Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - ifte.de ? In der Leiste der Modellbibliothek findet man

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    04-Apr-2019

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Software: SimX - Einfuehrung - DC-MotorAus OptiYummy Simulation - eine praktische EinfhrungAutor: Dr.-Ing. Alfred Kamusella - ohne Altersbeschrnkung - Dieses Beispiel wurde ursprnglich aufbereitet, um Gymnasial-Schlern bei einem Besuch an der Universitt durch selbststndiges, praktisches ben das Erlebnis der numerischen Simulation zu vermitteln. Dazu wurde als Objekt ein Antrieb mit einem Gleichstrom-Motor gewhlt. Im Rahmen einer studentischen Komplexbung zur Dimensionierung eines Nadelantriebes fr einen Brailleschrift-Prger dient dieses Beispiel zur Einarbeitung in das Bedienkonzept von SimulationX. 1. SimulationX - ein Simulationsprogramm Oberflchlicher Einblick 2. Modell eines elektrischen Antriebs Motor mit Netzteil Einschaltstrom - Experiment Drehzahl - Experiment Regelkreis - Experiment 3. Was ist nun eigentlich Simulation? Eine erschpfende Antwort Einzusendende Ergebnisse: Teilnehmer der Lehrveranstaltung Optimierung schicken ihre Lsung per Mail an a.kamusella tu-dresden.de Als Anhang dieser Mail ist mit (xx=Teilnehmer-Nummer 01...99) die konfigurierte Modelldatei Antrieb_xx.isx in einem Archiv-File (z.B. ZIP) zu senden. Einsendeschluss: Die Nacht vor dem ersten bungskomplex. Die Nacht endet morgens um 10:00 Uhr! Von https://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor&oldid=21885131.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor OptiYummySoftware: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - ProgrammAus OptiYummy SimulationX - ein SimulationsprogrammDas von der ESI ITI GmbH aus Dresden entwickelte Simulationssystem gehrt zu den Modernsten: Wir wollen SimulationX in dieser praktischen Einfhrung nutzen, um zu demonstrieren, wie das mit dem Simulieren auf dem Computer so funktioniert. Das Programm steht als freie "Express Edition" z.B. fr Lehrzwecke mit eingeschrnktem Funktionsumfang zur Verfgung. Interessenten knnen diese Version aus dem ESI/ITI-Kundencenter nach Registrierungherunterladen und auf einem privaten Windows-Computer installieren. Nun geht es los - wir starten SimulationX!Die Programmoberflche hat in der Grundeinstellung folgende wesentlichen Bereiche:131.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Programm OptiYummy In der Leiste der Modellbibliothek findet man ein reichhaltiges Angebot an Elemente-Typen aus allen mglichen Fachgebieten. In den Bereich fr die Strukturansicht des Modellskann man diese Elemente einfach mit dem Cursor ziehen: Wie in einem "echten" Versuchsstand kann man die Elemente miteinander verbinden. Zum Verbinden nutzt man wieder den Cursor. Das gelingt aber nur, wenn die Element-Anschlsse zueinander passen (auch in der wirklichen Welt funktioniert eine elektrische Leitung meist nicht besonders gut als Wasserleitung!) Im Modellexplorer wird das aufgebaute Modell als Baumstruktur dargestellt: Die Form dieser Darstellung entspricht der Ordneransicht im Windowsexplorer. In dieser Baumstruktur werden die Elemente und die Verbindungen abgebildet. Die Werte des aktuell ausgewhlten Modell-Elements erscheinen in einem separaten Bereich (Auswahl in der Strukturansicht oder in der Baumstruktur) Der Ausgabebereich dient dem Protokoll, so erscheinen dort z.B. Fehlermeldungen bei der Arbeit mit dem Modell (hoffentlich nicht!). Von https://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Programm&oldid=21886231.