طراحی موتور DC با سیمولینک متلب

 پروژه طراحی موتور DC با کنترل داخلی جریان و خارجی سرعت یکی از پروژه‌های درس کنترل دور موتورهای الکتریکی می‌باشد. می‌دانیم که امروزه موتورهای DC یکی از پرکاربردترین موتورها در صنعت می‌باشند که در این پروژه نحوه طراحی آن‌ها در سیمولینک متلب و همچنین نحوه کنترل سرعت این نوع موتورها را مورد بررسی قرار می‌دهیم؛ بنابراین لازم است که ابتدا توضیحاتی راجع به این نوع موتورها داشته باشیم:

تعریف موتور: یک موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. بیشتر موتورهای الکتریکی از تقابل میدان‌های مغناطیسی و هادی‌های حامل جریان برای تولید نیروی گرداننده استفاده می‌کنند. موتورها و ژنراتورها شباهت‌های زیادی دارند و بسیاری از گونه‌های موتور الکتریکی را می‌توان به‌عنوان ژنراتور هم به کار برد، یا برعکس. موتورهای الکتریکی نیز به دو دسته اصلی جریان متناوب (AC) و جریان مستقیم (DC) تقسیم می‌شوند.

اغلب موتورهای الکتریکی بر اساس اصول الکترومغناطیس به حرکت درمی‌آیند، اما موتورهای دیگری وجود دارند که بر اساس دیگر پدیده‌های الکترومکانیکی مانند نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند. اصل اساسی در موتورهای الکترومغناطیس این است که به سیم‌های حامل جریان الکتریکی در داخل میدان مغناطیسی نیروی مکانیکی اعمال می‌شود. این نیرو در قانون نیروی لورنتز تشریح شده‌است.

موتور DC در سال 1873 میلادی اختراع شد. این نوع موتورها دارای آرمیچری روی روتور به شکل آهنربای الکتریکی است. یک سوئیچ دوار به نام کموتاتور جهت جریان الکتریکی را در آرمیچر در هر سیکل دو بار بر عکس می‌کند تا قطب‌های آهنربای الکتریکی، آهنربای دائمی واقع در استاتور را جذب و دفع کند. در واقع کموتاتور آهنربای الکتریکی آرمیچر را با عبور قطب‌های آهنربای الکتریکی آرمیچر از جلوی قطب‌های آهنربای دائمی استاتور معکوس می‌کند. در طول این جابه‌جایی پلاریته تکانه روتور در یک جهت ثابت می‌ماند و روتور به چرخش خود ادامه خواهد داد. البته می‌توان آهنربای دائم در محیط بیرونی یک موتور DC را با آهنربای الکتریکی تعویض کرد. اما هدف ما در این آموزش طراحی موتور DC در سیمولینک متلب و طراحی کنترل‌های داخلی جریان و خارجی سرعت برای این نوع موتورها می‌باشد.

در این فیلم آموزشی مدل‌سازی و شبیه‌سازی موتور DC با کنترل داخلی جریان و خارجی سرعت در سیمولینک را به شما دوستان عزیز آموزش می‌دهیم. مدل دینامیکی سیستم الکترومکانیکی موتور DC به‌صورت کامل مدل‌سازی، شبیه‌سازی و تحلیل شده‌است. اما همان‌طور که گفته شد موتور DC یک سیستم الکترومکانیکی می‌باشد یعنی از دو قسمت الکتریکی مدار RL و مکانیک سیستم دورانی تشکیل شده است. در این آموزش نیز همه مراحل این شبیه‌سازی به‌صورت گام‌به‌گام انجام شده است.

