Transcript Properties

Uvod u simulacijski program
Simplorer® s primjerima
1. dio
Ansoft Corporation
[email protected]
www.ansoft.com
Sadržaj:
1. Uvod
2. Struktura programa i osnovna svojstva
3. Crtanje sheme električnog kruga
4. Zadavanje parametara modela
5. Vrste simulacija i parametri simulacija
6. Prikazi rezultata simulacije
7. Modeli poluvodičkih ventila
8. Upravljanje poluvodičkim ventilima
9. Podsklopovi i makromodeli
10. Analize rezultata simulacije
11. Višestruke simulacije
Sadržaj (nastavak):
12. Dokumentiranje
13. Blokovski simulator
14. Simulator stanja
15. Simulacija analognih i digitalnih sklopova
16. Dodatne informacije
Dodatak 1. DC elektromotorni pogon
Dodatak 2. Izmjenjivač u jednofaznom mosnom spoju
Dodatak 3. On-line mjerenje
Dodatak 4. Korekcija faktora snage
Dodatak 5. Regulirani elektromotorni pogon
1. Uvod
Primjena simulacijskog programa
Simplorer
Elektronička energetska pretvorba
Kakvoća električne energije
Napajanje
Pogoni
Električna vuča
Automobilska industrija
Zrakoplovna industrija
Simplorer – simulator više-disciplinarnih sustava
Toplina
Upravljanje
Electrical
circuits
Software
Hidraulika
Mehanika
Magnetika
Projekt elektromehaničkog sustava
Sustav
Podsustav
Komponente
Električne Mehaničke Toplinske Hidrauličke Magnetske Logičke
Analogne
Digitalne
Podjela simulacijskih modela i metoda
Sustav
Blokovski simulator/Simulator stanja
OEM
Podsustav
VHDL-AMS
Sklop
Sklopovski
simulator
FEA
Komponenta
Logički
Supplier
Električki
Magnetski Mehanički Termički Hidraulički
Primjer – Elektromotorni pogon
Napajanje
Pretvarač/
Izmjenjivač
Električni stroj
Digitalno
upravljanje
Analogno
upravljanje
Teret
Različiti sustavi u automobilima, sustavi u električnoj vuči, elektromotorni
pogoni, uređaji u domaćinstvu i drugi sustavi sastoje se od različitih
komponenata s međusobnim djelovanjem.
Struktura elektromotornog pogona
Elektronika
Izvor
Upravljanje
Elektromagnetika
Pretvarač
Aktuator
Digitalno
Analogno
upravljanje
upravljanje
Mehanika
Teret
Simplorer grupira ove komponente unutar različitih domena, a zatim ih
povezuje
Više-disciplinarni sustav
Napajanje
Izmjenjivač
Digitalno upravljanje
Aktuator
Mehanički teret
Analogno upravljanje
Postoje interakcije između ovih komponenata.
Standardna metoda modeliranja
Elektronički
sklopovi
Upravljanje
Mehanički
sustavi
…
Magnetski
sustavi
Transformacija svih komponenata modela
u jedan opisni jezik (diferencijalne jednadžbe,
električne nadomjesne sheme)
SML – Skript jezik
VHD – VHDL-AMS jezik
Simplorer metodologija
Električni i elektronički
sklopovi (analogni i digitalni)
Digitalni upravljački sustavi
(Simulator stanja)
IMP = 0 a nd R L in e .I <= IL O W
R1
R2
50
1k
R3
SET: C S1:=-1
SET: C S2:=-1
SET: C S3:=-1
SET: C S4:=-1
50
IMP = 0 a nd R L in e .I >= IU P
SET: C S1:=-1
SET: C S2:=1
SET: C S3:=-1
SET: C S4:=-1
IMP = 0
IMP = 1
3.3u
V0 := 5
12
R4
C2
3.3u
C1
N0002
1k
N0004
N0003
IMP = 0
IMP = 1
V0 := 0
N0005
SET: C S1:=1
SET: C S2:=-1
SET: C S3:=-1
SET: C S4:=-1
IMP = 1 a nd R L in e .I <= IL O W
SET: C S1:=-1
SET: C S2:=-1
SET: C S3:=-1
SET: C S4:=-1
IMP = 1 a nd R L in e .I >= IU P
IGBT1
IGBT2
IGBT3
IGBT5
IGBT6
XOR2_DEL1
A
B
XOR
XOR2_DEL2
XOR
C1
4.7m
SUM
C
AND2_DEL1
AND
AND2_DEL2
IGBT4
OR2_DEL1
OR
Analogni upravljački sustavi,
mehanički sustavi
(Blokovski simulator)
Carry
AND
I_PART_id
A BC
3~
MS
Svaki dio složenog tehničkog sustava
je predstavljen najprimjerenijim jezikom
modeliranja
CONST
I
UL := 9
LL := -9
id_ref
P_PART_id
LIMIT
GAIN
yd
KP := 0.76
id
G(s)
GS2
SUM2_6
GAIN
Tehnologija povezivanja simulatora
Maxwell2D/3D
Elektromagnetizam
Elektro mehanika
SIMPLORER sabirnica simulacijskih podataka
C/C++
sučelje
Simulink
MathCad
Sklopovski
simulator
Blokovski
simulator
Simulator
stanja
VHDL-AMS
simulator
Baza modela
Električki, blokovi, stanja, strojevi, automobili, hidraulika,
mehanika, energetika, poluvodiči…
Integrirano projektiranje pomoću Ansoft alata
Analytical Design
System Design
Xprts
SIMPLORER
Električni strojevi
Transformatori , Senzori
Generiranje
modela
Generiranje
modela
Physics Based FEA
Maxwell
Statički, Harmonički,
Tranzijentni, Motion Circuits
Sklopovi, blokovi, State
Machines, VHDL.AMS
Generiranje
modela
Parametric
Solution
Model Generation
Maxwell
2. Struktura programa i osnovna
svojstva
Rješavanje simulacijskog zadatka
Rješavanje simulacijskog zadataka se Simplorerom provodi u četiri osnovna
koraka:
Otvaranje
projekta
Izrada modela
Simulacija
Analiza
U slučaju modeliranja i simuliranja složenih sustava i procesa, pojedini se
koraci ponavljaju.
Rješavanje simulacijskog zadatka
Otvaranje projekta:
Pod projektom se podrazumijeva direktorij koji
sadržava različite datoteke simulacijskog
zadatka. SSC Commander stvara i upravlja
ovim datotekama.
Izrada modela:
Simulacijski model se može izraditi pomoću
grafičkog ulaznog jezika Schematic ili pomoću
editora teksta Simplorer Text Editor
Simulacija:
Simulator računa simulacijski model i šalje
rezultate simulacije u program za prikaz
rezultata.
Analiza:
Rezultati simulacije se mogu evaluirati i
analizirati pomoću programa DAY Post
Processor, Simplorerovog alata za analiziranje
rezultata simulacije.
Programski paketi Simplorera
SSC Commander pokreće programe, upravlja projektnim datotekama i
određuje opcije za simulacijsko i programsko okruženje Različiti programski
alati za modeliranje, simulaciju i analizu su ugrađeni u program Simplorer
Simulation Center (SSC) su:
Shematic -
grafički ulazni jezik sa sučeljem za Mathcad
Simplorer Text Editor –
tekstualni ulazni jezik
Model Agent –
program za uređivanje baza modela
Day Post Processor –
program za analizu rezultata simulacije sa
sučeljem za Mathcad i Matlab
Day Optim Post Processor -
program za optimiranje
Exsperiment Tool -
program za obavljanje višestrukih
simulacija i analizu trenda
Opcijski programski paketi Simplorera
Opcijski programi unutar Simplorer Simulation Center (SSC) su:
Analytical Frequency Analysis - program za analitičku frekvencijsku
analizu i izračunavanje prijenosne f
unkcije
Simulative Frequency Analysis- program za simulacijsku
frekvencijsku analizu
Experiment Tool with Optimization-
program za obavljanje
eksperimenata višestrukim
simulacijama i optimizaciju
Sučelja Simplorera
Sljedeći su programi prema kojima Simplorer posjeduje sučelja:
Mathcad
(sučelje .smd)
RMxprt2 -
program za projektiranje rotacijskih električnih strojeva
(sučelje .smd)
Maxwel -
program za rješavanje 2D i 3D elektromagnetskih
problema (sučelje .smd)
SPICE
(sučelje .smd)
Matlab/Simulink (sučelje .smd)
Također, Simplorer posjeduje IEEE sučelje i C sučelje za povezivanje s
korisničkim modelima razvijenim u C programskom jeziku
Prijava korisnika
Korisničko ime
Pokreće zadnje
korišteni projekt
Pokreće novi projekt
ili shemu
Sve postavke određenog korisnika se pokreću kod pokretanja
Simplorera. Ukoliko je novi korisnik, kreiraju se i nove postavke.
Prozor dobrodošlice
Otvara se novi projekt,
starta se Schematic s
praznim prostorom za
crtanje
Pokreće se Schematic
s praznim prostorom
za crtanje. Datoteka se
ne dodaje na postojeće
projekte
Otvara se postojeći
projekt upotrebom SSC
Commandera
Pokreće se Schematic
s postojećim
simulacijskim modelom
Upravljanje projektima
Kada se odabere Project/New:
Lokacija projekta
KLIK
Ime projekta
Opis projekta
Projekt sadrži sve
datoteke koje
pripadaju
simulacijskom
zadatku, kao što su
sheme, rezultati,
eksperimenti itd…
SSC Commander – upravljanje projektima
Alatna traka
.ssh
.sml .vhd
.day
.smd
.sml .idl .ssh
Lista datoteka pridruženih
odabranoj aplikaciji
Pokretač
aplikacija
Simulacijski
Queue
Kopiranje projekata
•
Više simulacijskih dokumenata s različitih lokacija može biti uključeno u
jedan projekt
•
Moguće je kopirati sve datoteke projekta u jedan direktorij:
1. Otvori se projekt
2. Klikne se na Project / Copy
3. Ode se na novu lokaciju i projektu se pridruži ime
4. Projekt će biti kopiran sa svim svojim datotekama unutar istog direktorija
Instaliranje / uklanjanje biblioteka
Options ->
Odabire se jedna ili više
biblioteka...
... dodaju se izabrane ili
sve biblioteke u direktorij
Ne zaboraviti spremiti
svoju instalaciju!
•
•
Biblioteke se također mogu dodati ili ukloniti unutar sheme
Biblioteke se mogu spremiti na zajedničku lokaciju i dijeliti preko
mreže
•
•
•
Pridruživanje ili uklanjanje
biblioteke se može obaviti i unutar
simulacijske sheme.
Klikne se desnom tipkom miša
unutar područja biblioteke.
Odabere se insert, new, ili remove.
Simboli u biblioteci modela / Model Agent
Rezultati
na listu
Osnovne
komponente
C-modeli
Tekstualni
Makro-modeli
Grafički
Makro-modeli
Opcije simulatora / SSC Commander
Kompajler ili simulator će stati
kada se pojavi upozorenje
Broj koraka integracije prije nego se
aktivni elementi ili ViewTool ažuriraju.
Povećanje broja koraka smanjuje
simulacijsko vrijeme
Opcije za spremanje početnih
stanja i upotrebu spremljenih
stanja
Automatski se poziva i koristi
postojeća datoteku stanja pri
startu simulacije
Sprema stanja svih elemenata
simulacijskog modela. Simulacija
se može nastaviti kasnije od
zadnjeg stanja.
Sprema vrijednosti početnih stanja
spremnika energije sadržanih u
simulacijskom modelu. Ove vrijednosti se
mogu koristiti kao početne vrijednosti za
simulaciju
Opcije simulatora / Sheet
Kada simulacijski
podatak nije
dostupan
Kada je simulacijski
podatak dostupan
Sljedeće datoteke su kreirane ukoliko su odabrane gornje opcije:
.KRN
.AWS
generirana na kraju simulacije s opcijom automatskog spremanja stanja
datoteka početnog stanja, sadrži vrijednosti elemenata za pohranu energije
Oznake numeričkih vrijednosti
Prefiks
Vrijednost
SML
Primjeri
tera
1012
E12
t
TER
5e12, 5t, 5ter
giga
109
E9
g
GIG
1.49e9, 1.4g, 1.4gig
mega
106
E6
MEG
-0.3E6, -0.3meg, -0.3MEG
kilo
103
E3
k
KIL
1000, 1e3, 1k, 1kil
milli
10-3
E-3
m
MIL
0.0105, 1.05E-2, 10.5M, 10.5MIL
mikro
10-6
E-6
u
MIC
0.000005, 5e-6, 5u, 5mic
nano
10-9
E-9
n
NAN
40E-9, 40n, 40nan
piko
10-12
E-12
p
PIC
100E-12, 100P, 100PIC
femto
10-15
E-15
f
FEM
9E-15, 9F, 9FEM
Rezervirana imena internih varijabli
TEND,
HMIN, HMAX, THETA, FSTART,
Krajnje vrijeme
simulacije
Minimalni
korak
integracije
Maksimalni
korak
integracije
F, T, H, PI, TRUE, FALSE,
Trenutačna
frekvencija
Trenutačno
vrijeme
Matematička
varijabla
Trenutačni
korak
integracije
FEND
Početna
frekvencija
Temperatura
okoline
Krajnja
frekvencija
SECM.ITERAT, FSTEP
Logička
varijabla
Trenutačni
broj iteracija
Frekvencijski
korak
Kompatibilnost


MS-Office kompatibilan
 Excel, Access
 Word, PowerPoint, Excel…
 Windows Printing Support
Kompatibilan s formatima podataka
 ASCII
 Access (*.mdb)
 Excel (*.xls)
 CSV (*.csv)
 Comtrade (*.cfg)
 SPICE (*.out)
 TEK – Oscilloscope data (*.dat)
3. Crtanje sheme električnog
kruga
Program Simplorer Schematic
Biblioteke
Alatne trake
Prostor
za
crtanje
Komponente
biblioteka
Prostor za upozorenja, pogreške i poruke
Postavke stranice i sistemske postavke
Odaberi Sheet/
Properties/
System
Odaberi Sheet/
Properties/
veličinu stranice
Za automatsko
pokretanje Viewtool,
označi ovdje
Referentni polaritet napona i smjer struje
pasivni element
(otpor)
naponski izvor
(struja)
(struja)
a
R
R.V = V(a) - V(b)
b
(napon)
Uočite: Struja je pozitivnog
smjera ukoliko ulazi u element
kroz stezaljku označenu crvenom
točkom.
a
E1
E1.V = V(a) - V(b)
E1.EMF = V(b) - V(a)
b
(napon)
(EMF)
E1.EMF = V(a) - V(b)
Spice konvencija
Primjer 1.
Jednofazni ispravljač s porednom
diodom
Jednofazni ispravljač s porednom diodom
Jednofazni ispravljač s glavnom
diodom D1, porednom diodom D2
I induktivnim trošilom
Sinusni naponski
izvor, efektivne
vrijednosti 220 V i
frekvencije 50 Hz
Diode su predstavljene
jednim od statičkih
modela
Vrijednost otpora R1 je
20 , a induktiviteta L1 je
80 mH.
Crtanje i zadavanje sklopa
Izabere se element u
bazi modela i s
pritisnutom lijevom
tipkom miša dovuče na
prostor za crtanje
Svi elementi sklopa nalaze
se u bazi modela Basics
Ne zaboravi uzemljenje !
Okretanje elemenata sheme
Za okretanje elementa nakon što je postavljen na prostor za crtanje potrebno
ga je najprije označiti (kliknuti lijevom tipkom miša na element nakon čega se
oko njega pojavljuje isprekidani okvir.
Za rotaciju elementa u smjeru kazaljke na
satu koristi se slovo R sa tastature
Za zakretanje elementa oko osi simetrije koristi se slovo F sa tastature
Spajanje elemenata sheme
Nakon što su elementi postavljeni u željeni međusobni položaj i nakon što su
ispravno okrenuti potrebno ih je međusobno spojiti.
Dva su načina pozivanja alata za spajanje
elemenata:
1. Iz alatne trake
2. Klikom desne tipke miša na prostor za
crtanje
Nakon što je izabran alat za spajanje
kursor miša poprimi karakteristični oblik.
Za spojiti elemente potrebno je samo
kliknuti lijevom tipkom miša na čvor i
otpustiti tipku miša.
Spajanje elemenata sheme
Za brisanje krivo nacrtanih “žica” potrebno je najprije lijevom tipkom miša
označiti “žicu” koja se želi izbrisati. Nakon toga se pritisne desnu tipku
miša da se pojavi prozor shortcut izbornika.
Naredbom Disconnect izbriše
se označena “žica”
Oznake i simboli elemenata
Prozor sa svojstvima elementa
Ime elementa
Simbol elementa
Promatraju se pasivni
elementi s
koncentriranim
vrijednostima otpora,
induktiviteta i kapaciteta
Parametri komponente i
postavke
Oznake i simboli elemenata
Sklopovski simulator – pasivni elementi
Simbol
Ime elementa
(moguće čitati i pisati)
R_SHUNT.R
R_SHUNT.I
R_SHUNT.dI
R_SHUNT.V
R_SHUNT.dV
otpor
struja komponente
1. derivacija struje
napon na elementu
1. derivacija napona
C_LINK.C
C_LINK.VO
vrijednost elementa
početna vrijednost napona
C_LINK.Q
naboj na kapacitetu
L_LOAD.PSI
linkage tok induktiviteta
(moguće samo čitati)
Otpornik
Odnos napona i struje definiran je konstantom, ali može biti definiran i
nelinernom karakteristikom
Odaberi Resistance, a
zatim unesi vrijednost
otpora od 20 
Odabir reference ili
Look-up tablice
Dovuci
otpornik na
prostor za
crtanje
Dvostruki klik na
otpornik otvara
prozor za
zadavanje
svojstava otpornika
Prostor za
unos
vrijednosti
Zavojnica
Induktivitet se može zadati kao konstanta, ali se mogu definirati i
nelinearne funkcije ovisnosti struje o toku i induktiviteta o struji
3. Odaberi
Inductance, a
zatim unesi
vrijednost
induktiviteta
od 80 mH
1. Dovuci
zavojnicu na
prostor za
crtanje
L1
2. Dvostruki klik na
zavojnicu otvara
prozor za
zadavanje
svojstava zavojnice
Dioda
U Simploreru postoje tri različita tipa statičkog modela diode
Dvostruki klik
na diodu otvara
prozor za
zadavanje
svojstava diode
D2
Dovuci diodu
na prostor za
crtanje
Označi Type i odaberi statički
model Equivalent Line
Naponski izvor
Naponski izvor se može zadati pomoću konstante (EMF Value), ali su
moguće i razne vremenske funkcije
Dovući
naponski
izvor na
prostor za
crtanje
Odaberi Time
Controled i označi
Sine (sinusnu)
vremensku funkciju
Dvostruki klik na
otpornik otvara
prozor za
zadavanje
svojstava otpornika
Element uzemljenja sklopa
Tri su načina dodavanja simbola uzemljenja:
1. Klikom desne tipke miša na prostor za crtanje
R1
R2
R := 10m
R := 10m
FREQ := 60
TPERIO := 16.6667m
L_PRIM
AMPL := 156
L := 1m
PHASE := 0
I0 := 0
PERIO := 1
M1
M := 0.9m
L_SEC
L := 1m
R3
R := 100k
I0 := 0
E1
OFF := 0
2. Connect alatna traka
3. Connect izbornik
Uočite: Potrebno je dodati
simbol uzemljenja za
svaki odvojeni (pojedini)
sklop !
Mjerni instrumenti
Mjerni instrumenti, voltmetar,
ampermetar i vatmetar nalaze se u
bazi modela Basics > Measurement
> Electrical
Ikone električkih mjernih instrumenata
se nalaze i u alatnoj traci
Sklopke i poluvodičke komponente
Idealne sklopke i
poluvodičke
komponente –
sistemska razina
Poluvodičke
komponenterazina elementa
Spice kompatibilni
modeli
+ V
+
-
Druge komponente iz Basic biblioteke modela
M
M
M
#
MS
3~
A B C
MS
3~
MS
3~
( w. Damp er )
M
3~
A B C
A B C
MS
TWT
DC motor
3-fazni
motor
3~
( w. Damp er )
A B C
A B C
1-fazni
transformator
3-fazni
transformator
Druge komponente iz Basic biblioteke modela
Mjerni elementi (električni
sustavi)
Mjerni elementi (sustavi
protoka fluida)
Mjerni elementi (magnetski
sustavi)
Mjerni elementi
(mehanički sustavi)
Mjerni elementi (toplinski
sustavi)
Druge komponente iz Basic biblioteke modela
Karakteristike signala
MAXIMUM
RISETIME
MINIMUM
FALLTIME
TimePeriod
PULSE
E1
OVERSHOOT
TIMES
INTEGRAL
E2
MEASURE
d
D
y
POWER
d
Dx
CALC
MEAN VALUE
Sliding Mean
e:=m c²
RMS
FFT
70,7%
SlidingRMS
RMS
Sliding
70,7%
Nelinearne komponente X-Y relacije
Nelinearna
komponenta
x-y relacija
x-vrijednost
y-vrijednost
Otpor
i = f(V)
Napon
Struja
Kapacitet
v = f(q)
Naboj
Napon
Induktivitet
I = f()
Tok
Struja
Dualni
kapacitet
C = f(v)
Napon
Kapacitet
Dualni
induktivitet
L = f(I)
Struja
Induktivitet
Place Holders – unos teksta
• Klikni na Draw / Text i postavi okvir za unos teksta na sheet
• Klik na desnu tipku miša
Odaberi i insertiraj odabranu postavku
Friday February 22 2002
Korisni savjeti – desna tipka miša
Komponenta
Klik na desnu tipku
miša na elementu
otvara objektni
izbornik s najčešćim
funkcijama
Folder
Element
Alatna traka
Klik na desnu tipku
miša na području
alatne trake otvara
objektni meni za
otvaranje ili
zatvaranje alatnih
traka
List
Klik na desnu tipku
miša na praznom
prostoru za crtanje
otvara objektni meni s
općim postavkama ,
alatom za ožičavanje,
itd…
4. Zadavanje parametara modela
Parametri otpornika
Parametri elemenata se zadaju unutar prozora sa svojstvima (engl. Properties)
Do ovih prozora se dolazi dvostrukim klikom lijeve tipke miša na odabrani element
Za element otpornik iz prethodnog
primjera ovaj prozor izgleda kao na
slici.
Ime elementa
Vrijednost otpora u  ili
izbor nelinearne karakteristike
Pretpostavljene izlazne
varijable
Parametri zavojnice
Za element zavojnica iz prethodnog primjera prozor sa svojstvima zavojnice
izgleda kao na donjoj slici:
Ime elementa
Vrijednost induktiviteta u
henrijima (m je oznaka za mili)
Ili izbor nelinearnih karakteristika
Vrijednost početne struje
Pretpostavljene izlazne
varijable
Parametri diode
Za elemente dioda D1 i dioda D2 iz prethodnog primjera prozor sa svojstvima
diode izgleda kao na donjoj slici:
Ime elementa
Tip karakteristike
Osim statičke
karakteristike tipa
Equivalent Line
postoje još i
Exponential Function
i XY- Data Pairs tip
karakteristike
Parametri
karakteristike
Parametri diode
Prozor za unos uređenih parova napona i struje kod XY-Data Pairs statičke
karakteristike diode izgleda kao na donjoj slici:
Parovi vrijednosti napona
i struje unose se
pritiskom na žuti kvadratić
Drugi način unosa
vrijednosti napona i struje je
pomoću datoteke
Parametri diode
Parametri modela diode se mogu definirati i
upotrebom karakteristika iz
Basics>Tools>Characteristics baze modela
Karakteristike Equivalent Line i Exponential
Function opisuju statičku karakteristike diode.
Dvostrukim klikom miša na ove elemente
otvara se Properties prozor za unos
patrametara elemenata
Parametri diode
Parametri eksponencijalnog modela
Parametri modela ekvivalentnih linija
Parametri diode
Izabrana karakteristika se s diodom može povezati na dva načina:
Pomoću pina
Parametri diode
Izabrana karakteristika se s diodom može povezati i pomoću imena karakteristike.
Pomoću imena funkcije
Parametri naponskog izvora
Za element naponski izvor iz prethodnog primjera prozor sa svojstvima izvora
izgleda kao na donjoj slici:
Ime elementa
Vremenski ovisni izvor
Sinusna funkcija
Efektivna vrijednost 220 V
Amplituda
Frekvencija = 50 Hz
Period
Faza
Ofset
Parametri naponskog izvora
Parametri naponskog izvora se mogu
definirati i upotrebom vremenskih funkcija iz
Basics>Tools>Time Functions baze modela
Dvostrukim klikom miša na element Sine
Wave otvara se Properties prozor za unos
patrametara ovog elementa
Parametri naponskog izvora
Parametri sinusne funkcije
identični su parametrima
naponskog izvora sinusnog
valnog oblika.
Naredba Show/Update
prikazuje zadani valni oblik
Parametri naponskog izvora
Vremenska funkcija se s naponskim izvorom kojeg opisuje može povezati na
dva načina:
Pomoću pina
Parametri naponskog izvora
Vremenska funkcija se s naponskim izvorom kojeg opisuje može povezati i
pomoću imena vremenske funkcije.
Pomoću imena funkcije
Parametri naponskog izvora
Pored sinusnog naponskog izvora postoje još i sljedeći naponski izvori:
Pulse - impulsni
Triangular - trokutasti
Trapezoidal – trapezni
Saw-tooth Rising –pilasti rastući
Saw-tooth Falling – pilasti padajući
Parametri ovih valnih oblika su isti kao kod sinusnog valnog oblika.
Jedino trapezni izvor ima dodatne parametre:
Rise Time – vrijeme porasta
Fall Time – vrijeme padai
Pulse Width – širina impulsa
Parametri naponskog izvora
Parametri ovih naponskih izvora se mogu definirati pomoću Properties prozora
naponskog izvora ili pomoću vremenskih funkcija.
Napredne postavke za vremenske funkcije
Napredne postavke za vremenske funkcije
Specifični parametri elemenata
Klikom na tabulator Output/Display prozora sa svojstvima otpora otvara se
prozor specifičnih parametara (slični su i prozori ostalih električkih elemenata):
Pinovi pomoću kojih
je moguće koristiti
različite parametre
elementa kao
varijable u sklopu
Napon i struja otpornika (kao
moguće izlazne varijable)
Derivacije napona i struje
Vrijednost otpora
Čvorovi otpora
Oznake specifičnih parametara elemenata
Naponski izvor
Plava boja za izlaz
Crvena boja za parametre
Smeđa boja za dvosmjernost
5. Vrste simulacija i parametri
simulacija
Vrste simulacija i analiza
• TR simulacija (u vremenskoj domeni) ili tranzijentna analiza
Primjer: Odrediti valne oblike napona i struje poluvalnog ispravljača
• AC simulacija (u frekvencijskoj domeni) ili harmonička analiza
Primjer: Projektirati upravljački krug za silazni istosmjerni pretvarač
• DC simulacija (Quiscent domena) ili analiza DC radne točke
Primjer: Odrediti početne uvjete tranzistora za AC analizu
TR simulacija
Vremenska domena
Odabrati vrstu simulacije
Komponente koje se mogu koristiti u TR simulaciji:
• Sve interne komponente
• Sve AHDL-AMS komponente
• C-modeli s definicijama za tranzijentnu simulaciju
• Makromodeli koji koriste interne komponente, AHDL-AMS komponente, C
modele
AC simulacija
Frekvencijska domena
Odabrati vrstu simulacije
Komponente iz Basic tabulatora koje se mogu koristiti u AC simulaciji:
• Pasivne komponente
• Električni izvori (osim Fourierovog izvora)
• Sklopke (osim upravljanih)
• Statički modeli poluvodičkih komponenata
• Dinamički modeli poluvodičkih komponenata
• SPICE kompatibilni modeli
• Transformatori
...nastavak komponenata koje se mogu koristiti u AC simulaciji:
• Kontinuirani blokovi
• Diskretni blokovi
• Blokovi izvora
• Blokovi za procesiranje signala (osim za MAX, MIN, MAXT, MINT, two-point
s histerezom)
• Matematički blokovi
• Mjerni uređaji (električni)
• Vremenske funkcije
• Karakteristike
• Jednadžbe (osim za DES solver)
• C modeli s definicijama za DC i AC simulaciju
• Makromodeli koji koriste modele internih komponenata, C modele
Komponente iz Basic tabulatora koje se ne mogu koristiti u AC simulaciji:
• Električni strojevi
• Komponente grafa stanja
• Karakteristike signala
• Komponente fizikalne domene
Komponente iz ostalih tabulatora koje se ne mogu koristiti u AC simulaciji:
• Komponente u AMS tabulatoru
• Komponente u Digital tabulatoru
• Komponente u Tools tabulatoru
DC simulacija
Quiescent domena
Odabrati vrstu simulacije
Komponente iz Basic tabulatora koje se mogu koristiti u DC simulaciji:
• Pasivne komponente
• Električni izvori (osim Fourierovog izvora)
• Sklopke (osim upravljanih)
• Statički modeli poluvodičkih komponenata
• Dinamički modeli poluvodičkih komponenata
• SPICE kompatibilni modeli
• Transformatori
...nastavak komponenata koje se mogu koristiti u DC simulaciji:
• Kontinuirani blokovi
• Diskretni blokovi
• Blokovi izvora
• Blokovi za procesiranje signala (osim za MAX, MIN, MAXT, MINT, two-point
s histerezom)
• Matematički blokovi
• Mjerni uređaji (električni)
• Vremenske funkcije
• Karakteristike
• Jednadžbe (osim za DES solver)
• C modeli s definicijama za DC simulaciju
• VHDL-AMS modeli s definicijama za DC simulaciju
• Makromodeli koji koriste modele internih komponenata, C modele
Komponente iz Basic tabulatora koje se ne mogu koristiti u DC simulaciji:
• Električni strojevi
• Komponente grafa stanja
• Karakteristike signala
• Komponente fizikalne domene
Komponente iz ostalih tabulatora koje se ne mogu koristiti u DC simulaciji:
• Komponente u AMS tabulatoru
• Komponente u Digital tabulatoru
• Komponente u Tools tabulatoru
Sklopovski simulator – numerički algoritmi
• Modificirana metoda čvorova: računa potencijal svakog čvora i
vodljivost između čvorova
• Euler implicitni (sporiji) i trapezni (brži) integracijski algoritmi
• Linearni i nelinearni, izrazom i izvana upravljani izvori i pasivni
elementi
• Linearni i nelinearni interno upravljani izvori
• Promjenljivi korak integracije određen je s gornjim (hmax) i donjim
(hmin) limiterima koje definira korisnik
Parametri integracijskog algoritma
Itermax je maksimalni broj
iteracija za jedan korak
integracije.
Integracijski
algoritam
IEMAX /
VEMAX ije
maksimalna
strujna i
naponska
pogreška
Minimalni i maksimalni
korak integracije
Napredni
step mod
Osnovna pravila za izbor koraka integracije
Pravilan izbor minimalnog i maksimalnog koraka integracije je veoma
važan za točnost simulacijskih rezultata.
Integracijska formula
Odaberi integracijsku metodu upotrebom:
Simulation/ Parameters
Integracijska formula utječe na rezultat:
• Trapezna je brza, ali može biti nestabilna
(pretpostavljena metoda)
• Eulerova (za stif sustave) je brza i stabilna ali i
prigušuje rezultat
Trapezna
Eulerova
QuickGraph1
Idealni
oscilator
1.00e+ 002
QuickGraph1
C1.I
C1.V
1.00e+ 002
Hmin=10u
Hmax=100m
0
-1.00e+ 002
C1.I
C1.V
0
-1.00e+ 002
0
2.00e+ 001 4.00e+ 001 t
0
QuickGraph1
1.00e+ 002
QuickGraph1
C1.I
C1.V
0
-1.00e+ 002
2.00e+ 001 4.00e+ 001 t
1.00e+ 002
Hmin=10u
Hmax=10m
C1.I
C1.V
0
-1.00e+ 002
0
2.00e+ 001 4.00e+ 001 t
0
2.00e+ 001 4.00e+ 001 t
Napredni step mod
1. Označiti Advanced Step Mode
2. Unesi broj Equal Steps
(ako je 0: maksimalna akceleracija simulacije)
3. Unesi Step Acceleration Damping [%]
(ako je 0: nema prigušanjeda, maksimalna akceleracija simulacije)
U slučaju nestabilnog ponašanja parametri 2. i 3. se mogu povećati.
Reduciranje količine izlaznih podataka
simulacije
• Alat za smanjenje dimenzija izlazne datoteke snižavanjem frekvencije
spremanja simulacijskih koraka
• Ne utječe na prethodno riješene projekte
Klik na desnu tipku
miša na prostoru za
crtanje
U Result Database tab,
odaberi Data Reduction
Pokretanje tranzijentne simulacije
Pokretanje simulacije pomoću alatne trake.
Naziv metode i vrsta simulacije
(TR-tranzijentna simulacija)
Pokretanje simulacije
Nastavak simulacije
Naziv datoteke
Zaustavljenje simulacije
Pokretanje tranzijentne simulacije
Pokretanje simulacije pomoću izbornika Simulation
6. Prikazi rezultata simulacije
Zadavanje izlaznih veličina
Jedan od načina definiranja izlaznih veličina je unutar prozora sa svojstvima
elementa u programu Schematic. Do ovog prozora se dolazi ili dvostrukim klikom
na element ili klikom na desnu tipku miša.
R1
Klikni
desnu
tipku
miša
On-line analogni izlaz,
prikazan u ViewTool ili
QuickView automatski
Izlazna
datoteka
Pretpostavljene
izlazne veličine
Na dnu prozora sa svojstvima elementa nalaze se označene izlazne veličine.
Ove veličine tijekom simulacije Simplorer sprema u izlaznu datoteku.
Za odabir ostalih
izlaznih veličina otvara
se prozor Output /
Display
Pretpostavljene
izlazne veličine
Unutar prozora Output / Display prikazane su sve dostupne veličine i
parametri promatranog elementa. Moguće ih je označiti za prikaz unutar
programa View Tool ili za spremanje unutar datoteke.
On-line analogni izlaz,
prikazan u ViewTool ili
QuickView automatski
Izlazna
datoteka
Zadavanje opcija prikaza parametara elementa
•
•
Klikni desnom tipkom miša na element
i odaberi Properties, Output/Display
Prikaži i skrij parametre elementa,
definiraj izlaze
Prikaz u
Viewtool
Opcije
prikaza
Uočite: Omogući
Viewtool unutar
Sheet > Properties
Prikaz u DAY
Postprocessor
Prikaz rezultata s programom View Tool
Označi veličine za prikaz
pomoću programa View
Tool unutar prozora
Properties /
Output/Display za sve
elemente
Nakon završetka
simulacije automatski se
otvara prozor programa
View Tool unutar kojeg su
prikazane navedene
veličine.
Prozor programa View Tool
Alatna traka
Traka s izbornicima
Imena varijabli
Odabrani valni oblici
Jednim klikom desne tipke miša na prostoru prikaza valnih oblika otvara se
izbornik prema slici:
Ovaj izbornik omogućava uređivanje
prikazanih valnih oblika varijabli (kanala) i
kordinatnih osi.
Sve navedene naredbe iz ovog izbornika
se javljaju u obliku ikona u alatnoj traci
programa View Tool.
Naredba All Channels to Separate Windows prikazuje svaki odabrani valni
oblik unutar posebnog prozora.
Naredba Tile Horizontal iz izbornika Window će raspodijeliti ove prozore
na način prikazan na sljedećoj slici:
Pritiskom desne tipke miša na odabrano ime varijable sa desne strane prozora
s valnim oblicima otvara se izbornik kao na slici:
Ime varijable
Horizontalni i vertikalni kursor
Uklanjanje valnog oblika
Prikaz unutar odvojenog prozora
Način predstavljanja
Skaliranje
Boja
Postavke grafičkog prikaza
Klikni desnu tipku miša
na prostoru za crtanje i
odaberi Outputs /
Viewtool za ograničenje
podataka prikazanih u
Viewtool
Prikaži
vrijednosti za
samo selektirani
interval X-osi
Postavi granice za prikaz
vrijednosti na Y-osi
Prikaz rezultata sa 2D View
Sljedeći način prikaza izlaznih veličina je upotrebom 2D View elementa.
Ovaj element se postavlja na prostor za crtanje Schematica i predstavlja
dio simulacijskog modela.
Ikona elementa 2D View se nalazi na alatnoj traci ali i unutar biblioteke
Display.
Nakon što se element 2D View postavi na
prostor za crtanje potrebno je kliknuti lijevom
tipkom miša na element i podesiti njegove
dimenzije
Dvostrukim klikom miša na element otvora se sljedeći prozor:
Unutar tabulatora
Channels biraju se
valni oblici koji se
žele promatrati.
Nakon što se klikne
na žuti kvadratić
otvara se sljedeći
prozor
Unutar ovog
prozora definiraju
se veličine