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Programm OptiYummySoftware: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - AntriebsmodellAus OptiYummy Modell eines elektrischen AntriebsEs gibt nur wenige elektrische Gerte, die keinen elektrischen Antrieb enthalten (z.B. einfache Wasserkocher oder Leuchten). Ansonsten findet man fast berall mindestens einen kleinen Motor versteckt. Oft reicht es nicht aus, dass sich der Motor dreht: der Motor soll z.B. zu jedem Zeitpunkt die richtige Drehzahl besitzen; zu bestimmten Zeitpunkten soll sich der Motor z.B. um einen bestimmten Winkel gedreht haben; Motoren drfen z.B. nicht zu schnell beschleunigen oder bremsen, damit nichts kaputt geht; es muss manchmal schneller gehen als man gucken kann, z.B. in Bruchteilen von Sekunden und der Antrieb darf meist fast nichts kosten! Das Konstruieren eines modernen Antriebssystems ist meist eine anspruchsvolle Aufgabe: In der Werkstatt basteln, bis es funktioniert - das funktioniert oft nicht oder dauert viel zu lange! Auerdem kostet jede Stunde Arbeit in der Werkstatt ungefhr 100 - das kann keiner bezahlen. Deshalb entwickelt man immer hufiger zuerst numerische Modelle, mit denen man auf dem Computer eine Lsung sucht. Erst wenn man wei, wie man den Antrieb aufbauen muss, lsst man sich ein Versuchsmuster in der Werkstatt bauen. An einem vereinfachten Lehrbeispiel soll das Arbeiten mit solchen Computer-Modellen gezeigt werden. Damit es nun richtig losgehen kann, mssen wir zuvor unseren Modell-Ansichtsbereich entrmpeln, falls wir zum Ausprobieren dort ein paar Modell-Elemente verknpft hatten: Wir schlieen das Modell (Datei > Modell Schlieen) ohne Speichern. Gleichstrom-Motor Den Aufbau unseres Modells wollen wir mit dem Motor beginnen. Dazu zieht man "normalerweise" das zugehrige Modell-Element einfach aus der Bibliotheksleiste auf die Arbeitsflche einer neuen Modell-Datei (Strukturansicht des Modells). Achtung: Leider fehlt nach einer Umstrukturierung der Modellbibliothek seit der SimulationX Version 3.8 das Modell-Element "DC-Motor". 131.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Antriebsmodell OptiYummy Um dieses Einfhrungsbeispiel trotzdem bearbeiten zu knnen, wird eine Modell-Datei Antrieb_xx.isx mit einem eigenem Modell-Typ DC_Motor in einer ZIP-Archiv-Datei bereitgestellt. Nach dem Download ist die im ZIP-Archiv enthaltene Modell-Datei Antrieb_xx.isx in einem eigenen Ordner zu speichern und entsprechend der eigenen Teilnehmer-Nummer (xx=00...99) umzubenennen. Die weitere Bearbeitung des Beispiels erfolgt nach dem Datei > ffnen der bereitgestellten Modell-Datei. Nach Umschalten des Modell-Explorers von "Komponenten" auf "Typen" wird der lokale Element-Typ fr den DC-Motor sichtbar, den wir anstatt des Bibliothek-Elementes verwenden knnen. Wir ziehen das Element des DC-Motors in den Bereich der Modell-Struktur: Bewegt man danach dort den Cursor ber dieses Modell-Element, erscheint ein kleines Fenster mit den aktuellen Parameterwerten: Unser Motor, den wir fr den Antrieb benutzen mchten, besitzt natrlich ganz andere Parameter. Nach einem Doppelklick auf das Motor-Symbol ffnet sich ein Eigenschaftsfenster. Hier tragen wir die "richtigen" Parameter ein. Dabei muss man beachten, dass man die richtige Maeinheit gewhlt hat (z.B. bei der Ankerinduktivitt H umgeschaltet auf mH): Unser Motor erhielt automatisch den Namen dC1. Direkt in der grafischen Modellansicht oder in der Register-Karte Allgemein des Eigenschaftsdialogs kann dafr eine gnstigere Bezeichnung eintragen:231.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Antriebsmodell OptiYummy Nach dem Einschalten des Motors wollen wir uns den Signalverlauf des elektrischen Stromes anschauen, der dann durch die Ankerspule des Motors fliet. In der Register-Karte Ergebnisse kann man diejenigen Signale freischalten, welche man sich anschauen mchte: Stromversorgung (Netzteil) Zum Einschalten des Motors bentigt man noch ein Netzteil. Der Motor soll mit 24 V betrieben werden. Wir benutzen aus der Bibliothek eine Konstant-Spannungsquelle: Die waagerechte Lage des Symbols ist ungnstig fr die Verbindung mit dem Motor. Die Elemente kann man jedoch noch beliebig drehen und verschieben. Nach einem Mausklick auf das Element kann man die gewnschte Drehung oder Spiegelung veranlassen. Das Verschieben erfolgt dann einfach mit dem Cursor:331.