从系列中:如何在Simulink中开发DC-DC变换器控制万博1manbetx
瓦斯科兰兹,MathWorks
了解如何在Simscape中为DC-DC转换器建模™ 并使用仿真结果生成二极管和功率开关的效率图。请参见使用Simscape Electrical中建模的SEPIC的示例™ 带有电压源、电阻器、电感器和电容器等部件。在设计探索的第一阶段,工程师对效率和转换损耗感兴趣,以便更好地了解系统架构和其他要求,如所需的传感器类型或冷却系统的尺寸。
由于这个原因,工程师使用和参数高保真MOSFET和二极管模型块通过遵循制造商数据表。了解Simscape电气如何为电力电子工程师提供扩展功能,例如直接在块菜单中绘制设备特征。
使用其他的MATLAB®Simscape Electrical中包含的函数,用于检索转换器在不同操作点的效率。通过在多个核上分布独立的模拟,使用Parallel Computing Toolbox™可以减少创建效率图所花费的计算时间。使用结果图作为软件本身的传感器估计器的一部分,这样最终的转换器设计节省了成本和多余传感器的实现。
我们的第一个任务是为转换器建模并计算最有效的操作区域。变换器由电源、变换器本身和负载三部分组成。我们可以在这里看到这是如何在Simulink中使用三个不同的子系统以及它们之间的一些连接来表示的。万博1manbetx
但在进入模型之前,让我先简单介绍一下,我们可以用我们的解决方案来表示物理系统的一些方法。很多人可能熟悉使用Simulink方程编写它们,并使用Simulink中的方框图直接求解常微分方程。你们中的一些人可能已经知道Simscape,它是我们的物理网络和连接组件的平台。系统级方程式是通过一次性将所有这些不同的组件组合在一起自万博1manbetx动生成的。
最后,如果您有系统的度量,您可以随时导入它们并导出一个数据驱动模型,通常称为黑盒模型。拥有这三种可能性的好处是你可以把它们结合起来。您不会被迫停留在一种解决方案模式中。在Simulink中,您可以将模型的一部分作为已识别的模型,一部分作为物理网络,另一部分作为等式。万博1manbetx
让我们看看我们的SEPC模型。正如我们在幻灯片上看到的,我们有一个系统的视图。转换器的工作频率应为100千赫兹,所以是中等高度。另一端的发光二极管将以20千赫兹的频率工作。电源供应12伏。led的操作区域,根据德州仪器的规格。大约在17到2.5伏特之间。
所以如果我打开我的SEPC转换器。我会注意到我有四个不同的系统。其中三个变灰了。我使用的是所谓的变体子系统。这里我有一个受控转换器,这是一个理想的转换器,它只是用某种时间常数来表示。并始终将输出电压保持在正确的水平。
所以这对于系统级模拟非常有用,因为它非常快。另一方面,我有我的实现的其他变体。我有一个稳态转换器。我的SEPC平均。我有我的SEPC电路,我现在要关注它。
如果我往里面看,我看到了所有典型的元件,比如电感和电容。实际上,我已经把在线的数据表,直接链接到我的模型上了。所以我更容易找到正确的文档。
对电感差异的快速辩解是基础库。如果我打开,我看到我只有两个参数,或多或少,和源代码,这样我可以去看看哪种方程是在引擎盖下实现的。所以请允许我从这个元件开始,如果我想的话,改变它,并有我自己的电感版本。我总是用Simscape语言定义任何类型的方程。
另一方面,我使用Simscape Electrical提供的数据表,这是电气和电力系统的专用工具箱。在这种情况下,你可以看到我有容忍度,我甚至可以应用一个随机的
如果我想在公差的基础上通过改变来进行蒙特卡罗分析。
我可以设置电感的工作极限。我可以设置错误。所以我可以随心所欲地分解电感。所有这些都让我能够提高模拟的逼真度,做更多的事情。但如您所见,这一次您无法访问源代码。
让我们回到我的SEPC子系统,看看这个小矩形。这些是测试线束。让我们打开其中一个。在这个测试线束中,我在电路的0%和61%之间做了一步。我正在测量输出,和我在示波器上所做的测量进行比较。
所以我在模拟700毫秒的开关线性系统。所以我在模拟100千赫兹的所有开关。你可以看到模拟时间非常快。这是因为我使用的是ODN,这是一种可以强制执行某一点的软件。结合一个特殊的PVM块,您可以在使用这些文件中的模型时检索这些文件,您将在研讨会后访问这些文件。整个项目将提供给您。
