Механическая модель двигателя NXT в SciLab

1. Лабораторная работа №1:

Механическая модель
двигателя NXT в SciLab
2023 г.

2. Дифференциальное уравнение модели

M st
M st
J
nls
M st - стартовый момент ротора двигателя (входной параметр)
nls - максимальная угловая скорость ротора не нагруженного двигателя
J
- момент инерции ротора двигателя (конструктивная постоянная)
t - угловая скорость ротора двигателя (выходной параметр)
t - угловое ускорение ротора двигателя
Начальные условия
t 0 : 0 0, 0
M st
.
J

3. Среда Scilab

Scilab – пакет прикладных математических программ,
предоставляющий
открытое
окружение
для
инженерных
(технических) и научных расчётов. Это самая полная
общедоступная альтернатива MATLAB.

4. Определение момента инерции ротора

2
m r
J
2
m – масса ротора, кг;
r – радиус ротора, м
Масса ротора определяется взвешиванием:
m 17 10 3 кг
Радиус ротора определяется штангенциркулем:
r 11 10 3 м
J 1.03 10
6
кг м
2

5. Начальное определение параметров модели в Scilab

6. Визуальное моделирование в Scilab: Xcos

Создание модели Xcos
M st
M st
nls
J
Интегрирующее звено
t
t

7. Механическая модель двигателя NXT в Xcos

M st
J t
M st
nls
J
t
t

8. Результаты моделирования в Xcos

9. Идентификация механической модели двигателя

t
t nls 1 exp
Tm
интегрирование
nls t nls Tm e
t
Tm
nls Tm

10. Программа сбора данных в BricxCC

11. Временная задержка в модели двигателя NXT

tk
t
t k 1

12. Задание 1 к лабораторной работе

1. С помощью среды Bricx Command Center создайте программу для
регистрации данных энкодера у двигателя NXT при его включении на
полную мощность. Откомпилируйте программу, загрузите на контроллер
NXT и выполните. Файл с результатом регистрации с помощью ExplorerNXT скопируйте в Вашу папку на ПК.
2. В соответствие со слайдом 9 подготовьте в среде Scilab:SciNote
программу для идентификации параметров двигателя NXT: T_m и w_nls.
Выполните расчет M_st. Полученные значения включите в отчет по
лабораторной работе.
3. В соответствие со слайдом 7 в среде Scilab:Xcos постройте
механическую модель двигателя NXT. Добавьте в схему модели
элементы для отображения зависимости угловой скорости двигателя от
времени, и в соответствие со слайдом 8 настройте параметры этих
элементов.
4. Постройте график зависимости угловой скорости от времени в процессе
работы модели двигателя. Измените шрифт на графике, пометьте
каждую ось соответствующей величиной с указанием единиц измерения.
Получившийся график включите в отчет по лабораторной работе.

13. Задание 2 к лабораторной работе

1. Изучите слайд 11. На основе изображенной там схемы на языке Python
постройте программу, реализующую механическую модель двигателя
NXT. Результаты работы программы отобразите в виде графика.
Программу на языке Python включите в отчет по лабораторной работе.
2. В среде Scilab модифицируйте схему модели так, чтобы отобразить в
виде графика зависимости углового ускорения и угла поворота ротора от
времени. Постройте графики. В отчет по лабораторной работе включите
модифицированную модель двигателя NXT и графики.
3. На панели элементов Scilab:Xcos «Источники сигналов…» найдите
элемент с синусоидальным сигналом, и с его помощью модифицируйте
модель таким образом, чтобы на ее вход поступал гармонический сигнал
с амплитудой M_st и частотой, задаваемой переменной W_m. Задайте
константу W_m = 2*pi и постройте на одном графике зависимости M_st и
w_nls от времени. В отчет по лабораторной работе включите
модифицированную модель двигателя NXT и график.
4. Используя созданную Вами модель исследуйте зависимость от W_m
амплитуды w_nls_max и сдвиг фазы между M_st(t) и w_nls(t). Результаты
исследований поместите в таблицу и включите ее в отчет по
лабораторной работе.