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Antriebsmodell OptiYummy Der Name der Spannungsquelle soll Netzteil heien. Die Lage der Beschriftung kann man in der Registerkarte Allgemein der Element-Eigenschaften ndern (im Beispiel auf "links" und "vertikal"). Das Netzteil soll eine Spannung von 24 V liefern. Die Anschlsse des Netzteils mssen mit den Anschlssen des Motors verbunden werden (einfach mit der linken Maustaste!). Um die Schaltung mit einem Null-Potential zu versehen, bentigen wir noch eine elektrische Masse (in der Bibliothek unter Elektrotechnik/Elektronik-Analog-Grundbausteine): Auf der folgenden Seite wird beschrieben, wie wir in einem ersten Experiment den Anstieg des Motorstroms nach dem Anlegen der Betriebsspannung beobachten knnen. Datei > Speichern nicht vergessen (mit Teilnehmer-Nr. xx=01..99): Antrieb_xx.isx Von https://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Antriebsmodell&oldid=21887431.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Antriebsmodell OptiYummySoftware: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - EinschaltstromAus OptiYummy Einschaltstrom-ExperimentDamit man der Verlauf des Motorstroms nach dem Einschalten betrachten kann, muss man zuvor diese Ergebnisgre fr die Darstellung auswhlen (mittels rechten Mausklick auf Motor): Es wird ein leeres Ergebnisfenster fr den Motor-Strom geffnet, da wir noch keine Simulation gestartet hatten. Wir starten einfach mal einen Simulationslauf, um zu sehen, was passiert (Start > Simulation starten). Im Ergebnisfenster wird nun ein konstanter Strom von 4,8 A im Zeitbereich von 0 bis 1 Sekunde angezeigt. Das war laut Ohmschem Gesetz bei V=24 V und R=5 Ohm zu erwarten (Anzeige des Wertes durch Bewegen des Cursors mit gedrckter linker Maustaste im Diagramm):131.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Einschaltstrom OptiYummyIn den Ergebnisfenstern erfolgt standardmig eine automatische Skalierung der Y-Achse zwischen dem minimalem und maximalem Signalwert (im Beispiel 0...4,8 A). Dies ist nicht immer gnstig. In unserem Fall verluft die Signalkurve z.B. direkt auf der unbeschrifteten oberen Kante des Diagramms. Die Einstellung der gewnschten Skalierung und Beschriftung (im Beispiel 0...5 A) kann man ber die Eigenschaftsleiste des Ergebnisfensters vornehmen (Ansicht > Eigenschaftsleiste): Hinter jedem "Ergebnisfenster" verbirgt sich ein komplexes System zur Darstellung, Verarbeitung und Archivierung unterschiedlichster Ergebniswerte. Einen Eindruck von den umfangreichen Mglichkeiten erhlt man, wenn man ber den Hilfe-Menpunkt (?) des Ergebnisfensters die zugehrige Dokumentation aufruft: Die Funktionsvielfalt widerspiegelt sich in der Eigenschaftsleiste in einer verwirrenden Vielfalt von Einstell-Mglichkeiten: Die Baumstruktur bildet die hierarchische Struktur innerhalb des Ergebnisfensters ab (Fenster > Seite > Panel > Ergebnisgre). Nach Wahl eines Elements innerhalb dieser hierarchischen Struktur erscheint die zugehrige Liste von Eigenschaften im darunterliegenden Feld. Nach Wahl einer Eigenschaft in dieser Liste wird dazu im untersten Feld der Eigenschaftsliste eine Erluterung eingeblendet. Der Wert einer gewhlten Eigenschaft ist direkt nderbar. Unser Ziel einer sinnvollen Skalenteilung der Y-Achse zwischen 0 und 5 A knnen wir bereits mit den Eigenschaften des Panels erreichen (Abweichung von Vorgaben wird fett hervorgehoben): Automatische Anpassung = True (Anpassung an vernderte Min/Max) Zustzliche Unterteilung = True (Ablesbarkeit von Kommastellen) Ganzzahlige Unterteilung = True (Skalengrenzen gerundet auf nchste ganze Zahl) 231.