Per PWM angesteuerten Motor in Simulink simulieren

[Masterand (Gast)]

Hallo,

ich bastel gerade an einer Simulation und verwende dort einen Motor 
innerhalb eines Regelkreislaufes. Bislang ist der Regleroutput zur 
Vereinfachung direkt das Drehmoment. Der Motor wird real aber per PWM 
angesteuert und daher wird denke ich der Regleroutput dann der PWM Duty 
Cycle in 0-100 sein. Meinem Kenntnisstand nach ist die 
Drehzahl-Motorkennlinie bei direkter Ansteuerung mit 0-12V linear. Laut 
der Forensuche ist das bei PWM jedoch nicht so, zumindest soll das 
Drehmoment per PWM allgemein höher sein, da man ja durch die gepulste 
Ansteuerung mit 12V einen höheren Strom (und damit auch ein höheres 
Drehmoment) verwendet. Die Frage ist jetzt, wie simuliere ich sowas in 
Simulink?

Es muss ja nicht realitätsgetreu sein. Eine Motorkennlinie für die 
reguläre Ansteuerung habe ich: 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/175000-199999/191880-da-01-de-PLANETENGETRIEBEMOTOR_DSMP420_12_024_BF.pdf 
(die 12V Variante)

Wie rechne ich den PWM Duty Cycle von 0-100 in das entsprechende 
Drehmoment um oder wie gehe ich dafür vor? Im Forum habe ich schon viel 
Diskussionsmaterial gefunden, aber schlau bin ich daraus nicht 
geworden...

Beste Grüße und vielen Dank

[Bachelorand (Gast)]

Hallo,

der Regleroutput ist das Drehmoment? Das verstehe ich jetzt nicht. Der 
Regleroutput müsste doch der duty cycle sein.

In der Regel kannst du nun mit den Gleichungen
http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichstrommaschine#Mathematische_Grundlagen

und einer Beziehung über die Motorkonstante (Datenblatt), die meine ich

$$M = ki$$

ein Simulink-Modell aufbauen.

[Masterand (Gast)]

Aktuell habe ich noch keinen Motor simuliert. Darum ist der Regleroutput 
bislang direkt das Drehmoment. Dazwischen muss ich jetzt natürlich das 
Motormodell schalten, welches mir den Duty Cycle in das Drehmoment 
umrechnet.

Zu deinem Link: Ich habe nicht mehr als das Datenblatt des Motors, mir 
fehlen daher Konstanten wie die Ankerspannung, Wicklungen etc. Es geht 
mir ja auch nicht darum, den Motor detailgenau nachzubauen.

Ich möchte das Gesamtsystem genau genug simulieren, um ungefähre 
Abschätzungen bezüglich dem Regler und dem Gewicht/Schwerpunkt des zu 
simulierenden Systems durchzuführen.

[Bachelorand (Gast)]

Die Ankerspannung ist ja i.d.R. auch keine Konstante, sondern die 
Spannung, die du per PWM erzeugst und an den Motor anlegst.

Ohne die Maschinenkonstante im Datenblatt hilft das Ganze leider 
natürlich nichts. Daher kann ich dir nicht weiter helfen.

Wobei ich auch keinen Sinn darin sehen würde, in einer solch ungenauen 
Simulation einen nichtlinearen Drehzahl-Spannungs-Verlauf anzunehmen, 
aber das wirst du genauer wissen ;)

[Masterand (Gast)]

Ok. Also meinst du die beste Lösung ist, schlichtweg anzunehmen, dass 
das Drehmoment linear mit dem Duty Cycle ansteigt?

[Bachelorand (Gast)]

Dazu kenne ich den Hintergrund nicht genau genug und ich weiß 
schlichtweg nicht, ob die Kennlinie stark nichtlinear ist oder ob ein 
linearer Zusammenhang genügt.

Dazu hoffe ich einfach mal auf eine Stellungnahme einer anderen Person.


Ich hatte jetzt nur das Gefühl, dass die Gesamtsimulation sowieso sehr 
ungenau ist und ungenaue Resultate deinen Ansprüchen genügen. Wenn die 
Kennlinie annähernd linear ist, wird die Annahme das ungenaue 
Gesamtergebnis unter Umständen nicht groß verschlechtern. Das musst du 
selbst abschätzen.

[Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann)]

Die erste Frage ist mal, ob du den Regelkreis diskret oder 
kontinuierlich simuliert hast. In der gleichen Art würde ich dann den 
Motor simulieren. U.u. bringt es dir gar keinen Erkentnissgewinn, wenn 
du die PWM-Frequenz berücksichtigst. Man kann z.B. als erstes die 
elektrische Zeitkonstante der Wicklung über ein PT1-Glied abbilden. Bei 
Bedarf kann man dann noch die EMK in Abhängigkeit der Drehzahl 
darstellen, sowie für das Beschleunigungsverhalten die Trägheit des 
Rotors bei der Umwandlung von Drehmoment in Winkelbeschleunigung 
berücksichtigen.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann