直线电机仿真软件说明.doc

直线电机选型软件手册目录1.0 简介12.0 主界面12.1 电机参数（Motor parameters）12.2 应用数据（Application Data）22.3 运动曲线（Movement Profiles）32.4 怎样去创建一个运动周期52.5 轮廓类型63.0 仿真83.1 运行仿真83.2 解释结果103.3 改善结果103.4 将轮廓保存到文件中113.5 打印仿真报告111.0 简介 首先我们非常感谢您抽时间来使用Tecnotion直线电机仿真软件。关于Tecnotion，我们知道为给定的应用挑选合适的直线电机是一项艰巨的任务，其中包含大量的有联系的设计选择。这个软件就是来帮助您尽可能容易地来选择直线电机，它会帮助您选择合适的直线电机，确定使用哪种放大器，以及建立详细的报告包括所有重要的参数和性能图表。使用该软件，您可以省去用手自己计算的时间。 市场上大部分软件只是允许用户输入应用数据，会给出它认为用户所需要的直线电机类型，但我们了解到在实际应用中那些事情却不总那么简单。对于任意给定的应用，可能有多种电机类型能处理任务，但是哪种是最好的选择？这取决于您试图达到什么目的，您是偏重最大速度呢，还是是追求最大效益或者经济效益。 选型软件不知道您的目标，所以我们决定去选择一个迭代的方法来仿真您的驱动任务。在整个过程的任何时间，您可以改变运动轮廓、应用参数和电机类型，软件能在运行中计算出新结果。这样您可以尝试各种场景，然后快速地找到最合适您应用的选型。 我们建议您在进行第一次仿真前完整地阅读此手册，此手册除了说明所有的特点和它们怎样工作，您还能发现很多技巧和诀窍，这些技巧将帮助您理解直线电机的输入和输出，以及怎样最好地将它们使用到您的应用中。2.0 主界面 您打开软件后您会看到主界面，在这个界面你可以选择您想用在您的仿真中的直线电机、定义运动轮廓、指定应用数据。2.1 电机参数（Motor parameters） 使用下拉菜单选择您认为适合您应用的电机，根据您需要的峰值推力，参照不同的电机类型，进行评估选择电机。 当您选择了一种电机后，它的最重要规格也会展示出来（下图红色框中所示）。 根据您的应用，您可以选择有铁芯电机（T系列）或者无铁芯电机（U系列）。每个类型对于不同的应用要求都有其特定的优势，对于电机类型的区别，您可以查看产品目录或者咨询上海微敏自控技术有限公司。2.2 应用数据（Application Data） 在这您可以填写应用数据，每一个应用数据（红色框所示)将会影响您所使用电机运动的动态性能和热性能。电机连接的散热器的估计温度。如果使用了水冷，这个值应该是水的温度。电机外壳和散热器之间的热阻，这个值取决于实际应用，一般值如下：安装到散热器或滑块0.05K/W空冷0.04K/W水冷0.02K/W除了电机本身质量以外的总运动质量。倾斜角。水平轨道是0度，垂直轨道是90度。您预计的应用中摩擦力总量。应考虑到一切因素，从轴承到电缆链。您连接到伺服放大器的电源电压。这个值表示标准的AC电压，把它乘以 2就得到母线电压。如果电源电压超过了所选电机的最大允许电压时该框就变红。另外，当母线电压的90%超过了所给的驱动任务，程序将提醒您。同样，您也可以直接在该框输入母线电压Vdc。 提示：对于某些应用，用两个更小的电机去代替一个大电机也许更实惠或者更具效益。您可以选择较小电机，把您的负载分成两份，然后得到电机性能的一个合理的好的近似。2.3 运动曲线（Movement Profiles）在这您可以描述电机在应用中需要运行的运动曲线（下图红色框所示）。 有10种不同的轮廓类型，其中有一个“stop”轮廓，您可以用它来限定您应用的整个运动曲线。可以用20个运动轮廓来组成一个运动周期，虽然大部分应用只需要一个或两个轮廓来仿真。 首先，您需要知道仿真产生的结果是以运动周期的一个无限环为基础的，这意味着如果您进行某个轮廓的仿真，程序将告诉您如果轮廓无限循环将会对电机参数的影响 。 接着输入每个轮廓不同的参数，这个轮廓类型的参数是特定的，每个轮廓的输入框也许不同。轮廓类型以及它们适合的场景如下：t3rd定位运动tsin2定位运动m3rd匀速msin2匀速a3rd加速斜坡（时间）asin2加速斜坡（时间）q3rd加速斜坡（推力）qsin2加速斜坡（推力）cons定速occ摆动轮廓stop标志着最后轮廓 我们将在“轮廓类型”一节中深入探讨每个轮廓类型。 需要特别注意与运动曲线有关的两个设置：“Max Vdi in Volts”和“Load in Newtons”。Max Vdi in Volts （最大Vdi ，单位V） 这个参数是可选参数，会影响加加速度（jerk），这反过来会影响所用的母线电压。 请注意正弦平方（sin2）轮廓本质上显示非常低的加加速度值，实际上可以通过限制梯形轮廓的加加速度达到更低值。因此，在大部分应用中选择正弦平方轮廓是更明智的。当使用梯形加速度曲线轮廓时，最大加加速度相对的会变高。如果您的系统刚性不够不能承受这个加加速度，系统将会共振，这会造成不稳定的控制环。在一些控制器，Vdi 是可选调整参数，可用来限制加加速度。Load in Newtons（负载，单位N） 注意要区分“运动曲线”一节中的“Load in Newtons”和“应用数据”一节中的“Moving Mass”。 “Moving Mass”参数是用来指定您将置换的实际负载的质量，而“Load in Newtons”参数是用来指定施加到应用中的额外的外部力。 这个力可以是任何力，如平衡物的重力，动子上一个弹簧的力。 如果“Load in Newtons”与动子自身的运动方向相反，则它也能是负数。 您需要分别指定运动周期中每个轮廓的“Load in Newtons”值。在下边的平衡物例子中，“Load in Newtons”被施加在整个运动周期中，所以需要给每个轮廓输入同样的值。在此例中用平衡物产生外部力，因为它的方向与动子引力相反，所以“Load in Newtons”输入值是负值 而在弹簧的例子中，只有在运动周期的某个阶段，如当动子与弹簧接触后才有“Load in Newtons”，所以不是所有的轮廓都有同样的“Load in Newtons”值，而一些轮廓的值将为0。在此例中通过弹簧产生外部力，只有当弹簧与动子接触后才有力。这意味着运动周期的那个特定阶段的轮廓才有“Load in Newtons”值2.4 怎样去创建一个运动周期 一个运动周期由一个或多个运动轮廓紧跟着一个“stop”轮廓组成。有两个下拉框，您可使用它们去定义周期里的轮廓、轮廓数和轮廓类型。当您选择最后一个轮廓并且把它的类型从“stop”改为其它类型，在它之后将会自动创建一个新的轮廓。把其中任意一个轮廓改为“stop”，则它之后所有轮廓将被忽略，它就是周期里的最后一个轮廓。2.5 轮廓类型有四种普通轮廓形式：3rd order（梯形）、正弦平方（sin2）、匀速和摆动。3rd order形式将把电机速度在轮廓中设置成一个梯形。正弦平方形式将电机加速度和减速度设置成一个正弦。您有四种方法去描述3rd order和正弦平方形式。以下是每个轮廓类型的描述。t3rd and tsin2 这些轮廓将会使电机从静止开始加速，以恒定速度运动，然后减速到0m/s，以行程和运动时间为基础。当您需要电机从A移到B，并且最大速度不重要时，可以用这些轮廓。m3rd and msin2 这些轮廓将使电机从静止开始加速，以恒定速度运动，然后减速到0m/s，以行程、最大速度和加速推力为基础。当您需要电机以指定的最大速度从A移到B时，可以用这些轮廓。a3rd and asin2 这些轮廓只能定义一个斜坡，例如加速或着减速到指定速度，以加速时间为基础。q3rd and qsin2 这些轮廓只能定义一个斜坡，例如加速或减速到指定速度，以加速推力为基础。cons 这个轮廓使电机在指定时间以恒定速度运动。stop 这总是运动周期的最后一个轮廓。它告知程序在不断重复周期前仿真所有的轮廓。 提示：因为3rd、sin2、q3rd和qsin2轮廓只能使用一个斜坡，要么加速要么减速，所以您需要至少两个这样的轮廓去组成一个完整的运动。您也可以把这些轮廓与“cons”组合去使电机以恒定的速度移动一定的距离。 提示：您可以使用cons轮廓去定义整个运动周期剩下的阶段，简单输入0m/s的最大速度并指定持续时间。在对于电机来说压力重的应用，在周期中这样定义剩下的阶段是重要的，因为这样让电机有机会去冷却。