제어 기능이 있는 선형 전기 액추에이터
이 예제에서는 제어된 선형 액추에이터의 세부 구현 모델을 보여줍니다. 이 액추에이터는 DC 모터가 웜 기어를 구동하고, 웜 기어가 리드 스크류를 구동하여 선형 모션을 생성하는 구조입니다. 이 모델에는 홀 효과 센서의 양자화 효과와 아날로그 전자 회로에서의 제어 구현이 포함되어 있습니다. 이 모델에는 다양한 수준의 충실도를 갖는 모델을 포함하는 여러 개의 Variant Subsystem이 있습니다.
속도 제어 모델과 전류 제어 모델은 순수하게 Simulink® 블록들만 사용하여 구현되었습니다. 덕분에 손쉽게 제어 알고리즘을 지정하고 아날로그 회로 구현에 대한 요구 사항을 식별할 수 있으며, 다른 Variant에서 이를 확인할 수 있습니다.
모터 드라이브 회로 모델은 서로 다른 두 가지 시뮬레이션 모드로 시뮬레이션할 수 있는 추상 회로에 구현됩니다. 평균 모드에서는 입력 핀의 전압에 따라 모터에 인가되는 전압이 최댓값과 최솟값 사이에서 지속적으로 변합니다. PWM 모드에서는 PWM 전압이 모터에 인가되며 듀티 사이클은 입력 핀에 인가되는 전압에 따라 달라집니다. 또한 모터 회로는 반도체 소자를 사용하여 구현되어 있습니다. 이를 통해, 개별 스위칭 이벤트를 살펴볼 수 있습니다.
모델
Speed Controller 서브시스템
아래 표시된 회로는 Simscape™ Electrical™ 컴포넌트를 사용하는 필터가 있는 PI 제어기를 구현합니다. 이 회로는 Speed and Current Control 서브시스템 내에서 Circuit Variant가 선택된 경우에 활성화됩니다.
추상 Motor Driver Circuit 서브시스템
아래 블록은 모터 드라이버 회로의 추상 모델입니다. Controlled PWM Voltage 블록은 해당 +ref 포트와 -ref 포트에서의 전압에 따라 PWM 신호를 생성합니다. H-Bridge 블록은 전기 모터를 구동하는 데 일반적으로 사용되는 H-bridge 회로를 나타냅니다. 이러한 블록은 평균 모드 또는 PWM 모드에서 실행하도록 구성할 수 있습니다.
Simscape 기록의 시뮬레이션 결과 - 추상 모델
아래 플롯은 모터 속도가 기준 입력을 어떻게 추종하는지 보여줍니다. 샤프트의 실제 속도와 샤프트 인코더에 의해 결정되는 속도가 표시되어 있으며, 제어 시스템이 인식하는 신호가 샤프트 속도의 완벽한 측정값이 아니라는 점을 알 수 있습니다. 다음은 3초에서 인가된 외란 토크에 대한 시스템 응답을 보여줍니다.
Circuit 서브시스템
아래 회로는 Simscape Electrical 컴포넌트를 사용하여 구현된 H-bridge 회로입니다. 이 회로는 Motor Driver Variant Subsystem의 Circuit Variant가 선택된 경우에 활성화됩니다.
MOSFET 서브시스템
아래 회로는 H-bridge의 4개 레그 중 하나입니다. MOSFET 반도체 및 기타 컴포넌트는 H-bridge의 레그를 통해 전류 흐름을 제어합니다.
Simscape 기록의 시뮬레이션 결과 - 상세 모델
아래 플롯에는 H-bridge의 상세 모델을 사용하여 시뮬레이션하는 동안 발생한 단일 스위칭 이벤트가 나와 있습니다. MOSFET 전력 스파이크는 잠시 동안 모터의 같은 쪽에 있는 두 MOSFET이 전도되어 단락이 발생하기 때문입니다.
참고 항목
DC Motor | Optocoupler | P-Channel MOSFET | H-Bridge | Controlled PWM Voltage | Incremental Shaft Encoder
