从系列:如何在Simulink中开发DC-DC变换器控制金宝app
瓦斯科兰兹,MathWorks
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。参见使用Simscape Electrical™中建模的SEPIC的示例,其中包含电压源、电阻、电感和电容等组件。在设计探索的第一阶段,工程师们对效率和转换损耗感兴趣,以便更好地理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大小。
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。金宝app
但在进入模型之前,让我快速回顾一下用解来表示物理系统的一些方法。很多人可能都熟悉使用Simulink方程来编写它们,并使用Simulink中金宝app的框图直接求解ode。有些人可能已经知道Simscape,这是我们用于物理网络和连接组件的平台。系统水平方程是自动生成的通过将所有这些不同的成分组合在一起。
最后,如果您对您的系统进行了度量,那么您总是可以导入它们并派生一个通常称为黑盒模型的数据驱动模型。有这三种可能性的好处是你可以把它们结合起来。你不必被迫停留在一种解决模式中。在Simulink中,您可以将模型的一部分作为已确定的模型,一部分作为物理网络,另一部分作为等式。金宝app
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。
如果我打开我的SEPC转换器。我将注意到我有四个不同的系统。其中三个头发变灰了。我用的是变种子系统。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。并且始终保持输出电压在正确的水平。
这对于系统级的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。
关于电感差异的一个简单的借口是基础库。如果我打开,我看到我只有两个参数,或多或少,和源代码,所以我可以去看看是哪种类型的方程实现了。所以请允许我从这个分量开始,如果我想改变它,就有我自己的电感。我总是使用Simscape语言定义任何类型的等式。
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SEPC子系统看看这个小矩形。这些是测试工具。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%之间做一个步骤。我在测量输出,和我在示波器上做的测量进行比较。
我在模拟700毫秒的开关线性系统。我在模拟所有开关的频率为100千赫兹。你可以看到模拟的时间非常快。这是因为我使用的是ODN,这是一种可以被强迫在某一点上运行的软件。结合一个特殊的PVM块,您也可以在使用您的模型时从这些您将在研讨会后访问的文件中检索这些文件。整个项目都可以用。
在这种情况下,在这个PVM中,我们产生载波我们在一个特定的频率上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长。如果我们看一下带有时间步长的仿真结果,例如二极管电流,我们可以看到我们实际上——它们只在仿真需要的时候才会时间步长,而不是更多。
所以我们真的是在模拟整个100千赫兹的开关。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切换。中间有一个时间点是载波的支撑点。金宝app电流被建模为一个开关线性系统。
这是伟大的。它让我能够快速模拟。然后我就可以比较我的模型是如何与现实相比较的。我们可以看到,我已经相当准确地捕捉了大部分的元素,上升时间,电压的稳定时间,然后当我关闭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。金宝app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,并将它与我的测量值进行比较。然后,我想打开一个叫
效率测试。在这个例子中,我模拟了一个闭环模型。我希望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,以得到特定的电流,这样我就可以创建一个电网,电压从12到30伏,电流速率从0到2安培。在创造过程中,我创造了上百个我想要测试的操作点。我测试我的模型,如果我达到适当的电压停止模拟。
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。
我可以对耗散的能量做同样的处理。我准备了一个脚本并保存了我的结果。如果我运行这个,我就会加载我的结果显示你可以创建的地图。这里我们有转换器的操作区域,由德州仪器定义的区域,我们可以看到它的工作效率非常高,最高可以达到92%或者93%。我们可以看到转换器在操作区域的其余部分是如何工作的。
这些是你可以测量模型的东西,使用函数,比如,Get Efficiency,来分析电路,看看你应该在哪里,如何操作转换器。如果不满意,可以改变电感电容等参数。你让它再次运行,希望是并行运行,因为它会大大加快这类调查,并自动重新创建这类地图。
让我们回到我们的演讲。我们现在看到的是Simscape作为物理系统建模的平台。特别是,我们看到了Simscape Electrical的实际应用,它是Simscape之外的工具箱,用于模拟电路和电力系统。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。
简单解释一下《模拟景电气》的新内容。我们现在有两个模块,更多的正在到来,如步进电机和电池已经预先参数化使用价值从工业。我们可以看到电池。你可以把电池放在你的系统,并自动挑选一些电池在市场上的预先参数在不同的温度水平。这将会加速电气化系统的发展如果你在研究电池的话。
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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