elemenata koje
se žele
promatrati
Istovremeno s odvijanjem simulacije unutar 2D View elementa se iscrtavaju valni
oblici zadanih veličina.
Nakon završetka simulacije prostor za crtanje sheme zajedno s 2D View
elementa izgleda kao na slici:
2D View element s rezultatima simulacije
Dvostrukim klikom lijeve tipke miša na 2D View element ponovo se otvara
Properties prozor. Upotrebom ostalih tabulatora ovog prozora dolazi se do
prozora pomoću kojih je moguće urediti ovaj način prikaza.
Tabulatorima X-Axis i Y-Axis
otvaraju se prozori za:
• odabir načina prezentacije X i Y
kordinatnih osi
• tipa skale
• formata podataka itd.
Odabirom tabulatora Presentation unutar prozora Properties otvara se prozor
kao na slici:
Unutar ovog prozora uređuje se
izgled 2D View elementa:
• prikaz legende, naslova
• veličina margina oko grafa
• boje pozadine, okvira, grida
itd.
Prozor Presentation i pripadni
2D View element.
2D View / Sliding Window
Označi Range
kvadratić i
postavi vrijednost
sliding prozora
grafike
Klik na
desnu
tipku miša
2D View / zadavanje više y-osi
Klikni na žuti folder za
dodati drugu y-os
1
1
Y-I
C1.I [A]
Y-V
C1.V [V]
0.8 0.8
0.6 0.6
0.4 0.4
0.2 0.2
0
0
0
1
2
3
4
5.3 t [s ]
Skaliranje unutar 2D View elementa
• Za skalirati veličine, pritisni desnu tipku
miša na 2D View elementu i odaberi Best
Representation
0
E
1
0
1
0
0
0
-
0
-
0
- 0
- 0
0
2
4
6
8
0
t
Prikaz rezultata simulacije sa Probe alatom
Rezultate tranzijente simulacije moguće je prikazati i pomoću alata Probe. Ovaj
alat se nalazi u alatnoj traci i u izborniku Connect
Alat Probe iz alatne trake
Izbornik Connect > Probe
Prikaz rezultata simulacije sa Probe alatom
Pomoću alata Probe unutar Schematica i simulacijske sheme moguće je
prikazati valni oblik napona čvora i valni oblik struje kroz element.
Klikne se lijevom tipkom miša na alat Probe i nakon toga kursor poprimi
karakteristični oblik.
Klikom na element prikazuje se struja kroz element.
Klikom na čvor prikazuje se napon na čvoru.
Klikom na desnu tipku
miša otvara se prozor
shortcut izbornika
Prikaz rezultata simulacije sa Probe alatom
Shortcut izbornik
Moguće je prikazati :
• realnu i imaginarnu vrijednost
• amplitudu i fazu
• prikazati valni oblik
Otvara se prozor u kojem se
definira izgled grafičkog prozora
Prikaz rezultata simulacije sa Probe alatom
Tabulator za definiranje izgleda
grafičkog prikaza (margine, boja
pozadine itd.)
Tabulatori za definiranje X i Y osi
Definiranje tipa, stila i debljine
krivulje
Prikaz rezultata simulacije sa Probe alatom
Izgled Schematica sa simulacijskom shemom i prikazanim valnim oblicima
Prikaz rezultata simulacije sa Extern View
Unutar shortcut izbornika
Probe nalazi se naredba za
otvaranje ”vanjskog prozora”
Extern View.
Prikaz rezultata simulacije sa Extern View
Unutar shortcut izbornika ovog prozora nalazi se naredba Show cursors
7. Modeli poluvodičkih ventila
•
Dominantna komponenta u sklopovima učinske elektronike je
elektronička sklopka.
•
Od idealne elektroničke sklopke se očekuje da je struja kroz
sklopku jednaka nuli kada je sklopka otvorena, te pad napona na
sklopci jednak nuli kada je sklopka zatvorena. Također se traži da
vodi struju u oba smjera i da trenutačno uklapa i isklapa.
•
Elektronička sklopka se ostvaruje upotrebom poluvodičkog ventila;
diode, bipolarnog tranzistora, MOSFET-a, IGBT-a, tiristora itd.
•
Na razini simulacije ponašanja sklopova učinske elektronike
elektroničke sklopke se mogu modelirati idealnom (mehaničkom)
sklopkom na najnižoj razini, odnosno statičkim i dinamičkim
modelima poluvodičkih ventila na višim razinama.
•
Simulacijski program Simplorer ima ugrađen model idealne
sklopke kao i statičke i dinamičke modele većine poluvodičkih
ventila.
•
Svi navedeni modeli nalaze se unutar baze Basic.
Otvaranjem baze Basic i podbaze Circuit dolazi se do modela idealne sklopke
(Ideal switches) i modela poluvodičkih ventila
Modeli mehaničke sklopke
Statički modeli poluvodičkih ventila
(Semiconductor Sistem Level)
Dinamički modeli poluvodičkih ventila
(Semiconductor Device Level)
SPICE kompatibilni modeli
Model idealne sklopke
Svojstva modela idealne sklopke:
Statička karkteristika je definirana s dva stanja.
• Kada je sklopka otvorena predstavlja otvoreni
strujni krug.
• Kada je sklopka zatvorena predstavlja kratki spoj.
Sklopkom se upravlja preko logičkog signala (0/1).
Simbol sklopke
Dvostrukim klikom na simbol sklopke otvori prozor Properties u kojem se
zadaju parametri sklopke.
Model idealne sklopke
Sklopkom se upravlja
pomoću upravljačkog signala
(Control Signal).
Upravljački signal se može
dovesti preko pina ili to može
biti varijabla.
Sklopka će bit uključena ako
je vrijednost upravljačkog
signala veća od nule, a
isključena ako je vrijednost
upravljačkog signala jednaka
ili manja od nule
Statički modeli poluvodičkih ventila
Unutar baze Basics / Semiconductor System Level smješteni su statički modeli
poluvodičkih ventila: diode, IGBT-a, MOSFET-a, bipolarnog tranzistora, GTO
tiristora, tiristora, trijaka.
Svojstva statičkih modela:
Svi navedeni ventili imaju iste statičke
modele. Statička karakteristika je
definirana s tri stanja;
• visokom otpornošću u nevodljivom
području
• niskom otpornošču u vodljivom
području
• prijelaznom karakteristikom.
Simbol diode
Statički modeli poluvodičkih ventila
Dvostrukim klikom na simbol sklopke otvori se prozor Properties u kojem se zadaju
parametri sklopke. Najprije se izabire tip statičkog modela.
Bira se između modela:
• Equivalent Line
• Exponential Function
• XY-Data Pairs
Označavanjem polja Element
Name koristi se vanjska
statička karakteristika.
Potrebno je navesti ime
elementa koji predstavlja
statičku karakteristiku ventila ili
se ta karakteristika dovodi
ventilu preko pina.
Statički modeli poluvodičkih ventila
Ukoliko se izabere statički model tipa XY-Data Pairs prozor Properties izgleda
kao na slici:
Potrebno je zatim kliknuti
na polje Characteristics da
bi se ručno unijeli uređeni
parovi vrijednosti napona i
struje koji opisuju statičku
karakteristiku.
Ako se označi polje pin
tada je potrebno izvana na
pin ventila spojiti element
koji sadrži statičku
karakteristiku.
Statički modeli poluvodičkih ventila
Ukoliko se klikne na polje Characteristics otvara se sljedeći prozor:
Klikom na žuti kvadratić
otvaraju se polja za unos
uređenih parova
vrijednosti napona i
struje statičke
karakteristike.
Klikom na polje Show
prikazuje se unesena
statička karakteristika
poluvodičkog ventila.
Parametri statičkih modela
Parametri Equivalent Line statičke karakteristike diode su:
• Forward Voltage (V) – pad napona u vođenju
• Bulk Resistance () – dinamički otpor u propusnom smjeru
• Reverse Resistance () – otpor u zapornom smjeru
Parametri Exponential Function statičke karakteristike diode su:
• Saturation Current (A) – reverzna struja zasićenja
• Thermal Voltage (V) – termički napon
• Reverse Resistance () – otpor u zapornom smjeru
Parametri XY-Data Pairs statičke karakteristike diode su uređeni parovi
napona i struje. Mogu se unijeti račno ili učitati iz datoteke.
Vrijednosti parametara statičkih modela
U donjoj tablici dane su pretpostavljene vrijednosti parametara statičkih
karakteristika Equivalent Line i Exponential Function.
Equivalent Line
Exponential Function
Forward Voltage (V)
0,8
Saturation Current (A)
Bulk Resistance ()
1m
Thermal Voltage (V)
35m
Reverse Resistance ()
100k
Reverse Resistance ()
100k
1p
Dinamički modeli poluvodičkih ventila
•
Svaki poluvodički ventil ima svoj vlastiti dinamički model.
•
Dinamički model predstavlja fizikalna zbivanja unutar poluvodičkog
ventila.
•
Karakterizira ga složena električna shema i veliki broj parametara.
•
Dinamički modeli simuliraju statičko i dinamičko električno ponašanje
ventila.
•
Ovim modelima simuliraju se gubici vođenja i sklopni gubici poluvodičkih
ventila.
•
Postoji više razina dinamičkih modela, ovisno o poluvodičkom ventilu.
•
Najviša razina dinamičkog modela je elektro-toplinski model koji simulira
električna i toplinska zbivanja unutar poluvodičkog ventila, te služi za
simulaciju električnog i toplinskog naprezanja komponente.
Dinamički modeli poluvodičkih ventila
Unutar baze Basics / Semiconductor Device Level
smješteni su dinamički modeli poluvodičkih ventila:
diode, bipolarnog tranzistora, JFET-a, MOSFET-a,
IGBT-a, tiristora, GTO tiristora.
Svojstva dinamičkih modela:
• fizikalni dinamički model
• simulira dinamičke efekte, gubitke, sklopno
ponašanje
• upravljački krug je strujni krug (napon ili struja)
• SPICE3F5 kompatibilni modeli
Simbol MOSFET-a
Dinamički model diode
Dvostrukim klikom na simbol diode
izvučen iz baze Basic /
Semiconductor Device Level
otvara se sljedeći Properties
prozor:
Unutar tabulatora Electrical
Parameters definiraju se električki
parametri
Unutar tabulatora Thermal
Parameters definiraju se toplinski
parametri
Unutar tabulatora Output / Display
definiraju se izlazne veličine
Dinamički model diode
Dinamički model diode je elektro-toplinski model. Na sljedećoj slici je
predstavljena nadomjesna shema električkog dijela dinamičkog modela
diode.
Kapaciteti kojima se modeliraju barijerni
i difuzijski kapaciteti PN prijelaza diode.
Ovim kapacitetima simuliraju se sklopni
gubici diode.
Strujni izvor kojim je modelirana reverzna
struja oporavljanja diode.
Dinamički model diode
Dinamički modeli poluvodičkih ventila
su modularni tj. moguće je zadati
različite simulacijske razine.
Unutar tabulatora Electrical
Parameters otvaranjem polja
Electrical Behavior Levels
odabere se željena razina
električnog modela diode.
Moguće je birati između razina 0,
1, 2, i 3.
Svaka razina, odnosno svaki
električni model ima svoje
parametre.
Jednadžbe električkog dijela modela Type 0
Električni model Type 0 simulira samo statičko ponašanje diode. Jednadžbe
električnog modela Type 0:
 V  I RB

