从系列中:如何在Simulink中开发DC-DC变换器控制金宝app
学习如何在Simscape™中建模DC-DC转换器,并使用仿真结果生成二极管和电源开关的效率图。请参阅使用Simscape Electrical™中建模的SEPIC的示例,其中包含电压源、电阻器、电感器和电容器等组件。在设计探索的第一阶段,工程师们对效率和转换损失感兴趣,以便更好地了解系统架构和其他需求,例如所需传感器的类型或冷却系统的尺寸。
出于这个原因,工程师使用和参数化高保真MOSFET和二极管模型块遵循制造商的数据表。了解Simscape Electrical如何为电力电子工程师提供扩展功能,例如在块菜单中直接绘制设备特性。
使用额外的MATLAB®Simscape电气中包含的功能,以检索转换器在各个工作点的效率。使用并行计算工具箱™,通过将独立的模拟分布在多个核上,减少创建效率映射所花费的计算时间。使用产生的地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。转换器分为电源、转换器本身和负载三部分。我们可以看到这是如何在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。金宝app
但在进入模型之前,让我快速回顾一下用解表示物理系统的方法。你们很多人可能都熟悉用Simulink方程来写方程,并直接用Simulink金宝app中的框图来求解ode。你们中的一些人可能已经知道Simscape,这是我们的物理网络和连接组件的平台。系统级方程是自动生成的通过将所有这些不同的成分一次性组合在一起。
最后,如果你对你的系统有测量,你总是可以导入它们,并导出一个数据驱动的模型,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。您可以将模型的一部分作为标识模型,其中一部分作为物理网络,另一部分作为Simulink中的方程。金宝app
让我们来看看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。转换器应该工作在100千赫兹的频率,所以中等高度。另一端的led,将以20千赫兹的频率工作。电源为12伏。led的工作区域,根据德州仪器的规范。大约在17伏和2.5伏之间。
如果我打开SEPC转换器。我会注意到我有四个不同的系统。其中三个都变灰了。我用的是变型子系统。这是我的受控变换器,它是一个完美的理想变换器,它只是用某种时间常数来表示。并且始终保持输出端的电压在正确的水平。
这对于系统级模拟非常有用因为它非常快。在另一端,我有我的实现的其他变体。我有一个稳态转换器。我有一个普通的SEPC。我有SEPC电路,我现在要重点讲一下。
如果我看一下里面,我看到我有所有典型的组件,如电感和电容器。实际上,我已经把网上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。
只是一个快速的借口之间的差异电感是基础库。如果我打开,我看到我只有两个参数,或多或少,和源代码,这样我就可以看到哪种方程是在底层实现的。所以请允许我从这个组件开始,如果我想改变它,并有我自己的电感版本。我总是使用Simscape语言定义任何类型的方程。
另一方面,我正在使用Simscape Electrical提供的数据表,这是用于电气和电力系统的专用工具箱。在这种情况下,你可以看到我有容差,我甚至可以应用一个随机的
如果我想通过改变公差来进行某种蒙特卡罗分析。
我可以在电感中设置操作限制。我可以设置错误。所以我可以在我想要的时候,按我想要的方式分解电感。所有这些都能让我提高模拟的逼真度,做更多的事情。但是正如您所看到的,这次您无法访问源代码。
让我们回到SEPC子系统,看看这个小矩形。这些是测试装置。让我们打开其中一个。在这个测试装置中,我在电路的0%到61%之间做了一个步骤。我正在测量输出,与我在示波器上测量的结果进行比较。
我模拟了700毫秒的开关线性系统。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。发生这种情况是因为我使用的是ODN,这是一种软件,可以被迫在某一点上行动。结合一个特殊的PVM块,你也可以在使用你的模型时从这些文件中检索这些文件是你在研讨会后可以访问的。整个项目都可以提供给你。