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Einschaltstrom OptiYummyIm Motor befindet sich eine Spule, welche eine bestimmte Induktivitt besitzt. Deshalb drfte der Strom nicht "schlagartig" seinen Endwert erreichen, sondern muss vom Wert=0 A kontinuierlich ansteigen: Der standardmig simulierte Zeitbereich von 1 s ist fr unsere Spule viel zu gro! Die Zeitkonstante T fr den Stromanstieg betrgt nurT=L/R=0.002/5 s=0.4 ms Da nach ungefhr der dreifachen Zeitkonstante der Endwert des Stromes fast erreicht ist, gengt eine Simulationszeit von tStop=4 ms. Einstellungen > Transiente Simulation gestattet neben vielen anderen Einstellungen auch die Festlegung des berechneten Zeitbereiches: Wir verringern in der Registerkarte "Allgemein" tStop=4 ms. Nach Simulation > Rcksetzten starten wir erneut einen Simulationslauf: Hinweis: Mittels des Kontext-Mens (der rechten Maustaste) auf einer Koordinatenachse kann man diese grundlegend konfigurieren, z.B. auch die Zeitachse mit einer normgerechten Maeinheit beschriften. Statt des erwarteten stetigen Stromanstieges sehen wir einen eckigen Verlauf. Ursache ist Vorgabe fr die "minimale Ausgabeschrittweite" dtProtMin=1 ms. Die Stromkurve wird demzufolge im Beispiel aus Geradenstcken von 1 ms Lnge approximiert! Damit Kurvendarstellungen unabhngig vom Zeitbereich einigermaen "rund" sind, sollte man die Ausgabeschrittweite abhngig vom berechneten Zeitbereich machen. Fr die Max. Rechenschrittweite ist z.B. standardmig dtMax=(tStop-tStart)/100 eingetragen. Wichtig: Die Ausgabeschrittweite dtProtMin muss auf einen kleineren Wert als dtMax gesetzt werden, z.B.: dtProtMin=(tStop-tStart)/1000 (ansonsten wird 1 ms benutzt!). Zustzlich sollte die Protokollierung von Ergebnissen "Nach mindestens dtProtMin sowie vor und nach Ereignissen" erfolgen. Damit werden auch Unstetigkeiten in Signalverlufen "exakt" abgebildet:331.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Einschaltstrom OptiYummy Nun msste nach erneuter Simulationsrechnung ein knickfreier Stromverlauf sichtbar sein: Es ist sinnvoll, die Maeinheit der Zeitachse auf Millisekunden (ms) zu ndern. Im folgenden Experiment werden wir die Drehung des Motors und die Rckwirkung der Motor-Drehung auf den zeitlichen Verlauf des Stroms untersuchen. Von https://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Einschaltstrom&oldid=21888431.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Einschaltstrom OptiYummySoftware: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - DrehzahlAus OptiYummy Drehzahl-ExperimentWenn ein elektrischer Strom durch die Spule des Motors fliet, wird ein Drehmoment erzeugt und der Motor beginnt sich zu drehen. Diesen Vorgang werden wir jetzt mit dem Modell simulieren. Zustzlich zum Strom wollen wir das Drehmoment des Motors als Signalverlauf darstellen: Luftspaltmoment T als Ergebnisgre des Motors fr die Ausgabe aktivieren. Fr den Motor dieses Luftspaltmoment T in einem neuen Signalfenster darstellen. Simulation zurcksetzen und starten, damit der Signalverlauf berechnet wird. Der Verlauf des Drehmoments T sieht nach entsprechender Konfiguration des Ergebnisfensters genauso aus wie der Stromverlauf, denn es gilt T=kTi. Hinweis: Die Option "Ganzzahlige Unterteilung" wirkt auch bei vorangestellten Nullen entsprechend des Maximalwertes. Das bereitgestellte Motor-Modell besitzt keine beweglichen, drehbaren Teile! Damit sich etwas drehen kann, muss man also noch die drehbare Masse des Rotors von 40 gcm als Modell-Element ergnzen: In der Bibliothek existiert eine physikalische Domne "Rotatorische Mechanik (1D)". Hieraus verwenden wir die rotatorische Trgheit: Der Rotor unseres Motors besitzt eine Drehtrgheit J=40 gcm. Wir wollen uns in Form von Signalen anschauen, um welchen Winkel phi sich der Rotor dreht und wie gro die Drehgeschwindigkeit om wird. Wir haben inzwischen 4 Signalfenster auf dem Bildschirm, so dass es langsam etwas unbersichtlich wird: Das Signal-Fenster Motor.T knnen wir schlieen. Die brigen Signale ziehen wir mit dem Cursor per Drag&Drop einfach in das Signal-Fenster fr den Strom (Hinweis: Ziehen der Signal-Legende, z.B. ). 