サーミスター制御ファン
このモデルは、基本の熱、機械、および電気コンポーネントを使用してサーミスタ制御ファンをモデル化する方法を示します。熱発生器は、時間ゼロで 2 W を生成し始め、これが 40 秒で 20 W まで増加します。このためサーミスタの温度が上昇するので、抵抗が減少し、PWM 基準ピンにかかる電圧が増加します。これにより PWM 周波数が増加し、その結果平均モーター電流が増加して、ファンが加速します。ファン速度の上昇によってデバイスの対流冷却が増大し、デバイスの温度上昇が緩和されます。
これは、適切なサーミスタ特性の選択などに使用する、システムレベル モデルです。ノミナル冷却 (ファンが稼働していないとき) をモデル化する際に使用する対流熱伝達係数は、一般的に実験によって決定します。温度差を知り、デバイス領域を推定することで、熱伝達係数を計算できます。次に、モーターを最大回転数で運転し、再び温度差を測定することで、ファン利用の冷却の係数を推定できます。ファン冷却係数を計算する際に、ノミナル冷却項も考慮に入れることができます。
Controlled PWM Voltage ブロックと H-Bridge ブロックには、平均と PWM という 2 つの運転モードがあります。これはシステムレベル モデルで、熱時定数は秒単位で測定されるため、Averaged 運転モードを使用します。PWM モードは、一般的に数 kHz で運転する PWM 制御信号を複製します。
モデル
Simscape ログからのシミュレーション結果
以下のプロットは、サーミスタ制御モーターの電気的動作、機械動作、および熱挙動を示しています。サーミスタの温度の変化に伴い、モーターに印加される電圧が変わります。これによりモーターの速度と、ケースからの対流熱伝達が変化します。システムは短時間で定常状態に達します。
リアルタイム シミュレーションの結果
この例は、以下のプラットフォームでテストされました。
Intel® 3.5 GHz i7 マルチコア CPU と 4 GB の RAM を搭載した Speedgoat™ Performance リアルタイム ターゲット マシン。
3.5 GHz の Intel® Core XEON E3-1275v3 と 4 GB の RAM を搭載した dSPACE® SCALEXIO LabBox。
Simscape のローカル ソルバーを使用することで、このモデルを 50 マイクロ秒のステップ サイズでリアルタイム実行できます。サンプル レートが小さい場合、コールド キャッシュが原因で、最初のタスク実行中にタスク オーバーランが発生する可能性があります。このオーバーランを回避するには、選択したプラットフォームがこれらのオプションをサポートしている場合、タスク オーバーランの数を制限するか、リアルタイム アプリケーションの起動フェーズにおいてタスクのオーバーラン許容回数を制限するか、周期タスクのサンプル時間を延長することで、起動時の動作を緩和できます。
参考
Thermistor | DC Motor | Controlled PWM Voltage | H-Bridge
