[Cursedsmite 0]

Всех приветствую, хочу выложить на ваш суд Spice модель двигателя сделанную мной в программе Orcad 9.2 Schematics. Данная схема является переделкой/адаптацией модели шаговика Texas Instruments отсюда http://e2e.ti.com/support/applications/mot...s/f/38/t/283566 сделанной под программу LTspice. Многие может скажут, что она ничем по сути не отличается от обычной спайс модели сихнронной явнополюсной машины, однако я считаю, что данная модель учитывает специфику в задании параметров для шаговиков и имеет право на существование. Так же никакой гениальной математики или логики я не привнёс, однако когда сам искал адекватные модели для моделирование работы двигателя в спайс подобных программах, не обнаружил сколько-нибудь нормальных моделей, и статей по данной теме мало было. Я написал свою статью в одном журнале, хочу для описания того что я сделал просто привести выдержки из своей статьи чтобы два раза не писать одно и тоже. От тех кто разбирается в данной теме, кому интересна данная модель или кому она нужна, жду комментариев, пожеланий или указаний где я наврал/неправильно что-то сделал.

Формирование системы уравнений привода

На основании уравнений электрического и механического равновесий запишем систему уравнений, описывающих свойства двухфазного гибридного шагового биполярного двигателя, для нагрузки, приведенной к валу двигателя.

 

dw/dt = 0

J*dw/dt + Mтр + Мф.а.*sin(Pi*θ/θs) + Kd*w = -Ia*Ke*sin(Pi*θ/(2*θs)) + Ib*Ke*(Pi*θ/(2*θs))

Va = Ia*Rф + Lф*dIa/dt - Ke*w*sin(Pi*θ/(2*θs))

Vb = Ib*Rф + Lф*dIb/dt + Ke*w*cos(Pi*θ/(2*θs))

При формировании системы уравнений приняты следующие допущения:

– зависимость момента, создаваемой обмоткой, а также значение фиксирующего момента от угла поворота ротора приняты идеально синусоидальными;

– зависимость вращающего момента от тока протекающего по обмоткам статора линейна;

– эффект магнитного насыщения сердечника статора не учитывается;

– связь вращающего момента и тока задается электрической постоянной двигателя;

– влияние взаимоиндукции между обмотками не учитывается;

– потерь от вихревых токов в магнитопроводе не учитываются;

– значение индуктивности обмотки постоянно.

Все величины в системе (9) задаются в системе СИ, в которой постоянные момента и противо-ЭДС двигателя совпадают. Несмотря на допущения, данная система уравнения позволяет получить достаточно точные значения влияния динамики системы шагового привода на компоненты регулятора.

 

Описание модели

Схема модели, реализующей систему уравнений состоит из двух частей, электрической и электромеханической. В части схемы с помощью псевдокомпонентов PARAMETERS задаются параметры двигателя и системы шагового привода. Реализации электрических уравнений фаз двигателя из системы выполнена на элементах L, R, E. При этом L и R представляют индуктивность и сопротивление обмотки соответственно, а E – противо-ЭДС, возникающую в обмотке при вращении двигателя. Связь по току между электрической частью схемы и электромеханической осуществляется через элемент H. Напряжение питания обмотки задано источником импульсного напряжения VPULSE. Модель шагового двигателя разработана для расчета точных значений токов и напряжений, возникающих в обмотке статора при работе двигателя. Блок (рис. 2), моделирующей фазу двигателя, подключается к схеме силового коммутатора для точного анализа возникающих напряжений на коммутирующих силовых ключах и других частей схемы, токов протекающих через них, а так же тепловых потерь в этих элементах.

Об электромеханической части. В самом начале сигнал о текущем значение тока в обмотке поступает с выхода элемента H на элемент MULT, где перемножается со значением гармонической функции отвечающей за текущее положения ротора, умноженной на постоянную двигателя. Результатом перемножения является момент, создаваемый каждой обмоткой отдельно. Значения этих моментов суммируются на элементе Sum. Полученное значение складывается с переменным значением фиксирующего момента, которое также изменяется по синусоидальному закону от текущего положения ротора. В итоге получаем результирующее значение момента на валу двигателя. Этот сигнал поступает на элемент Diff, где из него вычитается момент трения, создаваемый нагрузкой. Для создания знакопеременного момента сопротивления, используется элемент GLIMIT на вход которого поступает сигнал о текущем значении скорости. Этот элемент усиливает сигнал о скорости с большим коэффициентом усиления, а потом ограничивает его в пределах заданной нагрузки, указанной в элементе PARAMETERS. Из полученной разности вычитается величина переменного момента сопротивления, линейно зависящего от коэффициента вязкого трения (damping coefficient). Результирующее значение момента делится на сумму момента инерции ротора двигателя и момента инерции нагрузки с помощью элемента ABM1. В результате получаем значение углового ускорения. Далее с помощью элемента INTEG вычисляется интеграл от ускорения. Сигнал на выходе элемента INTEG соответствует значению текущей скорости ротора двигателя. Этот сигнал поступает на вход элемента ABM1, где вычисляется значение переменного момента сопротивления. Этот же сигнал поступает на второй элемент Integ, на выходе которого формируется сигнал текущего положения ротора двигателя. Сигнал текущего положения ротора поступает на блок элементов ABM1, где вычисляются сигналы sin, cos, detent_torque, которые затем подаются в другие части схемы, упомянутые выше. Таким образом реализуется связь механической и электрической частей схемы модели.

Я приложил к теме схематик файл, я знаю что в старом оркаде 9.2 есть косяк, что чтобы промоделировать уже созданный файл, он должен находится в той же самой папке где и был создан изначально. Мой путь где лежит файл схематикса такой: "C:\Orcad\schemes".

Я так же сделал модели для униполярной конфигурации обмоток, в которой учитывается взаимоиндукция между половинками обмоток, а также модель трёхфазного биполярного и униполярного шагового двигателя. Кому нужно будет, попросите в этой теме, я могу и их выложить.

Так же вопрос: Хочу сделать такую модель в виде subcuircit, чтобы было удобно её использовать в других проектах - просто достал из библиотеке и вставил в проект. Но это сложно и долго, однако если вам уважаемые посетители сайта модель понравится - может стоит тогда сделать универсальную модель.

Stepper.sch