131.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Drehzahl OptiYummy Im Zielfenster deutet beim Drag&Drop ein farbiger Rahmen an, ob das vorhandene Diagramm-Panel auf der Seite genutzt wird, oder ob ein neues Diagramm-Panel angelegt wird: Es wre mglich, dass hinzugefgte Signal mit dem vorhandenen Signal zu verknpfen. Die mglichen Verknpfungsoperationen werden als farbige Symbole eingeblendet. Wir schieben die Signale ohne Verknpfung in das vorhandene Diagramm-Panel. Die drei Zeitachsen fassen wir dann zu einer gemeinsamen Achse zusammen (Kontext-Men der Zeitachsen). Als Maeinheit verwenden wir wieder die Millisekunde. Nun wollen wir uns die Zeit nehmen und die Signal-Verlufe genauer betrachten: Der Strom i steigt wieder von Null beginnend an. Aber anstatt einen Endwert von 4,8 A zu erreichen, verringert sich der Motor-Strom danach wieder. Ursache fr das Absinken des Motorstroms ist die beginnende Drehbewegung des Motors. Die Rotor-Drehzahl om erhht sich stetig. Der vom Rotor zurckgelegte Winkel phi wird dabei immer grer. Am Ende der durchgefhrten Simulation haben die Signale noch keinen Endwert erreicht. Deshalb wollen wir in der Simulationssteuerung tStop=10 ms setzen. Ohne vorheriges Rcksetzen kann man die Simulationsrechnung durch Simulation starten beginnend von der bisherigen Endzeit 4 ms fortsetzen lassen. Anstatt der Maeinheit rad wollen wir die anschaulichere Einheit verwenden (Hinweis: das Grad ist identisch mit deg). Das bewerkstelligt man einfach ber das Men an der Maeinheit: 231.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Drehzahl OptiYummy Genauso lassen wir uns die Drehzahl in U/min anzeigen: Der verwendete Motor erreicht ohne Belastung eine Enddrehzahl von ungefhr 2300 U/min. Die Enddrehzahl ist erreicht, wenn der Motorstrom kein antreibendes Drehmoment mehr erzeugt. Dann wird der Rotor nicht mehr beschleunigt. Ein Motor wirkt gleichzeitig als Generator. Der Motorstrom geht im Leerlauf (ohne Reibung) auf Null, wenn die infolge der Rotor-Drehung induzierte Spulenspannung gleich der Betriebsspannung ist. Dann ist die Spannungsdifferenz ber der "Induktivitt" der Spule gleich Null. Abschlieend zu diesem Experiment werden wir den Rotor noch mit einer Dmpfung belasten (Rotatorische Mechanik). Ein Dmpfer-Element erzeugt ein Last-Moment, das proportional zur Drehzahl ist: Von Null beginnend wollen wir die Last (Dmpfung b) vorsichtig erhhen, bis ein Endstrom von ungefhr i=0,5 A fliet: 331.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Drehzahl OptiYummy Die Enddrehzahl verringert sich bei dieser Belastung um ca. 10%. Hinweis: den Endstrom i(tStop) kann man auf zwei Arten ermitteln 1. Wahl von Motor.i im Ergebnisfenster (z.B. ber die Legende) und Wahl des Zeitpunktes X mit dem Cursor (Siehe vorheriges Bild). 2. Wahl des Elements Motor in der Modellstruktur-Ansicht oder im Modellexplorer. Der aktuelle End-Wert des Motorstroms erscheint in der zugehrigen Liste der Ergebnisse: Im Endzustand wird die elektrische Leistung von Pel=12 W=24 V0,5 A teilweise in der Motor-Spule verheizt (Pl=1,25 W=0,5A5 Ohm). Der Rest von Pmech=10,75 W entspricht der vom Motor bereitgestellten mechanischen Leistung. Die nderung der magnetischen Feldenergie Pmag ist im eingeschwungenen Zustand praktisch Null. Wie sich die Verhltnisse zwischen den einzelnen Leistungsanteilen (elektrisch, thermisch, magnetisch, mechanisch) whrend des Anfahrvorgangs ndern, kann man sich anhand der berechneten Signalverlufe anzeigen lassen (Maeinheit von Kilowatt auf Watt ndern): 431.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Drehzahl OptiYummy Fasst man in einem neuen Panel unter Beachtung der Vorzeichen alle Leistungsanteile als Summe zusammen, so ergibt sich der Wert=0 (mit numerischem Rauschen). Der Energie-Erhaltungssatz wird in unserem Modell fr den Motor also nicht verletzt. Hinweis: Auf Grundlage der bisherigen Kenntnisse sollte es mglich sein, wie im Bild gezeigt, in einem neuen Panel des gleichen Ergebnisfensters durch Kopieren (Drag&Drop mit gedrckter -Taste) und Benutzung der eingeblendeten Operatoren mit den Leistungssignalen die vorzeichenrichtige Summenbildung vorzunehmen. Speichern des Modells nicht vergessen! Von https://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Drehzahl&oldid=21889531.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Drehzahl OptiYummySoftware: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - RegelkreisAus OptiYummy Regelkreis-ExperimentOft soll ein Antrieb nicht nur ein- und ausgeschalten werden, sondern sich nach einer vorgegebenen Sollkurve bewegen. Das kann man mit einem Gleichstrom-Motor hinreichend genau nur mit einem Regelkreis realisieren In unserem Beispiel soll der Motor erst in eine Richtung hochdrehen und dann die Bewegung umkehren. Zum Schluss soll er wieder stehen bleiben. Der gesamte Vorgang soll 1 Sekunde dauern. Bei der Bewegung soll der Motor mglichst ruckfrei beschleunigen, also ganz "zart" die Drehzahl ndern. Dafr wollen wir zuerst einen Sollwert-Generator fr die Vorgabe der Winkelgeschwindigkeit aufbauen: Es bietet sich an, fr diesen Bewegungsvorgang eine komplette Sinus-Schwingung (=1 Sinus-Impuls) als Grundlage zu nehmen. Wir finden in der Bibliothek das Element Impulsgenerator unter "Signalglieder - Signalquellen". Nach dem Einfgen in unser Antriebsmodell mit dem Namen "Sinus" konfigurieren wir diesen Generator als Sinusgenerator mit einer Impulslnge von 1 s: Hinweis:Der Name self bezeichnet das eigene Element. SimulationX ergnzt diesen Vorsatz automatisch fr alle Bezeichner, welche sich auf das eigene Element beziehen. Im Beispiel ist der Folgeabstand S also immer so gro wie die Impuls-Breite W. Wenn wir die Simulationszeit fr das Modell auf 2 s erhhen, erhalten wir folgendes Ausgangssignal vom Sinusgenerators:131.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Regelkreis OptiYummyEin solcher Drehzahl-Verlauf wre aber noch nicht sanft genug. Am Anfang und Ende gbe es einen ordentlichen Ruck! Deshalb quadrieren wir den Funktionsverlauf unter Beibehaltung des Vorzeichens: Wir nutzen dafr das Element f(x) direkt aus dem Bibliotheksordner "Signalglieder". sign(x) liefert das Vorzeichen von x und kann nur 3 Werte besitzen (-1,0,+1): Die Zusammenschaltung beider Signalglieder liefert nun eine sanfte Bewegungssollkurve:Zustzlich zum Sollwert-Generator bentigen wir einen Sensor, welcher die aktuelle Drehzahl misst. In der Praxis funktioniert das z.B. mit einer Codescheibe in einem optischen inkrementalen Geber:Wir wollen das im Beispiel stark vereinfacht mit einem trgheitslosen, analogen Sensor-Element aus der Bibliothek realisieren: 231.