Katedra Mechatroniki Wydział Elektryczny POLITECHNIKA ŚLĄSKA
INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
Przedmiot: Metody polowe w mechatronice			Kierunek: Komputerowe Systemy Sterowania
Ćwiczenie: Analiza wyników FEMM w programie MATLAB.			Nr ćwiczenia: 3

1. Przebieg ćwiczenia

W trakcie ćwiczenia zostaną zrealizowane następujące punkty:

• „Upgrade” pliku obliczeniowego dla określenia wpływu prądu na wyniki dotyczące indukcyjności cewki.

• Prezentacja wyników w programie Matlab i ich analiza graficzna.

• Wykonanie modelu elektromagnesu w programie SIMULINK (przy założeniu liniowości obwodu magnetycznego).

• Określenie dopuszczalności zastosowania takiego modelu na podstawie wyników obliczeń polowych.

1. Obliczenia z udziałem LUA

1. Plik skryptowy z ćwiczenia 2 należy rozszerzyć do postaci przedstawionej poniżej. Pozwoli to na uzyskanie wyników w funkcji prądu i położenia, co umożliwi w późniejszym czasie wykonanie modelu elektromagnesu w programie SIMULINK (nakładka MATLAB'a) w formie schematu blokowego.

-- Obliczenia dla modelu elektromagnesu

open("EM.fem")

mi_saveas("temp.fem")

handle = openfile("wyniki_n.dat","w") -- otwarcie pliku

dz=0.05 -- przesunięcie o 0.05 cala w każdym kroku

n_loc=21 -- liczba położeń

for krok=0, n_loc-1, 1 do

mi_seteditmode("group")

-- wybieramy zworę

mi_selectgroup(1)

if (krok>0) then

mi_movetranslate(0,dz)

end

I_max=2 -- prad maksymalny

n_prad=10 -- liczba prądów

di=I_max/n_prad -- przyrost prądu

for tok=1 , n_prad , 1 do

curr=tok*di -- wartość prądu

mi_modifycircprop("Cewka",1,curr) -- zmiana prądu cewki

mi_analyze()

mi_loadsolution()

-- Wyznaczenie sily dzialajacej na zworę

mo_groupselectblock(1)

sila_p=mo_blockintegral(19)

mo_clearblock()

-- Wyznaczenie sily dzialajacej na cewke - met.sily Lorenza

mo_groupselectblock(2)

sila_l=mo_blockintegral(12)

mo_clearblock()

-- Wyznaczenie parametrów cewki

prad,napiecie,strumien=mo_getcircuitproperties("Cewka")

-- Wpisanie wynikow do pliku

przes=krok*dz

write(handle,przes," ",prad," ",strumien," ",sila_p," ",sila_l," ","\n")

mo_close()

end

end

closefile(handle)

-- koniec skrypu LUA

2. Skopiowanie go do katalogu w którym znajduje się model „EM.fem” pod nazwą „obliczenia.lua”

3. Sprawdzenie pliku „EM.fem” który powinien posiadać warunek ABC (ćw.1) zadany na brzegu.

4. Zredukować szczelinę między rdzeniem a zworą do 0,05 cala.

5. Wczytanie pliku „obliczenia.lua” do programu przy użyciu opcji „Open Lua Script” z menu „File”

6. W wyniku wykonania powyższego skryptu w katalogu aktualnym powstanie plik tekstowy „wyniki_n.dat” zawierający wszystkie dane niezbędne do opisu elektromagnesu.

2. Skrypty MATLAB'A

1. Wybierz z Programów w menu Start program MATLAB. Otwiera to okno programu z pustym oknem komend (Command Window), wykazem zmiennych w przestrzeni roboczej (Workspace) oraz historą (Command History). Pozwala ono na wprowadzanie komend, wyświetlanie wyników etc.