M

V
T
I  Is  e
 1




k  TEMP _ JNCT  273K 
VT 
q
Gdje je:
K – Boltzmanova konstanta 1.381E-23
q – naboj elektrona 1.602E-19
Reverzna struja zasićenja Is se računa iz zadane struje zasićenja pri
referentnoj temperaturi TEMP0 i stvarnoj temperaturi PN prijelaza
TEMP_JUNCT:
 TEMP _ JNCT  273K 
I S  ISAT 0  

TEMP0  273K


3

qVGAP
TEMP _ JNCT TEMP 0 



k

TEMP
_
JNCT

273
K
TEMP
0

273
K



 e
Parametri električkog dijela modela Type 0
Opis
Reverzna struja zasićenja pri Tc0 [A]
Faktor idealnosti [/]
Linearni temperaturni koeficijent [/]
Otpor podloge []
Eksponencijalni temperaturni koeficijent [/]
Ime parametra
ISATO
M0
ALPHA_M
RB0
ALPHA_RB
Bandgap napon [V]
VGAP
Referentna temperatura [C]
TEMP0
Probojni napon [V]
VBREAK
Struja proboja [A]
IBREAK
Temperatura proboja [C]
Otpor anoda-katoda nakon proboja []
TEMPBREAK
RFAULT
Jednadžbe električkog dijela modela Type 1
Električni model Type 1 simulira statičko i dinamičko ponašanje diode.
Dinamičko ponašanje je simulirano modelirajući barijerni i difuzijski kapacitet
PN prijelaza. Jednadžbe za računanje barijernog kapaciteta su:
CJNCT  C 0 JNCT
C JNCT  C 0 JNCT
V
 ALPHA1 DELTA  

 JNCT


VDIFF


2

e








1  DELTA

DELTA


ALPHA
1

V


JUNCT

 VDIFF 











Ako je napon PN
prijelaza > 0 V
Ako je napon PN
prijelaza < 0 V
Jednadžbe električkog dijela modela Type 1
Jednadžbe za računanje difuzijskog kapaciteta su:
CDIFF  TAU 
d  I JNCT 
d VJNCT 
 TAU 
( I JNCT  IS )
M  VT
Da bi se spriječile moguće oscilacije dodan je se tzv. damping otpor. Vrijednost
otpora je određena parametrom DAMPING, vrijednostima parazitnih
induktiviteta, te barijernog i difuzijskog kapaciteta. Jednadžba za računanje
vrijednosti damping otpora je:
RDAMP  DAMPING 
L
C (V )
Parametri električkog dijela modela Type 1
Opis
Ime parametra
Nazivni blokirni napon [V]
VNOM
Nazivna struja [A]
INOM
Ukupni kapacitet PN prijelaza pri 0V [F]
C0_JNCT
Difuzijski potencijal [V]
VDIFF_JNCT
Eksponent kapaciteta [/]
ALPHA_JNCT
Utjecaj konstantnog kapaciteta [0...1] [V]
DELTA_JNCT
Efektivno vrijeme života [s]
TAU
Eksponencijalni temperaturni koeficijent od
TAU [/]
ALPHA_TAU
Linearni strujni koeficijent od TAU [/]
KAPPA_TAU
Linearni naponski koeficijent od TAU [/]
SIGMA_TAU
Parazitni induktivitet [H]
Damping faktor [/]
L
DAMPING
Jednadžbe električkog dijela modela Type 2 i Type 3
Električni modeli Type 2 i Type 3 simuliraju statičko i dinamičko ponašanje
diode. Pomoću dodatnog strujnog izvora modeliraju struju reverznog
oporavljanja diode.
I jedan i drugi model dijele karakteristiku struje reverznog oporavljanja na pet
sekcija, ali koriste različite parametre i različite karaktrteristike.
Parametri električkog dijela modela Type 2 i Type 3
Opis
Ime parametra
Faktor oblika reverzne struje oporavljanja 1,
2, i 3
R1/R2/R3
Eksponencijalni temperaturni koeficijent od
R2
ALPHA_TAU
Linearni strujni koeficijent od R2
KAPPA_TAU
Linearni naponski koeficijent od R2
SIGMA_TAU
“Soft” faktor oblika reverzne struje
oporavljanja 1 i 2
SF1/SF2
Ovisnost parametara o temperaturi, naponu i struji
Ovisnost električnih parametara o temperaturi, naponu i struji se modelira
pomoću linearne i eksponecijalne funkcije. Ovisnost o temperaturi može biti
linearna ili eksoponecijalna, ovisnost o naponi i struji je uvijek linearna.
Linearna ovisnost:

z  z0
ym  1  m 
z0

Gdje je:

  f  x

Eksponecijalna ovisnost:
m
 z 
ym     f  x 
 z0 
f(x) - originalna funkcija
z - napon, struja ili temperatura
m - ALPHA, SIGMA ili KAPPA
Koeficijenti za temperaturnu ovisnost –
započinju s ALPHA
Koeficijenti za naponsku ovisnost –
započinju sa SIGMA
Koeficijenti za strujnu ovisnost –
započinju s KAPPA
Model toplinskog sustava
Unutar tabulatora Thermal
Parameters definiraju se
parametri modela toplinskog
sustava
Otvaranjem polja Thermal
Behavior Levels odabere se
željena razina modela
toplinskog sustava diode.
Moguće je birati između razina
0, 1 i 2.
Svaka razina, odnosno svaki
toplinski model ima svoje
parametre.
Model toplinskog sustava
Na sljedećoj slici je predstavljena nadomjesna shema kompletnog modela
toplinskog sustava diode:
Ukoliko ovaj model nije dovoljno točan može se koristiti izlaz iz električnog
modela PEL za upravljanje strujnog izvora koji se spaja na kompleksniju RC
mrežu. Simulirana temperatura na PN prijelazu dovodi se do električnog
modela. U tom slučaju mora se postaviti vijednost TYPE_THERM = 0.
Model toplinskog sustava
I model toplinskog sustava diode je modularan tj. moguće je zadati različite
simulacijske razine. Razina modela se definira s parametrom TYPE_THERM.
Postoje tri razine toplinskog ponašanja:
TYPE_THERM=0
Temperatura PN prijelaza se postavlja na temperaturu ambijenta (parametar
TEMPAMB). Svi temperaturno ovisni parametri se izračunavaju za ovu
temperaturu.
TYPE_THERM=1
Temperatura PN prijelaz i kućišta ovise o gubicima i toplinskim otporima.
Zanemaruju se toplinski kapaciteti.
TYPE_THERM=2
Temperature se računaju koristeći dinamički toplinski model, koji uzima u obzir i
toplinske kapacitete i toplinski otpore.
Parametri modela toplinskog sustava
Opis
Temperatura ambijenta [V]
Ime parametra
TEMPAMB
Toplinska intrinsični otpor [A]
R_THERM_I
Toplinski otpor između čipa i kućišta [F]
R_THERM_C
Temperatura PN prijelaza na početku
simulacije [V]
TEMPJNCT0
Toplinski kapacitet PN prijelaza [/]
C_THERM_J
Toplinski intrinsični kapacitet [V]
C_THERM_I
Toplinski kapacitet prema ambijentu [s]
C_THERM_AMB
Konvekcijska konstanta [/]
ALPHA_CONV
Konvekcijska površina [/]
A_CONV
Toplinska radijacijska konstanta [/]
SIGMA_RAD
Toplinska radijacijska površina [H]
A_RAD
Toplinska vodljivost prema ambijentu [/]
G-COND_AMB
8. Upravljanje poluvodičkim
ventilima
Podjela ventila prema upravljivosti
Poluvodički ventili se dijele na:
• Neupravljive
• Poluupravljive
• Punoupravljive
Poluupravljivi vrentil se može po volji uklopiti, ali isklapa kada struja kroz
njega padne na nulu.
Punoupravljive ventile je moguće po volji uklopiti i isklopiti.
Primjer neupravljivog ventila – dioda
Primjer poluupravljivog ventila – tiristor
Primjeri punoupravljivih ventila – bipolarni tranzistor, MOSFET, IGBT, trijak
Modeli upravljačkih krugova
Upravljački impuls se dovodi na upravljačku elektrodu ventila.
Za upravljanje dinamičkim modelima ventila potrebno je na upravljačku
elektrodu dovesti strujni ili naponski signal.
Upravljački krug za dinamičke modele se modelira električnom mrežom.
Za upravljanje statičkim modelima poluvodičkih ventila na upravljačku elektrodu
se dovodi logički signal.
Statički model ventila je u stanju vođenja kada je vrijednost logičkog signala
dovedenog na upravljačku elektrodu veća od nule.
Statički model ventila je u stanju nevođenja kada je vrijednost logičkog signala
dovedenog na upravljačku elektrodu manja ili jednaka nuli.
Logički signali za upravljanje statičkim modelima se mogu formirati vremenskim
funkcijama, blokovima i elementima Petrijevih mreža
Primjer 2.
Jednofazni tiristorski ispravljač s
porednom diodom
Jednofazni tiristorski ispravljač s porednom diodom
Jednofazni ispravljač s tiristorom
TH1, porednom diodom D2
i induktivnim trošilom
Sinusni naponski
izvor, efektivne
vrijednosti 220 V i
frekvencije 50 Hz
Tiristor i dioda su
predstavljeni statičkim
modelom Equivalent
Line
Vrijednost otpora R1 je
20 , a induktiviteta L2 je
80 mH.
Crtanje i zadavanje sklopa
Izabere se element
u bazi modela i s
pritisnutom lijevom
tipkom miša dovuče
na prostor za
crtanje
Svi elementi sklopa
nalaze se u bazi
modela Basics
Osim tiristora TH1 svi elementi
su isti kao u Primjeru 1.
Prethodno je objašnjeno kako se
zadaju parametri modela ovih
elemenata.
Upravljanje pomoću vremenskih funkcija
Potrebno je izraditi model upravljačkog sklopa
koji će uklopiti tiristor nakon 5 ms. Tiristor će
isklopiti kada struja kroz njega padne na nulu.
Kao model upravljačkog uređaja koristi se
jedna od vremenskih funkcija iz baze Basics /
Tools / Time Functions. Koristi se vremenska
funkcija Pulse Wave.
Dvostrukim klikom miša na element PULSE1
nakon što je postavljen na prostor za crtanje
otvara se prozor Properties.
Upravljanje pomoću vremenskih funkcija
Prozor Properties elementa PULSE1
Ime elementa
Amplituda
Frekvencija
Period
Kašnjenje
Ofset
Periodičnost funkcije
Izlazne veličine
Prikaz funkcije za zadane
parametre
Upravljanje pomoću vremenskih funkcija
Prikaz vremenske funkcije
elementa PULSE1 za zadane
parametre.
Pomoću ove funkcije upravlja
se uklapanjem tiristora.
Kako spojiti element PULSE1
na tiristor TH1 ?
Upravljanje pomoću vremenskih funkcija
1. način pomoću pina i ožičenja
2. način pomoću varijable
Upravljanje pomoću vremenskih funkcija
Napon na trošilu
Napon na tiristoru
Uočite: Tiristor će uklopiti kada je napon na njemu pozitivan i kada je
napon upravljačkog elementa PULSE 1 veći od nule.
Upravljanje pomoću blokova
Potrebno je izraditi model upravljačkog sklopa
koji će uklopiti tiristor nakon 45 elek. stupnjeva.
Tiristor će isklopiti kada struja kroz njega
padne na nulu.
Kao model upravljačkog uređaja koristi se
sinusna vremenska funkcija iz baze Basics /
Tools / Time Functions i blok limitatora iz baze
Basics / Blocks / Signal Processing Blocks.
Dvostrukim klikom miša na elemente SINE1 i
COMP1 nakon što su postavljeni na prostor za
crtanje otvaraju se prozori Properties.
Upravljanje pomoću blokova
Prozor Properties elementa SINE1
Ime elementa
Amplituda
Fazno kašnjenje
Frekvencija
Period
Ofset
Periodičnost funkcije
Kašnjenje
Prikaz funkcije za zadane
parametre
Upravljanje pomoću blokova
Prozor Properties elementa COMP1
Ime elementa
Napon praga (Threshold)
Vrijednost izlazne varijable
ako je ulazni napon manji
od napona praga
Vrijednost izlazne varijable
ako je ulazni napon veći od
napona praga
Izlazne veličine
Upravljanje pomoću blokova
Napon na tiristoru
Izlaz iz elementa vremenske funkcije SIN1
Izlaz iz bloka COMP1
Upravljanje pomoću grafa stanja
Potrebno je izraditi model upravljačkog sklopa
koji će uklopiti tiristor nakon 45 elek. stupnjeva.
Tiristor će isklopiti kada struja kroz njega
padne na nulu.
Za izraditi model upravljačkog uređaja koriste
se elementi grafa stanja iz baze Basics /
States i to elementi State 11 i Transition, te
element Initial Values iz baze Basics / Tools /
Equations.
Upravljanje pomoću grafa stanja
Elementi iz baze Basics / States su elementi koji se koriste za izradu grafa
stanja.
Graf stanja je simulacijski jezik za modeliranje i simulaciju diskontinuiranih
procesa. Pomoću grafa stanja diskontinuirani proces se dijeli na
karakteristična stanja i događaje, odnosno na prijelaze iz jednog stanja u
drugo stanje (teorija Petrijevih mreža).
Pomoću grafa stanja izradit će se model koji će generirati upravljački signal
za tiristor (logički signal CS > 0) 45 elek. st. nakon početka svake pune
periode ulaznog sinusnog napona. Nakon završeka pune periode vrijednost
upravljačkog signala poprima vrijednost nula.
Upravljačkom signalu modela
tiristora potrebno je dodijeliti
ime CS.
Upravljanje pomoću grafa stanja
Shema grafa stanja za generiranje
upravljačkog signala.
Element za definiranje početnog
stanja.
Upravljanje pomoću grafa stanja
Prozor Properties za element
STATE_0
Ime elementa
Klikom na žuti kvadratić otvori
se izbornik iz kojeg se izabere
naredba SET i upiše naredba
CS:=0
Naredba definira stanje ovog
elementa grafa stanja kao
stanje u kojem je tiristor
isključen.
Upravljanje pomoću grafa stanja
Prozor Properties za element
TRANS1
Ime elementa
Element kojim se definira uvjet
pri kojem dolazi do prijelaza iz
stanja STATE0 u stanje STATE1
Uvjet;
6.28*50*T>0.8+(2*n*3.14)
t
0.8   2n   
Upravljanje pomoću grafa stanja
Prozor Properties za element
STATE_1
Ime elementa
Klikom na žuti kvadratić otvori
se izbornik iz kojeg se izabere
naredba SET i upiše naredba
CS:=1
Naredba definira stanje ovog
elementa grafa stanja kao
stanje u kojem je tiristor
uključen.
Upravljanje pomoću grafa stanja
Prozor Properties za element
TRANS2
Ime elementa
Element kojim se definira uvjet
pri kojem dolazi do prijelaza iz
stanja STATE1 u stanje STATE2
Uvjet;
6.28*50*T>(n+1)*3.14
t
 n  1  
Upravljanje pomoću grafa stanja
Prozor Properties za element
STATE_2
Ime elementa
Klikom na žuti kvadratić otvori
se izbornik iz kojeg se izabere
naredba SET i upiše naredba
n:=n+1
Naredba definira stanje ovog
elementa grafa stanja kao
stanje u kojem će se povećati
vrijednost varijable n za jedan.
Upravljanje pomoću grafa stanja
Prozor Properties za element
TRANS3
Ime elementa
Element kojim se definira uvjet
pri kojem dolazi do prijelaza iz
stanja STATE2 u stanje STATE0
Uvjet;
6.28*50*T>2*n*3.14
t
2n  
Upravljanje pomoću grafa stanja
Prozor Properties za element
početnih stanja FML_INIT1
Ime elementa
Klikom na žuti kvadratić otvori
se polje za unos jednadžbe
koja definira početno stanje
n:=0
Vrijednost varijable n se
povećava za 1 pri svakom
prolazu kroz definirani graf
stanja.
Upravljanje pomoću grafa stanja
Vrijednost varijable n
Upravljački signal
Napon na tiristoru
9. Podsklopovi i makromodeli
Podsklopovi
Što je to podsklop (engl. subsheet)?
– Podsklop je grupa ujedinjenih objekata u Simplorer-ovoj shemi
– Ulazi i izlazi podsklopova dostupni su preko pinova
