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DC 모터 모델

이 예제에서는 펄스 폭 변조 신호를 근사하는, 일정한 입력 신호로 구동되는 DC 모터를 모델링하고 모터 출력에서 전류와 회전 운동을 살펴봅니다.

이 예제에서 만드는 모델의 완성된 버전을 보려면 PWM 제어 DC 모터 예제를 여십시오.

시스템 컴포넌트를 나타낼 블록 선택하기

입력 신호, DC 모터, 모터 출력 표시를 나타낼 블록을 선택합니다.

다음 표에는 시스템 컴포넌트를 나타내는 블록의 역할이 설명되어 있습니다.

블록

설명

Solver Configuration

모든 물리 모델링 블록에 적용되는 솔버 설정 정의

PS-Simulink Converter

입력 물리 신호를 Simulink® 신호로 변환

Controlled PWM Voltage

펄스 폭 변조 모터 입력 신호를 근사하는 신호 생성

H-Bridge

DC 모터 구동

DC Motor

입력 전기 에너지를 기계 운동으로 변환

Current Sensor

모터를 구동하는 전류를 해당 전류에 비례하는 측정 가능한 물리 신호로 변환

DC Voltage Source

DC 전압 생성

Electrical Reference

전기 접지 제공

Mechanical Rotational Reference

기계 접지 제공

Ideal Rotational Motion Sensor

모터의 회전 운동을 그 운동에 비례하는 측정 가능한 물리 신호로 변환

Scope

모터 전류와 회전 운동 표시

모델 빌드하기

  1. 새 모델을 만듭니다.

  2. 다음 표에 나와 있는 블록을 추가합니다. 라이브러리 경로 열에는 각 블록의 계층적 경로가 명시되어 있습니다.

    블록

    라이브러리

    수량

    Solver Configuration

    Simscape > Utilities

    1

    PS-Simulink Converter

    Simscape > Utilities

    2

    Controlled PWM Voltage

    Simscape > Electrical > Integrated Circuits

    1

    H-Bridge

    Simscape > Electrical > Semiconductors & Converters > Converters

    1

    DC Motor

    Simscape > Electrical > Electromechanical > Brushed Motors

    1

    Current Sensor

    Simscape > Foundation Library > Electrical > Electrical Sensors

    1

    DC Voltage Source

    Simscape > Foundation Library > Electrical > Electrical Sources

    1

    Electrical Reference

    Simscape > Foundation Library > Electrical > Electrical Elements

    1

    Mechanical Rotational Reference

    Simscape > Foundation Library > Mechanical > Rotational Elements

    1

    Ideal Rotational Motion Sensor

    Simscape > Foundation Library > Mechanical > Mechanical Sensors

    1

    Scope

    Simulink > Commonly Used Blocks

    2

    참고

    도메인 유형이 electrical인 Simscape™ 함수 ssc_new를 사용하여 다음 블록이 포함된 Simscape 모델을 만들 수 있습니다.

    • Simulink-PS Converter

    • PS-Simulink Converter

    • Scope

    • Solver Configuration

    • Electrical Reference

  3. 다이어그램에 나와 있는 것처럼 블록의 이름을 바꾸고 블록을 연결합니다.

이제 블록 파라미터를 지정할 준비가 되었습니다.

모델 파라미터 지정하기

시스템 컴포넌트의 동작을 나타내기 위해 다음과 같은 파라미터를 지정합니다.

모델 설정 파라미터

다음 블록은 특정 블록에 국한되지 않는 모델 정보를 지정합니다.

  • Solver Configuration

  • Electrical Reference

  • Mechanical Rotational Reference

Simscape 모델이 늘 그렇듯이, 토폴로지가 서로 다른 각각의 물리 네트워크마다 Solver Configuration 블록을 하나씩 포함해야 합니다. 이 예제의 경우에는 물리 네트워크가 하나 있으므로 디폴트 파라미터 값을 갖는 Solver Configuration 블록을 하나 사용합니다.

각각의 Simscape Electrical™ 네트워크마다 Electrical Reference 블록을 하나씩 포함해야 합니다. 전기기계 블록을 포함하고 있는 각 네트워크마다 Mechanical Rotational Reference 블록을 하나씩 포함해야 합니다. 이 블록에는 파라미터가 없습니다.

Reference 블록 사용에 대한 자세한 내용은 Grounding Rules 항목을 참조하십시오.

모터 입력 신호 파라미터

다음 블록을 사용하여 모터 입력 신호를 생성합니다.

  • DC Voltage Source 블록(PWM reference voltage)은 상수 신호를 생성합니다.

  • Controlled PWM Voltage 블록은 펄스 폭 변조 신호를 생성합니다.

  • H-Bridge 블록은 모터를 구동합니다.

이 예제에서는 PWM 포트를 제외한 H-Bridge 블록의 모든 입력 포트가 접지에 연결됩니다. 그 결과, H-Bridge 블록은 다음과 같이 동작합니다.

  • 모터가 켜져 있으면 H-Bridge 블록은 모터 단자를 전원에 연결합니다.

  • 모터가 꺼져 있으면 H-Bridge 블록은 모터 전류를 유지하기 위해 환류 다이오드 역할을 합니다.