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Regelkreis OptiYummy Den "Bewegungssensor" findet man in der Bibliothek im Ordner "Rotatorische Mechanik (1D)". Dieser Sensor liefert nach seinem Verbinden mit dem Last-Element alle Bewegungsgren an seinen Ausgngen (phi, om, alp): Das Sensor-Element dreht man in der Modellstruktur in die gewnschte Position. Damit man sieht, an welchem Anschluss welches Signal anliegt, kann man die Anschlsse innerhalb der Modellstruktur einblenden (Ansicht > Beschriftung > Anschlsse). Diese Beschriftung sollte man dann wieder ausschalten, weil sie meist strt! Hinweise zu unverbundenen Anschlssen: Freie Anschlsse eines Kraftelements (z.B. Feder, Dmpfer, Reibung) sind im Modell "automatisch" fest eingespannt. Um Fehler zu vermeiden, sollte man mglichst (wie gezeigt) die in der Realitt vorhandene Einspannung als Element ergnzen (Rotatorische Mechanik(1D) - Element "Vorgabe" - konfiguriert als "Einspannung"). Ein sehr "gemeiner" Modellierungsfehler wre z.B. die Verbindung des Drehzahlsensors mit dem "freien" Anschluss ctr2 der Last-Dmpfung. Dann wrde die Dmpfung praktisch unwirksam, da nicht mehr die Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem Motorgehuse erfasst wrde! Der "freie" Anschluss Motor.ctr2 entspricht dem Motorgehuse, das praktisch auch fest eingespannt ist. Wegen der bersichtlichkeit wurde hier auf eine Verbindung mit einem Einspann-Element verzichtet. Als Amplitude fr unseren Sollwert-Verlauf wollen wir 100 rad/s vorgeben. Dazu mssen wir die Quadrat-Funktion um diesen Faktor ergnzen):F: sign(self.x)*self.x*self.x*100Hinweise zu Maeinheiten: Die Modellberechnung in SimulationX erfolgt grundstzlich mit den SI-Einheiten! Verwendet man eine Modellgre in einer Formel, so enthlt die Modellgre immer den aktuellen Zahlenwert fr die SI-Einheit. Deshalb wurde im Beispiel eine Drehzahlvorgabe in der SI-Einheit rad/s verwendet, ansonsten htte man die Umrechnung in der Formel entsprechend bercksichtigen mssen! Nur fr die Eingabe der Parameter und die Darstellung von Ergebnisgren knnen handliche Vorstze zu den SI-Einheiten gewhlt werden. SimulationX nimmt dann automatisch die Umrechnung zur SI-Einheit vor. Im nchsten Schritt muss man die Regelabweichung als Differenz Sollwert minus Istwert bilden: Wir nutzen fr die Bildung der Abweichung aus der Bibliothek einen Summationspunkt (direkt im Ordner "Signalglieder"):331.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Regelkreis OptiYummy Im Beispiel wurde dieses Element um 180 gedreht und der Eingang x1 mit dem Istwert gespeist. Der Sollwert geht in den Eingang x3. Um Y=x3-x1 zu bilden, muss man den Summationspunkt wie folgt konfigurieren:Der Regler wertet die Regel-Abweichung aus und beeinflusst dann die Betriebsspannung fr den Motor so, dass diese Abweichung mglichst klein wird: Wir nutzen einen einfachen P-Regler (P-Element in der Bibliothek unter "Signalglieder - Lineare Signalglieder") und speisen seinen Eingang mit der Regelabweichung. Ein P-Regler verstrkt mit dem Faktor G die eingespeiste Regelabweichung (Proportional-Regler):Mit dem resultierenden Ausgangswert des Reglers muss man nun entsprechend die Betriebsspannung fr den Motor beeinflussen. Dazu bentigen wir eine gesteuerte Spannungsquelle: Wir ersetzen die "Konstantspannungsquelle" (im Modell lschen) durch eine "Spannungsquelle mit Signaleingang" (unter "Elektronik - Analog - Quellen"). Der Ausgang Regler.y wird mit dem Signaleingang in1 der Spannungsquelle verbunden:431.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Regelkreis OptiYummy Als Ausgangsspannung des Netzteils soll direkt der Ausgangswert Regler.y benutzt werden (entspricht in1des Netzteils). Durch ndern des Verstrkungsfaktors G des Reglers kann man nun eine hinreichende bereinstimmung zwischen Sollwert- und Istwert-Verlauf der Drehzahl erreichen. Es ist gnstig, beide Signal-Verlufe in einem Fenster darzustellen. Die Verstrkung sollte man mglichst niedrig halten, weil hohe Verstrkungen zu instabilen Reglerverhalten fhren. Der dargestellte Drehzahlverlauf ergibt sich bei G=1: Der Regler gewhrleistet, dass durch die Motorspule zu jedem Zeitpunkt der erforderliche Strom fliet: 531.