2. W rzeczywistości okno komend służy głównie do wyświetlania wartości zmiennych etc. W celu realizacji obliczeń wykorzystujemy skrypty, Są one plikami tekstowymi w których wpisujemy komendy i instrukcje MATLAB'a. Służy do tego specjalny Edytor skryptów który można uruchomić w menu rozwijalnym funkcją New/M-file lub ikoną
   w pasku narzędzi

3. W celu wykorzystania programu MATLAB do obróbki danych otrzymanych uprzednio z programu FEMM należy utworzyć następujący plik w edytorze. Należy podkreślić iż w każdej chwili w trakcie wpisywania można wykonać już utworzoną część pliku korzystając z komendy Debug / Run z menu rozwijalnego. Przed wykonaniem jej po raz pierwszy należy upewnić się czy znajdujemy się we właściwym katalogu w którym jest plik „wyniki_n.dat”. Plik najlepiej od razu zapisać pod nazwą „FEMM.m” gdzie rozszerzenie *.m jest standardowym.

% Wczytanie i prezentacja wyników z FEMM

load -ascii 'wyniki_n.dat' % Wczytanie wyników z FEMM'a do macierzy "wyniki_n"

wyn_femm=wyniki_n; % Przepisanie wyników do innej macierzy

% Definicja pomocniczych parametrów

n_prad=10;

n_loc=21;

prad=linspace(0.2,2,n_prad); % linespace(i_min,i_max,n_i) - tworzy wektor % prądów jak w FEMM

loc=linspace(0.05,1,n_loc); % linespace(x_min,x_max,n_p) - tworzy wektor położeń % jak w FEMM

loc=loc*0.0254; % w [m]

[XX,II]=meshgrid(loc,prad); % Utworzenie macierzy opisującej punkty dla których

% wyznaczono siłe i strumień

Sila=zeros(size(II)); % Utworzenie macierzy dla wartości siły i strumienia

Strumien=Sila; % (na razie wypełnione 0-rami)

% Teraz trzeba to przepisać ...

wiersz=0;

for x=1:n_loc, % po położeniu

for i=1:n_prad, % po prądzie

wiersz=wiersz+1; % numer wiersza w macierzy "wyn_femm"

Strumien(i,x)=wyn_femm(wiersz,3); % Wartość strumienia w 3-ciej kolumnie

Sila(i,x)=wyn_femm(wiersz,4); % Wartość siły w 4-ciej kolumnie

end

end

% Wydruk wyników

figure;

mesh(II,XX,Sila)

xlabel('PRAD i [A]');

ylabel('POLOZENIE x [m]');

zlabel('SILA [N]');

title(['SILA']);

figure;

mesh(II,XX,Strumien)

figure;

% Wyznaczenie wartości indukcyjności

Ind=Strumien./II;

mesh(II,XX,Ind)

4. Korzystając z przykładu proszę uzupełnić rysunki przedstawiające strumień i indukcyjność o opis.

5. Określiś zakres pracy w którym można przyjąć założenie o liniowości obwodu magnetycznego.

3. Praca własna

1. Przygotować układ równań opisujących elektromagnes przy założeniu że zwora jest zamocowana na sprężynie o stałej sprężystości K i położeniu martwym x₀ z tłumikiem o tłumieniu B (Rys.1) oraz że pomijamy zjawisko nasycenia obwodu magnetycznego.

Rys.1 Elektromagnes

2. Obliczyć parametry różniczkowe
   ,
   elektromagnesu korzystając z funkcji „gradient” i określić na tej podstawie zakres „liniowości” modelu matematycznego.

3. Wykonać implementację modelu matematycznego elektromagnesu wykorzystując model blokowy w programie MATLAB/SIMULINK dobierając „racjonalnie” wartości parametrów K i D.

4. Przeprowadzić przykładową symulację.

2. Uwagi do sprawozdania

• W sprawozdaniu powinny się znaleźć bitmaty przedstawiające charakterystyki elektromagnesu (siła, strumień, indukcyjność) oraz wygląd modelu elektromagnesu uzupełnione o wykresy pokazujące przebiegi położenia, prądu i prędkości w wykonanym modelu.

LITERATURA PODSTAWOWA:

1. Instrukcja programu FEMM

Opracował: dr inż. W.Burlikowski	Sprawdził: mgr inż. R.Kroczek	Zweryfikował: dr inż. P.Kowol	Zatwierdził: prof. dr hab. inż. Krzysztof KLUSZCZYŃSKI
Uwagi:

-2-

---