3.0 仿真3.1 运行仿真 在选择电机，定义应用数据和运动周期后，就可以按下界面底部的“Start Simulation”按钮运行仿真，这样就打开了结果显示画面。 结果显示画面分为四个单独部分。仿真结果显示画面图表区域 此区域显示所选数据与时间之间对应关系图，所有的结果数据是国际标准单位。点击图形上的任意一处选择一点，当鼠标移到到这点附近时会显示该点的坐标，即与时间对应的实际值结果（Results） 此部分显示的是关于运动周期和应用数据的计算结果。从上往下的值分别为： Peak force (N)峰值推力（N) Continous force (N)连续推力（N) Maximum electrical power (W)最大电功率（W） Minimum electrical power (W)最小电功率（W） Dissipated power in coils and track (W)动子和轨道的耗散功率（W） Temperature of motor housing (C)电机外壳温度(C) Dissipated power in brake resistor (W)制动电阻的耗散功率（W） Peak voltage (V)峰值电压（V) Bus voltage (V)母线电压（V) Peak current (A)峰值电流(A) Continuous current (A)连续电流(A)操作按钮 首先在主界面选择一个参数，您可以使用箭头按钮以10%比率去增加或减少该参数值，仿真结果会对应更新。这样可以轻松试验应用中的不同变化。数据曲线选择 您可以通过点击相应的按钮选择您想要显示在图表区域的数据曲线。数据曲线如下：Move与时间对应的电机位置Speed与时间对应的电机速度Acc与时间对应的电机加速度Jerk与时间对应的加加速度Force与时间对应的电机产生的推力Power与时间对应的电机能耗（W）Voltage与时间对应的相间电压Current与时间对应的电机电流消耗Temp与时间对应的电机动子的热性能F/V这显示两个曲线。粉红色的线是电机的典型特征，依赖于母线电压和线圈类型。黑色的线显示轮廓中的某个速度需要的推力。更重要的是电机能否处理运动周期。只要黑色线处于粉红线边界以内，电机就能处理运动周期。它同时也显示所选电机和运动轮廓的force / velocity （推力/速度）相关性。 举例如下：Force（推力）图表（左图），F/V图表（右图）推力（Force）图表举例 F/V图表举例还有三个复选框：还有三个复选框(图中所示），用法如下：Auto Scale 勾选此项可以使图表上的两轴随着参数进行的任何改变在结果窗口自动成比例。Simultaneous Plots 勾选此项可以使多个数据曲线同时显示在图表区域。Show Results 勾选此项让结果（Results）显示在图表区域的右边，取消此项则右边显示的是图表区域内数据曲线的名字。3.2 解释结果 只要结果区域仍然是灰色，则表示在电机极限范围内运行，电机自身是可以用到应用中去。当接近电机的极限该区域变橙色，超过极限则变红色。以动子温度举例如下，其他结果区域也一样。正常警告过载3.3 改善结果 通过改变运动轮廓或应用数据就可以轻松改善结果。 如果结果框显示红色，或者电机能很容易完成驱动任务，则选择一个较大电机或较小电机，然后重新仿真。 例如，如果对于一个给定的运动周期，您发现动子变得很热，您可以增加暂停时间（使用“cons”轮廓）或者从同型号里选择一个更大的电机。 如果运动周期中的峰值电压超过了母线电压的90%，可以改变加速类型（sin2或Vdi）或选择S型电机代替N型电机重新仿真（S型电机运行电压减少，但电流增加）。 您怎样改善结果，为您的应用选择合适的电机，只有两种方法。更重要的是，用常规的方法来改善结果，较大的电机也许能解决您的问题，但是成本更高，也许在运动周期稍加改变，就能解决问题，性价比更高。 可以尽量多的试验找到最佳选型，如有问题请联系上海微敏自控技术有限公司。 提示：仿真结果可以告知您电机能处理您设置的任务，但该结果不能反应精度、调节时间等方面的信息，因为精度、调节时间等依赖于整个伺服环，如机械的动态性能、反馈装置的精度和伺服控制器/放大器组合的带宽。3.4 将轮廓保存到文件中 您可以将随后用到