Zašto se podsklop koristi?
– Da se grupa objekata ujedini u jedan
element s ciljem pojednostavljenja sheme
– Da se podsklop doda u biblioteku (kao
makromodel), kako bi bio dostupan u idućim
shemama
Simbol podsklopa koji se može editirati
Podsklopovi - procedura
Podsklopovi se stvaraju upotrebom grafičkog ili tekstualnog simulacijskog
jezika.
Koja je procedura grafičkog načina stvaranja podsklopa?
1. Napraviti novi podsklop ručno dodajući elemente ili
označiti grupu postojećih elemenata i onda ih ujediniti u podsklop ili
napraviti novi podsklop iz postojeće SML20 ili VHDLA datoteke
2. Odrediti električne ulaze i izlaze podsklopa
3. Odrediti izlazne i ulazne varijable podsklopa
4. Napraviti simbol
5. Napraviti makromodel
Stvaranje potpuno novog podsklopa
1. Izabrati Sheet > Subsheet > New Graphical
2. Odrediti veličinu podsklopa povlačenjem lijeve tipke miša
3. Dodati odgovarajuće elemente u podsklop (TH1-TH4)
Električni ulazi i izlazi
4. Postaviti konzervativne čvorove Sheet > Subsheet > Create Pin/Parameter…
Konzervativni čvor spaja podsklop sa sklopom
Ulazne i izlazne varijable
Novi simbol pina se spaja s ostatkom podsklopa.
4. Postaviti ne-konzervativne čvorove Sheet > Subsheet > Create Pin/Parameter…
Nekonzervativni čvorovi se koriste za
promjenu vrijednosti patrametara. Za
ove čvorove je potrebno definirati da li
će se koristiti kao izlazni, ulazni ili
ulazni i izlazni.
Pregled svojstava podsklopa
Za povratak na višu razinu
potrebna je naredba Level
Up iz shortcut izbornika
podsklopa
Dvostrukim
klikom na
podsklop
otvara se
prozor
Properties
Stvaranje novog podsklopa selekcijom dijela
postojeće sheme
1.
2.
Elementi podsklopa moraju veći postojati u shemi
Odabrati sve komponente koje bi trebale biti dio podsklopa
3. Izabrati Sheet > Subsheet >
New Graphical From
Selection
Za prikazati shemu podsklopa koristi se
naredba Open iz shortcut izbornika
Stvaranje novog podsklopa iz SML20 ili VHDLA
datoteke
•
•
•
Odabrati user6 library za novi model.
Desni klik miša u prostor za elemente i
odabrati: Insert/ Macro(s) from SML20 File or
VHDLA File.
Locirati datoteku. Kliknuti Open za uvoz makromodela.
Određivanje izlaza iz podsklopa
•
•
•
•
•
Otvoriti podsklop koristeći Sheet/ Subsheet/ Open
Kliknuti desnom tipkom miša na komponentu podsklopa
Izabrati “Make available for output” i odabrati veličinu
Unijeti ime za veličinu
Na kraju, desni klik/ Level Up za pomak na glavni simulacijski sklop
Graf stanja u podsklopu
Ukoliko se stvara graf stanja u kojem su elementi prijelaza (engl. transitions)
rubni elementi podsklopa, moraju se koristiti dva ne-konzervativna izlazna pina u
podsklopu.
Ukoliko se stvara graf stanja u kojem su elementi stanja (engl. states) rubni
elementi podsklopa, moraju se koristiti dva ne-konzervativna ulazna pina u
podsklopu.
Stvaranje makromodela
Podsklopovi se kopiraju s CTRL+C, a dupliciraju s naredbom Edit >Duplicate ili
CTRL+D. Kod podsklopova koji su duplicirani, promjena na jednom podsklopu se
automatski provodi na dupliciranim podsklopovima.
Makromodel je podsklop koji je dodan u biblioteku
Kopirani podsklop se može kao
makromodel spremiti unutar biblioteke
modela i koristiti u drugim simulacijskim
modelima.
Klikom na desnu tipku miša iznad
Model Tree-a otvori se shortcut
izbornik.
Pokrene se naredba New library.
Stvaranje makromodela
Odabere se direktorij, folder i ime
nove bibliteke.
Zadaju se svojstva nove
biblioteke.
Stvaranje makromodela
Otvori se nova baza unutar odabranog
tabulatora i naredbom Paste se kopira
podsklopkao Subsheet ili TextMacro.
Novi podsklop u bazi
modela.
Stvaranje makromodela
•
•
•
•
Za dodati podsklop kao makromodel u postojeću biblioteku, prvo
kliknuti na biblioteku u koju će biti
dodan
Desni klik mišem i odabrati Insert/
Macro from SML20 File
Ili označiti podsklop i Edit/copy i
Edit/paste
Umetnuti kao podsklop (može se
uređivati) ili makro-model (ne može
se uređivati)
Stvaranje simbola
• Desni klik mišem i odabrati “Edit Symbol” za
kreiranje slike. Pokreće se program Symbol editor.
• Unutar alatne trake programa su različiti alati za
uređivanje izgleda simbola.
Primjer 3.
Makromodel upravljačkog
uređaja tiristora
Simulacijski model usmjerivača
Punoupravljivi tiristorski
usmjerivač u jednofaznom
mosnom spoju
Sinusni naponski
izvor, efektivne
vrijednosti 220 V i
frekvencije 50 Hz
Tiristori i dioda su
predstavljeni statičkim
modelom Equivalent
Line
Vrijednost otpora R1 je
20 , a induktiviteta L1 je
80 mH.
Crtanje i zadavanje sklopa
Model upravljačkog uređaja
Upravljački uređaj za tiristore u jednofaznom mosnom spoju je modeliran
pomoću elemenata grafa stanja.
Model upravljačkog uređaja za tiristore TH1
i TH4 (upravljački signal tiristora Trig1)
Model upravljačkog uređaja za tiristore TH2
i TH3 (upravljački signal tiristora Trig2)
Model upravljačkog uređaja
Wait_1
SET:= Trig1=0
Postavlja vrijednost upravljačkog
signala Trig1 u nulu
TRANS1
TRC:=E1.EMF=0 and E1.dV>0
Prijelaz u novo stanje na početku
pozitivne poluperiode sinusnog
naponskog izvora (E1.dV – derivacija
elektromotorne sile napona izvora)
Delay_1
SET::=t_sync1:=t
DEL::=Iamin_1##u_time*alphamin
DEL::=Iamax_1##u_time*alphamax
Varijabli t_sync1 pridjeljuje se vrijednost
vremena simulacije.
Varijabla Iamin_1 je jednaka nuli do
isteka vremana u_time*alphamin, a
nakon toga je jednaka jedan.
Varijabla Iamax_1 je jednaka nuli do
isteka vremana u_time*alphamax, a
nakon toga je jednaka jedan
Model upravljačkog uređaja
TRANS2
TRC:=t-t_sync1>=u_time*alpha and Prijelaz u novo stanje ako je razlika
Iamin_1
između vremena simulacije i varijable
t_sync veća ili jednaka od kuta alpha
(u_time*alpha) i ako je varijabla Iamin_1
jednaka jedan (ako je dovoljno trajanje
upravljačkog signala).
Ignit_1
SET::=Trig1=1
DEL::=Idelta_1##u_time*delta
Postavlja vrijednost upravljačkog
signala Trig1 u jedan.
Varijabla Idelta_1 je jednaka nuli do
isteka vremena u_time*delta, a nakon
toga je jednaka jedan.
TRANS3
TRC:=Idelta_1 or Iamax_1
Prijelaz u novo stanje ako je vrijednost
varijable Idelta_1 jednaka jedan ili
vrijednost varijable Iamax_1 jednaka
jedan.
Model upravljačkog uređaja
Model upravljačkog uređaja na početku postavlja vrijednost upravljačkih
impulsa jednaku jedan
Nakon kuta alpha od početka pozitivne poluperiode ulaznog sinusnog napona
generira vrijednost upravljačkih impulsa jednaku jedan ako je trajanje
upravljačkog impulsa duže od nekog minimalnog zadanog vremena Iamin_1
(u_time*alphamin).
Nakon isteka vremena Idelta (u_time*delta) ili Iamax_1 (u_time*alphamax)
generira vrijednost upravljačkih impuls ajednaku nula.
Potrebno je zadati vrijednosti parametara:
U_time – perioda ulaznog napona
alphamin – minimalno trajanje upravljačkog signala
alphamax – maksimalno trajanje upravljačkog signala
alpha – zadani kut 
delta – ograničenje trajanja kuta 
Makromodel upravljačkog uređaja
Nakon što je model upravljačkog uređaja ispitan, potrebno ga je pretvoriti u
podsklop, a zatim kao makromodel spremiti u biblioteku modela.
Upotrebom izbornka Sheet i naredbe Subsheet > New Graphical otvara se
pravokutni prostor unutar Schematica unutar koje se zatim kopira izgrađeni
model uopravljačkog uređaja.
Makromodel upravljačkog uređaja
Nakon kopiranja modela, potrebno je zadati ulazne i izlazne parametre i
varijable modela.
Izlazne varijable
(nekonzervativni
čvorovi)
Ulazni parametri (nekonzervativni čvorovi)
Makromodel upravljačkog uređaja
Nakon zadavanja varijabli i parametara modela, naredbom Level Up iz shortcut
izbornika vraća se u Schematic, odnosno simulacijski model.
Kopiranjem se podsklop (Triger_uredjaj) sprema kao
makromodel u odabranu biblioteku modela.
Pozivanje makromodela i zadavanje vrijednosti
parametara
Primjer 4.
Makromodel
PWM naponskog izvora
2. Odabrati Sheet/ Subsheet/ New
Graphical iz selekcije
1. Otvoriti
ex07_PWM.SSH i
označiti elemente
3. Kreirati četiri
nekonzervativna
(ulaza) i jedan
konzervativni (izlaz)
5. Dodijeliti varijable odgovarajućim komponentama
E1
Frekvencija = Freq
E2
EMF = Carrier
4. Odrediti početne uvjete bloka s
varijablama (Tools/ Equations/
Initial Values)
6. Dvostrukim klikom na
Opamp postaviti maksimalne i
minimalne izlazne napone:
VO_MAX i VO_MIN
8. Vratiti se u
glavni simulacijski
model odabirući
File/ Close
7. Desnim klikom E1, E2 i C1 odabrati Make
Available for Output and Voltage
9. Dodati 1k
otpornik na izlaz
signala podsklopa
10. RMB na makro-objekt i odabrati
Edit/ Symbol. Napisati “PWM
subsheet” tekst (72pt) i izaći
11. RMB na makroobjekt i odabrati
Properties and Output/
Display. Odznačiti
ulazne pinove.
14. Za dodavanje u
korisničku
biblioteku, Edit/
Copy podsklop.
RMB klik u stablo
modela i Edit/
Paste kao podsklop
ili makro
12. Dvoklik na
makro-objekt i
postaviti varijable:
1, 0.2, 3, -3
Paste
13. Dvoklik na graf. Obrisati
stare parametre i dodati:
Sheet1.E1_V, Sheet1.E2_V,
Sheet1.C1_V,
15. Prije simulacije,
postaviti Simulation
parameters: Tend=5,
Hmin=1m, Hmax=10m
PWM subsheet
S ignal
R1
3
Sheet1.E1_V [V]
Sheet1.E2_V [V]
Sheet1.C1_V [V]
2
1
0
-1
-2
-3
0
1
2
3
4
5 t [s]
10. Analize rezultata simulacije
Program DAY Post Processor
Program se može otvoriti iz SSC
Commander-a:
• Izbornikom Programs/DAY Post
Processor
• Klikom na ikonu programa DAY
Post Processor
Program je moguće otvoriti iz
Schematica:
• Izbornikom Simulation/DAY Post
Processor
Klikom miša na ikonu programa
DAY Post Processor unutar SSC
Commander-a pojavljuju se
postojeće datoteke koje se mogu
koristiti u ovom programu –
ekstenzija .sdb
Program DAY Post Processor
Program Day Post Processor omogućava:
•
Vizualizaciju rezultata simulacije
•
Grafičku i numeričku analizu rezultata simulacije
•
Analizu upotrebom matematičkih funkcija
•
Kalkulator kanala
•
Stvaranje i printanje grafičkih prezentacija, tablica i slika




