则表力应为负，表示所带来的拉力R对C．

这个方块有两个电方程式的选项。第一,定义为dPhi(i,x)/dx和dPhi(i,x)/di，以磁通量(Φ)对距离的偏导数(x)和当前(我)，其方程为:

$\frac{d 我}{d t} ＝（ v - 我 R - \frac{\partial Φ}{\partial x} \frac{d x}{d t} ） / \frac{\partial Φ}{\partial 我}$

第二个选择，定义为(i,x)，直接用通量定义元件上的电压，其公式为:

$v ＝我 R + \frac{d}{d t} Φ （ x ，我）$

数值上，用通量偏导数定义电方程更好，因为反电动势是分段连续的。如果直接使用磁通，对电流和位置使用更细的网格尺寸将改善结果，选择三次或样条插值也是如此。

在这两种情况下，您都可以选择直接将力指定为电流和位置的函数力矩阵，F(i,x)参数，或有块自动计算力矩阵。

如果直接输入电磁力数据，可以使用有限元磁包提供的数据(用于确定磁通)，也可以使用以下公式从磁通计算力:

$F ＝ \int_{0}^{我} \frac{\partial Φ （ x ，我）}{\partial x} d 我$

举例说明如何在MATLAB中实现这种类型的集成^®,请参阅电磁阀采用有限元数据参数化．相关文件ee_solenoid_fem_params.m包含计算和绘制流量数据的代码。

或者，块可以根据您提供的通量信息自动计算力矩阵。要选择此选项，请设置计算力矩阵?参数是的．力矩阵计算是在模型初始化时根据当前块磁链信息进行的。力的计算方法是根据前面的方程，对磁链相对于位置的变化率在电流上进行数值积分。如果电气模型参数设置为定义为(i,x)，则该块必须先估计通量偏导数wrt位移，dPhi(i,x)/dx参数值，从磁链数据。方法指定的插值方法进行此操作时，块使用插值法参数。通常,光滑的选项是最准确的，但是线性期权是最健壮的。

你可以将Φ及其偏导数定义为正电流、正电流和负电流。如果只定义正电流，则块假设Φ(-我，x) = -Φ (我，x)．因此，如果当前向量仅为正:

第一个电流值必须为零。
零电流对应的磁通必须为零。
电流为零时，磁通对位移的偏导数必须为零。

若要对具有重复磁通模式的直线电机建模，请设置位移对通量的依赖性参数循环．选择此选项时，力和通量(或力和通量偏导数，取决于所选选项)的第一列和最后一列必须相同。

请注意

该块的驱动运动方向可以通过翻转块和交换R和C连接来交换。

模型热效应

您可以公开热端口，以模拟将功率转换为热的损失的影响。如果需要暴露热端口，请设置建模选项参数:

无热口—该块中不包含热接口。
显示热端口—块中包含1个保温接口。

有关在执行器块中使用热端口的详细信息，请参见旋转和平动执行器的热效应模拟．

假设和限制

你必须提供一组一致的力和通量数据。没有任何检查可以确保力矩阵与通量数据一致。
当驾驶fem参数化线性驱动器通过串联电感块，可能需要在电感块中包含一个并联电导组件。

港口

保护

全部展开

`+`-正极
电

与执行器正端子相关联的电气保存端口。

`-`-负极
电

与执行器负极端子相关联的电气保存端口。

`C`——案例
机械

与执行器壳体相关联的机械平移保存端口。

`R`——柱塞
机械

与柱塞相关的机械平移保存口。

`H`—热接口
热

热端口。

依赖关系

若要启用此端口，请设置建模选项来显示热端口．

参数

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`建模选项`—是否开启热端口
`无热口`(默认)|`显示热端口`

是否启用块的热端口，并模拟将功率转换为热量的损失的影响。

磁力

`电气模型`-电模型参数化
`定义为dPhi(i,x)/dx和dPhi(i,x)/di`(默认)|`定义为(i,x)`

根据基础电气模型，选择以下参数化选项之一:

定义为dPhi(i,x)/dx和dPhi(i,x)/di-根据磁通量对距离和电流的偏导数定义通过块的电流。
定义为(i,x)-根据磁通直接定义跨块端子的电压。

`电流向量i`-电流矢量
`[0, 0.1, 0.2， .3， .4， .5， .6， .7， .8， .9, 1]一个`(默认)

指定与力通量数据相对应的单调递增电流值的向量。如果只指定正电流，则第一个元素必须为零。

`位移向量x`-位移矢量
`[0， .05， .1， .15， .2]毫米`(默认)