پیش‌نیازها:

1- درس کنترل دور موتورهای الکتریکی

2-  درس ماشین‌های الکتریکی 1

3- درس کنترل خطی

4-  آشنایی با سیمولینک متلب

دانلود فایل‌های پیوست

طراحی موتور DC با سیمولینک متلب

در دوره آموزشی شبیه سازی موتور DC در متلب که برای دانشجویان مهندسی برق، مهندسی مکانیک و دیگر رشته‌های فنی کاربرد دارد مدل دینامیکی سیستم الکترومکانیکی موتور DC به‌صورت کامل مدل سازی، تحلیل و شبیه سازی می‌شود. دور موتور الکتریکی یکی از درس‌های رشته مهندسی برق است که شامل مباحث مختلفی از جمله طراحی کنترلرها، اینورترها و کانورترها است. همانطور که می‌دانیم موتور DC حاصل تعامل دو سیستم است. یکی از این سیستم‌ها ماهیت الکتریکی داشته و دیگری ویژگی مکانیکی یا دورانی دارد. در این دوره‌های آموزشی سعی شده است تمام مراحل به‌طور کامل توضیح داده شود.

نرم افزار سیمولینک چه کاربردهایی دارد؟

«سیمولینک» (Simulink) یکی از نرم افزارهای پر کاربرد است که در دانشگاه و صنعت مورد استفاده مهندسان برای شبیه سازی موتور DC و دیگر سیستم‌ها قرار می‌گیرد. سیمولینک با نرم افزار متلب (MATLAB) ادغام شده است و برای کارهایی مانند شبیه سازی، مدل سازی و تحلیل سیستم‌های دینامیکی کاربرد زیادی دارد.

این نرم افزار دارای رابط گرافیکی است که به کاربر این امکان را می‌دهد با به‌کارگیری بلوک‌های آن مانند رسم با خودکار روی کاغذ اشکال و سیستم‌های مختلف را طراحی کند. یکی از کاربردهای این نرم افزار شبیه سازی موتور DC است. آموزش متلب یکی از دوره‌هایی است که بسیار مورد استقبال دانشجویان مقاطع کارشناسی و کارشناسی ارشد رشته‌های مهندسی برق و مهندسی مکانیک قرار می‌گیرد.

مهندسان و کارشناسان با به کارگیری سیمولینک می‌توانند رفتار یک موتور DC یا هر سیستم دیگر را بدون نیاز به ساختن آن تحلیل و بررسی کنند. طراحی موتور DC با سیمولینک متلب این امکان را می‌دهد تا با صرفه جویی در هزینه و زمان تأثیر اغتشاشات و یا سایر عوامل را بر ورودی سیستم یا موتور DC مورد بررسی قرار داد. همچنین سیمولینک با شبیه سازی موتور DC این توانایی را دارد تا واکنش یک موتور در صورت تغییر پارامترها را نشان دهد.

سیمولینک را نمی‌توان به‌صورت جدا از متلب دانست و بدون آن اجرا کرد. برای دسترسی به برنامه سیمولینک ابتدا باید برنامه متلب را اجرا کرد و بعد از آن با کلیک روی گزینه NEW و انتخاب گزینه Simulink model یک صفحه جدید باز می‌شود. در این صفحه می‌توان با به‌کارگیری سیمولینک شبیه سازی موتور DC و دیگر سیستم‌ها را انجام داد و خروجی کار را دید. می‌توان گفت تا حد زیادی شهرت متلب به خاطر وجود سیمولینک است. همانطور که گفته شده این برنامه مجموعه بزرگی از بلوک‌ها است که برای طراحی سیستم به کار می‌روند. بلوک‌های دیاگرامی که در سیمولینک نیستند را می‌توان براحتی ایجاد کرد و از آنها استفاده کرد. در سیمولینک برقراری ارتباط با محیط متلب میسر بوده و به آسانی صورت می‌گیرد.

برای طراحی موتور DC با سیمولینک متلب باید مراحل زیر را طی کنیم:

•   به‌دست آوردن مدل ریاضی موتور DC
•   انتخاب ساختار مناسب و وارد کردن مدل در سیمولینک
•  طراحی حلقه داخلی موتور یا کنترل درونی جریان
•   تنظیم حلقه خارجی یا طراحی کنترل خارجی سرعت
•  ارزیابی طراحی به‌منظور پیش بینی نیازهای آن