在这种情况下,在这个PVM中,我们产生了我们的载波,我们在一定的频率下模拟这种脉冲,以迫使时间步长在载波的正确点上采取适当的步长。如果我们看一下,然后,在存在时间步长的模拟结果,例如二极管电流,我们可以看到,我们实际上是-,它们只能在模拟需要的时候时间步长,而不是更多。
所以我们真的在模拟整个100千赫兹的开关。我们正在以非常有效的方式这样做。我们只是在必要时才切换。在中间有一段时间,这是我支持我的载波的重点。电流被建模为一个线性切换系统。万博1manbetx
这太棒了。它让我模拟得相当快。然后我可以比较我的模型和现实的对比。我们可以看到,我已经相当准确地捕捉到了大部分元素,上升时间、稳定时间、电压,然后是关闭PVM时的减速时间。
很好。但这不是我的模型选择。因为我想研究效率。为了研究效率,我将需要使用实际的物理设备,光学MOSFET物理设备模型,如果我进入它,除了这次我使用Simscape电气PVM,因为它连接到我们实际的n通道MOSFET。
这可以通过在数据表中找到的参数进行参数化。用鼠标右键,你可以访问多个选项。你可以改变块的选择,或者如果你不想要阈值基础模型,或者你想要添加一个热部件,你可以通过访问并右键单击这个菜单来做。或者你可以用它来生成基本特征。
这个案例将在引擎盖下用这个参数自动测量这些MOSFET,并自动生成一个典型的图,我们可以在我的MOSFET的数据表上找到。如果我打开实际的数据表,向下滚动搜索图,然后我就可以图形化地比较它,看看它是否匹配是或现在。
我们可以看到,我们做得很好,这里是8电压线,在2到3个电压后,稳定在10安培多一点。我们可以看到,我们的MOSFET有非常相似的行为。实际上,您可以使用File Exchange中的特定工具将这类图直接导入到Simulink中。万博1manbetx然后用它们更好地参数化你的模型。
让我们回到我们的模型,看第二个测试线束。首先,我需要关闭一个我用来模拟和比较它与我的测量。然后,我想打开一个叫做
效率测试。在本例中,我正在模拟一个闭环模型。我想让我的模型达到一定的电压。这就是为什么这里有一个非常简单的PID块。
我改变了电阻的值,得到了一个特定的电流,这样我可以创建一个特定电压从12伏到30伏,特定电流率从0安培到2安培的网格。在创建的过程中,我或多或少创建了数百个我想要测试的操作点。如果我达到合适的电压,我会给我的模型装上仪器停止模拟。
之后,当我模拟它时,我可以使用并行计算工具箱进行并行模拟以获得更多的时间,我可以使用Get Efficiency之类的函数来定义将加载哪些组件并将模拟结果提供给它们。所以我可以得到我的转换器在任何运行点的效率,基于负载。
对于耗散的能量,我也可以这样做。事实上,我准备了一个脚本并保存了我的结果。如果我运行这个,我将加载我的结果,显示您可以实际创建的地图类型。这里我们有我的转换器工作区域,德克萨斯仪器公司定义的区域,我们可以看到它实际上是围绕着非常高的效率工作的,点高达92%,也许93%。我们可以看到转换器在其余工作区域的行为。
因此,这些都是你可以使用函数来测试你的模型的东西,比如获得效率来分析你的电路,看看你应该在哪里以及如何操作你的转换器。如果你不高兴,你可以改变你的参数,如电感电容器。你让它再次运行,希望是并行运行,因为它将大大加快此类调查的速度,并自动重新创建此类地图。
让我们回到我们的演示。我们现在看到的是Simscape,它是一个模拟物理系统的平台。特别是,我们看到Simscape Electrical在运行,它是Simscape之外的工具箱,用于模拟电路和电力系统。Simscape提供Simscape语言,以便您从基本块开始创建自己的块,以便准确捕获您想要表示的行为类型。
关于Simscape Electrical的新功能的非常简短的解释。我们现在有两个模块,还有更多模块即将推出,例如步进电机和电池,它们已经使用行业价值进行了预参数化。我们可以看到电池。您可以将电池放入系统中,并自动拾取市场上一些在不同温度水平下预先参数化的电池。因此,如果你在研究电池,这将真正加快你的电气化系统的发展。
我们还增加了产生故障的可能性,不仅是在组件级别,还可以在动态负载时发生故障,delta连接,y连接,等等。所以我们真的投入了很多来打破你的模式,让它可以随时折叠,以你想要的方式。
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