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Regelkreis OptiYummyAchtung!Leider wird der Proportional-Regler in der Praxis nie so gut funktionieren wie hier im Modell: Im Modell wurden Zeitverzgerungen im Antriebsstrang, z.B. infolge von Nachgiebigkeiten in der Antriebswelle, nicht bercksichtigt. In der Praxis fhrt das zum Schwingen des Antriebssystems schon bei relativ kleinen Verstrkungen. Mit den mglichen kleinen Verstrkungen kann man nur eine ziemlich groe Regelabweichung realisieren. Deshalb ergnzt man in der Praxis den Regler z.B. um einen Integral-Anteil. Damit kann man im Idealfall die Regelabweichung stark reduzieren. Speichern des Modells nicht vergessen! Von https://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Regelkreis&oldid=21890631.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Regelkreis OptiYummySoftware: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - SimulationAus OptiYummy Was ist nun eigentlich Simulation?Umgangssprachlich ist ein Simulant jemand, welcher nicht vorhandene Symptome einer Krankheit vortuscht, um daraus Vorteile zu ziehen. Diese Art Simulation haben wir hier nicht betrachtet! Bei uns ging es darum, durch Experimentieren neue Erkenntnisse zu gewinnen. Im betrachteten Beispiel wre ein Erkenntnisziel, wie man den Regler dimensionieren sollte, damit der Antrieb sich wie gewnscht verhlt. Um diese Erkenntnis zu gewinnen, fhrten wir Experimente durch ("mal schauen, was passiert"). Allerdings verwendeten wir dabei nicht den echten Antrieb, sondern benutzten ein Computermodell. Verallgemeinert kann man sagen:Simulation ist jegliche Benutzung eines Modells als Ersatzobjekt, um damit Erkenntnisse ber das modellierte Objekt zu gewinnen. Dazu einige Erluterungen: Simulation hat nicht unbedingt etwas mit der Benutzung eines Computers zu tun. Wenn man z.B. zwei Blle und eine Kerze zur Verdeutlichung der von der Erde aus sichtbaren Mondphasen benutzt, ist das auch eine Simulation. Auch wenn man ber etwas nachdenkt, "simuliert" man. Man nutzt in den Gedankenexperimenten dann Sprach-Konstruktionen als Ersatz-Objekte fr das, was in der Realitt stattfinden soll. Simulation ist etwas typisch Menschliches. Denn bevor man eine geplante Handlung ausfhrt, hat man sich meist bereits anhand von Ersatz-Objekten (Modellen) berlegt, was dann passiert. Leider ist die "Simulationsleistung" des menschlichen Gehirns ziemlich beschrnkt. Durch die Benutzung von Computer-Modellen kann der Mensch auf eine hhere Simulationsleistung zugreifen. Denn viele Operationen des menschlichen Nachdenkens kann man in Form von Computer-Algorithmen formulieren (z.B. im Sinne "if ... then ... else ....;" oder im Sinne "Knstlicher Intelligenz unter Nutzung Neuronaler Netze"). So kann man mit Computer-Simulationen ganz neue Lsungen fr komplizierte Problemstellungen finden! Bei aller Technik-Begeisterung sollte man jedoch beachten: "Nicht alles lsst sich simulieren!" Letztendlich funktioniert nur die reale Welt richtig und darf als Prfstein fr jegliche Simulationsergebnisse nicht vergessen werden! Von https://www.optiyummy.de/index.php?title=Software:_SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Simulation&oldid=21891131.01.2019Software: SimX - Einfuehrung - DC-Motor - Simulation OptiYummy000_Software__SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor001_Software__SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Programm002_Software__SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Antriebsmodell003_Software__SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Einschaltstrom004_Software__SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Drehzahl005_Software__SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Regelkreis006_Software__SimX_-_Einfuehrung_-_DC-Motor_-_Simulation

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