指定与力通量数据相对应的单调递增位移值的向量。

`通量偏导数wrt电流，dPhi(i,x)/di`-通量对电流的偏导数
`(。104, .098, .091, .085, .078; .095, .089, .084, .079, .073; .085, .081, .077, .073, .069; .076, .073, .07, .067, .064; .067, .065, .063, .061, .06; .057, .057, .056, .056, .055; .048, .049, .049, .05, .05; .038, .04, .042, .044, .046; .029, .032, .035, .038, .041; .02, .024, .028, .033, .037; .01, .016, .021, .027, .032]Wb /`(默认)

指定一个磁通量对电流偏导数的矩阵。默认值为: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 ]

依赖关系

设置后，此参数才会显示电气模型参数定义为dPhi(i,x)/dx和dPhi(i,x)/di．

`通量偏导数wrt位移，dPhi(i,x)/dx`-通量对位移的偏导数
`[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]Wb / m`(默认)

指定一个关于位移的通量偏导数矩阵。默认值为: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 ]

依赖关系

设置后，此参数才会显示电气模型参数定义为dPhi(i,x)/dx和dPhi(i,x)/di．

`磁链矩阵，(i,x)`-磁链矩阵
`[0,0,0,0,0;.0085， .0079， .0075， .0071， .0067;.0171， .016， .0151， .0143， .0137;.0254， .0239， .0226， .0215， .0206;.033， .0312， .0297， .0283， .0271;.0396， .0377， .036， .0345， .0331;.0452， .0433， .0415， .0399， .0384;.0495， .0478， .0461， .0446， .0431;.0526， .0512， .0498， .0485， .0472;.0545， .0537， .0528， .0519， .0508; .0554, .0553, .0551, .0548, .0542]白平衡`(默认)

指定总磁链的矩阵，即磁链乘以匝数。默认值为:

[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 ]

依赖关系

设置后，此参数才会显示电气模型参数定义为(i,x)．

`计算力矩阵?`—电磁力数据规范
`没有`(默认)|`是的`

说明电磁力数据的提供方式:

没有—直接输入电磁力数据力矩阵，F(i,x)参数。这是默认选项。
是-块计算力从磁链信息，作为电流和位移的函数。

`力矩阵，F(i,x)`-力矩阵
`[0,0,0,0,0;-．6日-。5, -。4, -。3、。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]N`(默认)

指定应用于柱塞或运动部件的电磁力矩阵。默认值N为:

[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 ]

依赖关系

设置后，此参数才会显示计算力矩阵?参数没有．

`位移对通量的依赖性`-通量模式
`独特的`(默认)|`循环`

指定通量模式:

独特的-没有通量模式。
循环-选择此选项可对具有重复磁通模式的直线电机建模。力和通量(或力和通量的偏导数，取决于电气模型所选选项)的第一列和最后一列必须相同。

`插值法`-插值法
`线性`(默认)|`光滑的`

当输入值在两个连续网格点之间时，选择以下插值方法之一来逼近输出值:

线性—选择该选项可获得最佳性能。
光滑的-选择此选项可生成具有连续一阶导数的连续曲面。

有关插值算法的更多信息，请参见PS查阅表(2D)块引用页。

`外推法`-外推法
`线性`(默认)|`最近的`|`错误`

当输入值超出参数列表中指定的范围时，选择以下外推方法之一来确定输出值:

线性-选择此选项可在外推区域和插值区域边界处生成具有连续一阶导数的曲面。
最近的-选择此选项可产生不高于数据最高点或低于数据最低点的外推。
错误-如果输入信号超出表的范围，则发出错误。当您希望数据在表范围内时，选择此选项可避免进入推断模式。

有关外推算法的更多信息，请参见PS查阅表(2D)块引用页。

`绕组电阻`-电气绕组总电阻
`14欧姆`(默认)

电气绕组的总电阻。

`磁化的阻力`-对铁损耗的磁化电阻
`正欧姆`(默认)

磁化阻力。该值必须大于零。默认值为正，这意味着没有铁的损失。

机械

`阻尼`——阻尼
`1N / (m / s)`(默认)

线性阻尼。取值为0。

`柱塞的质量`-运动部件的质量
`0.05公斤`(默认)

运动部分的质量，对应于机械平移端口R．取值为0。

`最低中风`-最小行程
`0毫米`(默认)

下端机械止动处的冲程。取值为负．

`最大行程`-最大行程
`0.2毫米`(默认)

上端机械止动处的冲程。取值为正．

`接触刚度`-接触刚度
`1 e8N / m`(默认)

柱塞和止动端之间的接触刚度。

`接触阻尼`-接触阻尼
`1 e4N / (m / s)`(默认)

柱塞和端止轮之间的接触阻尼。

的温度依赖性

此选项卡仅显示热端口暴露的块。

`电阻温度系数`-电阻温度系数
`3.93 e - 31 / K`(默认)

电阻温度系数。

`测量温度`-测量温度
`25摄氏度`(默认)

执行器参数定义的温度。

热的港口

此选项卡仅显示热端口暴露的块。

`热质量`-热质量
`One hundred.J / K`(默认)

热质量是使温度升高一度所需的能量。

模型的例子

电磁阀采用有限元数据参数化

带回弹弹簧的有限行程螺线管。当不通电时，弹簧将柱塞保持在距完全通电位置0.1mm的距离。0.1秒时，螺线管通电，位移归零。在0.06s时，施加高于保持力的力，柱塞移动到最大行程0.2mm。电磁阀力和反电动势特性由femi参数化线性驱动器块定义。该块以有限元磁场建模工具通常提供的格式获取数据。有两种参数化选项，一种直接处理通量数据，另一种使用通量对电流和位移的偏导数。后一种方法通常是更好的选择，它对给定的电流密度和位置数据点给出更准确的结果。但是，这需要更多的数据预处理。

开放模式

扩展功能

C/ c++代码生成
使用Simulink®Coder™生成C和c++代码。

版本历史

在R2010a中引入

另请参阅

fem参数化旋转驱动器|电磁

fem参数化线性驱动器

描述

模型热效应

假设和限制

港口

保护

+-正极电

--负极电

C——案例机械

R——柱塞机械

H—热接口热

依赖关系

参数

建模选项—是否开启热端口无热口(默认)|显示热端口

磁力

电气模型-电模型参数化定义为dPhi(i,x)/dx和dPhi(i,x)/di(默认)|定义为(i,x)

电流向量i-电流矢量[0, 0.1, 0.2， .3， .4， .5， .6， .7， .8， .9, 1]一个(默认)

位移向量x-位移矢量[0， .05， .1， .15， .2]毫米(默认)

依赖关系

依赖关系

依赖关系

计算力矩阵?—电磁力数据规范没有(默认)|是的

依赖关系

位移对通量的依赖性-通量模式独特的(默认)|循环

插值法-插值法线性(默认)|光滑的

外推法-外推法线性(默认)|最近的|错误

绕组电阻-电气绕组总电阻14欧姆(默认)

磁化的阻力-对铁损耗的磁化电阻正欧姆(默认)

机械

阻尼——阻尼1N / (m / s)(默认)

柱塞的质量-运动部件的质量0.05公斤(默认)

最低中风-最小行程0毫米(默认)

最大行程-最大行程0.2毫米(默认)

接触刚度-接触刚度1 e8N / m(默认)

接触阻尼-接触阻尼1 e4N / (m / s)(默认)

的温度依赖性

电阻温度系数-电阻温度系数3.93 e - 31 / K(默认)

测量温度-测量温度25摄氏度(默认)

热的港口

热质量-热质量One hundred.J / K(默认)

模型的例子

电磁阀采用有限元数据参数化

扩展功能

C/ c++代码生成使用Simulink®Coder™生成C和c++代码。

版本历史

另请参阅

`+`-正极
电

`-`-负极
电

`C`——案例
机械

`R`——柱塞
机械

`H`—热接口
热

`建模选项`—是否开启热端口
`无热口`(默认)|`显示热端口`

`电气模型`-电模型参数化
`定义为dPhi(i,x)/dx和dPhi(i,x)/di`(默认)|`定义为(i,x)`

`电流向量i`-电流矢量
`[0, 0.1, 0.2， .3， .4， .5， .6， .7， .8， .9, 1]一个`(默认)

`位移向量x`-位移矢量
`[0， .05， .1， .15， .2]毫米`(默认)

`计算力矩阵?`—电磁力数据规范
`没有`(默认)|`是的`

`位移对通量的依赖性`-通量模式
`独特的`(默认)|`循环`

`插值法`-插值法
`线性`(默认)|`光滑的`

`外推法`-外推法
`线性`(默认)|`最近的`|`错误`

`绕组电阻`-电气绕组总电阻
`14欧姆`(默认)

`磁化的阻力`-对铁损耗的磁化电阻
`正欧姆`(默认)

`阻尼`——阻尼
`1N / (m / s)`(默认)

`柱塞的质量`-运动部件的质量
`0.05公斤`(默认)

`最低中风`-最小行程
`0毫米`(默认)

`最大行程`-最大行程
`0.2毫米`(默认)

`接触刚度`-接触刚度
`1 e8N / m`(默认)

`接触阻尼`-接触阻尼
`1 e4N / (m / s)`(默认)

`电阻温度系数`-电阻温度系数
`3.93 e - 31 / K`(默认)

`测量温度`-测量温度
`25摄氏度`(默认)

`热质量`-热质量
`One hundred.J / K`(默认)

C/ c++代码生成
使用Simulink®Coder™生成C和c++代码。