이 예제에서는 PWM 신호의 평균값을 갖는 정전류로 모터를 시뮬레이션합니다. 이러한 유형의 신호를 사용하면 모터 동작을 추정하는 빠른 시뮬레이션을 설정할 수 있습니다.

  1. DC Voltage Source 블록에서 정전압 파라미터를 2.5V로 설정합니다.

  2. Controlled PWM Voltage 블록의 파라미터를 다음과 같이 설정합니다.

    • PWM 주파수4000Hz

    • 시뮬레이션 모드Averaged

      이 값은 PWM 신호의 평균값을 갖는 출력 신호를 생성하도록 블록에 지시합니다. 평균 신호로 모터를 시뮬레이션하면 PWM 신호가 있을 때의 모터 동작을 추정할 수 있습니다. 이 근사를 검증하려면 이 파라미터의 값으로 PWM을 사용하십시오.

  3. H-Bridge 블록에서 시뮬레이션 모드 파라미터를 평균으로 설정하십시오.

    이 값은 PWM 신호의 평균값을 갖는 출력 신호를 생성하도록 블록에 지시합니다. 평균 신호로 모터를 시뮬레이션하면 PWM 신호가 있을 때의 모터 동작을 추정할 수 있습니다. 이 근사를 검증하려면 이 파라미터의 값으로 PWM을 사용하십시오.

참고

Controlled PWM Voltage 블록과 H-Bridge 블록에 대한 시뮬레이션 모드는 동일해야 합니다.

모터 파라미터

모터를 모델링하는 블록을 구성합니다.

DC Motor 블록의 파라미터를 설정하되, 가능한 경우 단위 설정을 디폴트 값으로 유지합니다.

  • 전기 토크 섹션:

    • 모델 파라미터화By rated load and speed

    • 전기자 인덕턴스0.01H

    • 무부하 속도4000rpm

    • 정격 속도(정격 부하에서)2500rpm

    • 정격 부하(기계적 파워)10W

    • 정격 DC 공급 전압12V

  • 기계 섹션:

    • 회전자 관성0.0002kg*m^2

    • 회전자 감쇠0.5e-5N*m/(rad/s)

전류 표시 파라미터

모터 전류 표시를 생성하는 블록의 파라미터를 지정합니다.

  • Current Sensor 블록

  • PS-Simulink Converter1 블록

  • Current 스코프

3개 블록 중에서 PS-Simulink Converter1 블록에만 파라미터가 있습니다. PS-Simulink Converter1 블록의 출력 신호 단위 파라미터를 A로 설정하여 블록 입력 신호의 단위가 암페어임을 나타냅니다.

토크 표시 파라미터

모터 토크 표시를 생성하는 블록의 파라미터를 지정합니다.

  • Ideal Rotational Motion Sensor 블록

  • PS-Simulink Converter 블록

  • RPM 스코프

3개 블록 중에서 PS-Simulink Converter 블록에만 이 예제에서 구성해야 하는 파라미터가 있습니다. PS-Simulink Converter 블록의 출력 신호 단위 파라미터를 rpm으로 설정하여 블록 입력 신호의 단위가 분당 회전 수임을 나타냅니다.

참고

이 파라미터 값은 직접 입력해야 합니다. 드롭다운 목록에서 제공되지 않습니다.

솔버 파라미터 구성하기

연속시간 솔버를 사용하도록 솔버 파라미터를 구성합니다. Simscape Electrical 모델은 Solver Configuration 블록의 로컬 솔버 파라미터를 선택 해제한 경우에만 연속시간 솔버에서 실행됩니다. 구성 파라미터 대화 상자를 사용하여 시뮬레이션 종료 시간을 변경하고, 더 정확한 시뮬레이션을 위해 상대 허용오차를 좁히고, Simulink가 저장하는 시뮬레이션 데이터 점 개수에 대한 제한을 제거합니다.

  1. 모델 창에서, 모델링 > 모델 설정을 선택하여 구성 파라미터 대화 상자를 엽니다.

  2. 왼쪽 창에서 솔버를 클릭합니다.

    • 중지 시간10으로 설정합니다.

    • 솔버ode15s(Stiff/NDF)로 설정합니다.

    • 최대 스텝 크기1로 설정합니다.

    • 상대 허용오차1e-3으로 설정합니다.

  3. 확인을 클릭합니다.

솔버 파라미터 구성에 대한 자세한 내용은 Simulating an Electronic, Mechatronic, or Electrical Power System 항목을 참조하십시오.

시뮬레이션 실행 및 결과 분석하기

시뮬레이션을 실행하고 결과를 플로팅합니다. 모델 창에서, 시뮬레이션 > 실행을 선택합니다.

모터 전류와 토크를 보려면 Scope 블록을 더블 클릭합니다. 시뮬레이션을 실행하기 전에 또는 실행한 후에 이를 수행할 수 있습니다.

참고

기본적으로 스코프 디스플레이는 화면에 층층이 겹쳐 나타나므로 그중 하나만 볼 수 있습니다. 창을 클릭하고 끌어서 재배치합니다.

다음 그림은 모터 전류를 보여줍니다.

다음 그림은 모터 rpm을 보여줍니다.

예상대로, 모터는 인가된 DC 전압이 2.5V일 때 약 2000rpm으로 작동합니다.

참고 항목

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세부 정보