在这种情况下,在PVM中,我们产生载波我们在特定频率下模拟这种脉冲以便迫使时间步长在载波的正确点上采取适当的步骤。如果我们看,然后,在模拟结果的时间步长,例如二极管电流,我们可以看到我们实际上-他们可以时间步长,只有在模拟需要的时候,没有更多。
所以我们真的模拟了整个100千赫兹开关。我们正在以一种非常有效的方式做这件事。我们只在必要的时候才切换。中间有一个时间点是我的载波的支撑点。金宝app电流被建模成一个开关线性系统。
这太棒了。它让我模拟得相当快。然后我就可以把我的模型和现实进行比较。我们可以看到,我已经相当准确地捕获了大部分元素,上升时间,稳定时间电压,然后当我关闭我的PVM减慢时间。
很好。但这不是我选择的模型。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,如果我进入其中,除了这次我使用的是Simscape Electrical PVM,因为它连接到我们实际的n通道MOSFET。
这可以通过在datasheet中找到的参数进行参数化。点击右键,你可以访问多个选项。您可以更改块选择,或者如果您不想要阈值基础模型,或者您想要向其添加一个热部分,您可以通过访问并右键单击此菜单来实现。或者你可以用它来生成基本特征。
这个案例将在引擎盖下自动用这个参数测量这些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并向下滚动以搜索图形,那么我就可以对其进行图形比较,并查看它是否匹配yes或now。
我们可以看到,我们做得很好,这里是8电压线,它在2或3个电压之后稳定在10安培左右。我们可以看到我们的MOSFET有非常相似的行为。你可以使用File Exchange中的工具直接将这种图导入到Simulink中。金宝app然后用它们来更好地参数化你的模型。
让我们回到我们的模型,看看第二个测试工具。首先,我需要关闭我用来模拟的那个,并将它与我的测量结果进行比较。之后,我想打开一个叫
效率测试。在本例中,我模拟的是一个闭环模型。我想让我的模型达到一定的电压。这就是为什么我这里有一个非常简单的PID块。
我改变了电阻器的值来得到一个特定的电流,这样我就可以创建一个特定电压从12到30伏的网格,以及一个特定的电流速率从0到2安培。在创作中,我创造了或多或少数百个我想要测试的操作点。如果我达到合适的电压,我的模型就会停止模拟。
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向它们提供模拟结果。所以我可以得到基于负载的变换器在任何工作点的效率。
我也可以对耗散的能量做同样的计算。实际上我把它作为一个脚本,保存了我的结果。如果我运行这个,我已经加载了我的结果显示了你可以创建的那种地图。这里我们有我的转换器工作区域,由德州仪器定义的,我们可以看到它实际上工作效率非常高,最高可达92%或93%。我们可以看到转换器在其余的工作区域是如何工作的。
因此,这些都是你可以使用Get Efficiency等函数来测量你的模型的东西,来分析你的电路,看看应该在哪里以及如何操作你的转换器。如果你不满意,你可以改变你的电感电容器等参数。让它再运行一次,希望是并行的,因为它会大大加快这类调查的速度,并自动地重新创建这类地图。
让我们回到我们的演示。我们现在看到的是Simscape作为一个模拟物理系统的平台。特别地,我们看到了Simscape Electrical的运行,它是Simscape之外的工具箱,用于建模电路和电力系统。Simscape提供了Simscape语言,以便您可以从基本块开始,并创建自己的块,以便准确地捕获您想要表示的行为类型。
简单介绍一下Simscape Electrical的新功能。我们现在有两个区块,还有更多区块即将推出,比如步进电机和电池,它们已经从行业中预先参数化了使用价值。我们可以看到电池。你可以把电池放在你的系统中,自动挑选一些市场上的电池,在不同的温度水平下进行预参数设置。因此,如果你在研究电池,这将真正加速你的电气化系统的发展。
我们增加了更多产生故障的可能性,不仅是在组件级别上,还可以在动态加载期间进行故障,进行delta connected, y connected,等等。所以我们投入了大量资金来打破你的模型,让它可以随时随地折叠。
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