IEEE 488.2 Data Interface (GPIB)
Power modul
FFT
Sučelje prema Matlab® i Mathcad® programima
DAY Post Processor – osnovni prozor
Object browser
Prezentacijski prozor
Grafički prikaz
Tablični prikaz
Informacijski prozor
Definiranje grafičkog prikaza rezultata
Dvostrukim klikom miša na ikonu programa DAY Post Processor unutar SSC
Commandera-a otvara se prozor Import simulation result
Odabire se ime datoteke
koja sadrži rezultate
simulacije
Odabere se način prikaza;
•Tablica
•Graf
Definiranje grafičkog prikaza rezultata
Ime tablice
Selektirane varijable
Pretpostavljena varijabla
za prikaz na X-osi
Nakon klika na Finish
unutar osnovnog prozora
programa DAY Post
Processor otvorit će se graf
s prikazanim selektiranim
varijablama
Definiranje grafičkog prikaza rezultata
Izgled osnovnog prozora programa DAY Post Processor s prikazanim
selektiranim varijablama
Uređivanje grafičkog prikaza rezultata
Nad grafički prikazanim rezultatima simulacije unutar DAY Post Processora
moguće je primijeniti funkcije iz grafičke i Zoom alatne trake:
Otvaranje novog grafičkog prozora
Dodavanje i brisanje kanala
Modifikacija kanala
Upotreba kursora
Modifikacija kordinatnih osi
Prikaz svih amplituda unutar jednog prikaza
Pored Zoom ikona moguće je povećavati prikaz rezultata pomoću miša.
Uklanjanje i dodavanje simulacijskih rezultata
Naredbe za uklanjanje (Hide) i dodavanje (Show)
Naredba za uklanjanje Hide uklanja podatke iz grafičkog prikaza i prezentacija.
Moguće je ponovno dodavanje s naredbom Show. Ove naredbe se nalaze
unutar shortcut izbornika (klik na lijevu tipku miša iznad grafičkog prikaza).
Definiranje tabličnog prikaza rezultata
Tablični prikaz se formira pomoću izbornika View / Table New ili pomoću Table
new opcije shortcut izbornika unutar Object browser-a
Ime datoteke koja sadrži
rezultate simulacije
Izbor varijabli za tablični prikaz
Izbor prazne tablice
Definiranje tabličnog prikaza rezultata
Izgled osnovnog prozora programa DAY Post Processor s prikazanom
tablicom selektiranih varijabli
Uklanjanje i dodavanje simulacijskih rezultata
Naredba za uklanjanje Hide uklanja podatke iz tabličnog prikaza i prezentacija.
Moguće je ponovno dodavanje s naredbom Show. Ove naredbe se nalaze
unutar shortcut izbornika (klik na lijevu tipku miša iznad tabličnog prikaza).
Naredbe za:
Brisanje
Insertiranje
Dodavanje redova
Brisanje simulacijskih rezultata
Naredba za brisanje Delete channel
briše podatke iz izvorne datoteke.
Nakon upotrebe ove naredbe mijenja
se broj podatkovnih kanala u izvornoj
datoteci i nije moguće ponovno
dodavanje ovog kanala u izvornu
datoteku.
Do naredbe Delete channel dolazi
se pomoću shortcut izbornika
unutar Object Browser-a
Uređivanje koordinatnog sustava
Naredbom Edit coordinate System iz shortcut izbornika uređuje se izgled
kordinatnog sustava.
Linearna ili logaritamska
skala
Izvorne postavke
simulatora
Granice za X i Y os
Promjena prikaza kanala
pomoću fiksnih faktora
Uređivanje podatkovnih kanala
Naredbe za uređivanje grafičkog prikaza svakog pojedinog podatkovnog kanala
nalaze se unutar shortcut izbornika do kojeg se dolazi klikom na desnu tipku
miša iznad oznake kanala.
Uređivanje tablica
Izbornik View i ikone iz Table alatne trake omogućavaju uređivanje i
modifikaciju podatkovnih kanala. Opcije iz ovih izbornika djeluju na odabrani
red ili stupac. Također se i ručno može mijenjati podatak unutar jedne čelije.
Otvara se nova tablica
Skriva se odabrani kanal koji se može
kasnije prikazati
Prikazuju se ili skrivaju pojedini kanali
Insertira se prazni red
iznad odabranog reda
Insertira se prazni red na
kraju tablice
Stvara se graf sa svim
kanalima iz tablice
Briše se odabrani kanal koji se ne može
kasnije prikazati
Briše se odabrani red koji se
ne može kasnije prikazati
Analize i procesiranja rezultata simulacije
DAY Post Processor uključuje alate za provođenje različitih analiza, funkcija,
matematičkih i logičkih operacija nad odabranim podatkovnim kanalima
rezultata simulacije.
Kao rezultat nastaju novi podatkovni kanali. Najčešće funkcije i operacije su:
•
Integriranje
•
Derviranje
•
Izračunavanje gubitaka (snage)
•
Karakterizacija valnih oblika
•
FFT (Fast Fourier Transformation)
Naredbe za provođenje analiza su u izborniku Analysis i Analysis alatnoj traci.
Analysis alatna traka
Aritmetičke i logičke operacije
nad jednim ili više kanala
Integriranje
odabranog kanala
Izračunavanje frekvencijskog
spektra signala
Izračunavanje snage i faktora
harmoničkog izobličenja
Izračunavane karakterističnih
veličina valnog oblika
Izračunavane srednje
vrijednosti simuliranih ili
mjerenih rezultata
Deriviranje odabranog kanala
Udvostručuje podatkovni kanal u
odnosu na Y os za različite X
vrijednosti
Kursori
Pored naredbi iz Analaysis alatne trake unutar izbornika Analysis je naredba za
upotrebu kursora.
Lijeva tipka miša kursor 1; Desna tipka miša kursor 2
Strelicama tipkovnice se prebacuje s krivulje na krivulju
Kalkulator
S kalkulatorom se obavljaju aritmetičke i logičke operacije nad jednim ili više
podatkovnih kanala
Rezultat ovih operacija je novi podatkovni kanal.
Formule se sastoje od operanada i operatora.
Operand može biti bilo koji broj ili ime podatkovnog kanala.
Operatori uspoređuju ili pridjeljuju vrijednost.
X:=Y+Z;
X, Y, i Z su operandi
:= i +
su operatori.
Matematički operatori i funkcije
Matematičke funkcije
Operator
:=
Pridjeljivanje
SIN, ARCSIN, SINH
Sinus, arkussinus, sinus hiperbolni
()
Zagrade
COS, ARCCOS, COSH
Kosinus, arkuskosinus, kosinus hiperbolni
*
Množenje
TAN ARTAN TANH
Tangens, arkustangens, tangens hiperbolni
/
Dijeljenje
SQRT
Funkcija kvadratnog korijena
+
Zbrajanje
SQU
Kvadratna funkcija
-
Oduzimanje
EXP
Eksponencijalna funkcija
<
Manje od
ABS
Absolutna vrijednost
>
Veće od
LN
Prirodni logaritam
< > ili ><
različito
LOG
Dekadski logaritam
<= ili =<
Manje ili jednako
RAD
Konverzija stupnjeva u radijane
>= ili =>
Veće ili jednako
GRD
Konverzija radijana u stupnjeve
=
Jednako
GEL 50
Konverzija stupnjeva u sekunde pri 50 Hz
AND
Logičko I
GEL 16
Konverzija stupnjeva u sekunde pri 16 Hz
OR
Logičko ILI
GEL
Konverzija stupnjeva u sekunde pri 1 Hz
NOT
Logičko NE
Primjer 5.
Izračunavanje snage na trošilu
poluvalnog tiristorskog ispravljača
Izračunavanje snage upotrebom kalkulatora
Odabrana datoteka s
rezultatima simulacije
Podatkovni kanali
(unose se dvostrukim
klikom)
Prostor za unos
matematičkog izraza
Funkcije, konstante i
operatori
Prikaz valnog oblika
rezultata iztračunavanja
Izračunavanje snage upotrebom kalkulatora
Na donjoj slici je grafički prikaz valnog oblika disipirane snage izračunate
pomoću kalkulatora.
Integriranje / deriviranje podatkovnog kanala
Odabrana datoteka s
rezultatima simulacije
Podatkovni kanal
Varijabla preko koje se
integrira
Interval integriranja
Odredište rezultata ove
matematičke operacije
Ime kanala i jedinica
Prikaz valnog oblika
rezultata iztračunavanja
Integriranje / deriviranje podatkovnog kanala
Na donjoj slici je grafički prikaz valnog oblika disipirane snage izračunate
pomoću kalkulatora i energije (integrala snage).
Snaga
Energija
Brza Fourierova transformacija
(FFT-Fast Fourier Transformation)
Algoritmom ove transformacije (Cooley-Tukey algoritam) računa se
frekvencijski spektar kanala.
Razultat transformacije se prikazuje u posebnom prozoru unutar Day Post
Processora u obliku grafa ili tablice (ovisno o postavkama).
FFT algoritam zahtijeva da su rezultati vremenske simulacije ekvidistantni (s
jednakim vremenskim razmacima između rezultata simulacije). Ukoliko to nije
slučaj, zbog primjene promjenljivog koraka integracije, FFT algoritam
automatski prepravlja broj ulaznih podataka u vremenskom prozoru na
cjelobrojnu potenciju broja 2.
Primjer 6.
Izračunavanje frekvencijskog
spektra struje izvora ispravljača
Poluvalni ispravljač opterećen strujnim ponorom
Jednofazni ispravljač s tiristorom
TH1, porednom diodom D2
i induktivnim trošilom
Sinusni naponski
izvor, efektivne
vrijednosti 220 V i
frekvencije 50 Hz
Tiristor i dioda su
predstavljeni statičkim
modelom Equivalent
Line
Umjesto serijskog spoja
otpora i induktiviteta strujni
ponor vrijednosti 5 A
Poluvalni ispravljač opterećen strujnim ponorom
Rezultati tranzijentne simulacije
Napon tiristora
Struja tiristora
Napon trošila
Struja izvora
Frekvencijski spektar struje izvora
Izbor datoteke s rezultatima
tranzijentne simulacije
Izbor kanala, odnosno valnog oblika i
referentnog kanala
Izbor perioda vremena unutar kojeg se
obavlja FFT transformacija
Amplitude harmoničkih komponenata ispod
definiranog postotka se neće prikazati
Maksimalna vrijednost amplitude je 100%,
inače se definira nova vrijednost kao
maksimum
Izbor formata rezultata (apsolutna
vrijednost i faza ili realni i imaginarni dio)
Izbor između grafičkog i tabličnog
prikaza
Frekvencijski spektar struje izvora
Grafički prikaz
Tablični prikaz
Frekvencijski spektar struje izvora
Ukoliko se odabere grafički prikaz onda je nakon provedene objašnjene
procedure prikazana samo amplitudna karakteristika.
Za prikazati faznu karakteristiku potrebno je zatvoriti prozor-dijalog za FFT i iz
izbronika View /Show/Hide Channels dodati krivulju fazne karakteristike unutar
grafičkog prikaza
Izbor izvorne datoteke
Odabir frekvencije za X os
Odabir faze za Y os
Dodati unutar postojećeg
grafičkog prikaza
Frekvencijski spektar struje izvora
Amplitudna karakteristika
Fazna karakteristika
Primjer 7.
Izračunavanje snage izvora
ispravljača
Snaga izvora ispravljača
Definira se izvorna datoteka
Definira se struja i napon elementa
Radna, prividna i jalova
snaga izvora
Faktor snage
FFT, faktor izobličenja i
faktor harmoničkog
izobličenja za struju izvora
Snaga izvora ispravljača
Klikom na tipku Create može se izabrati između grafičkog i tabličnog prikaza
vremenskog tijeka snage.
Na donjoj slici prikazan je vremenski tijek snage izmjeničnog izvora ispravljača
Karakteristične veličine simuliranog valnog oblika
Naredba Characteristics unutar izbornika Analysis omogućava računanje
parametara važnih za analizu sustava u vremenskoj domeni.
Izbor izvorne datoteke
Prikaz aktivnosti kursora
Izbor kanala
Izračunate vrijednosti
Formiranje tablice za sve
odabrane kanale
Karakteristične veličine simuliranog valnog oblika
Ime karak. veličine
Maksimalna vrijednost
Jednadžba
xmax  max  x1 , x2 ,...xn 
xmin  min  x1 , x2 ,...xn 
Minimalna vrijednost
Vrijednost od vrha do vrha
x pp  max  x1 , x2 ,...xn   min  x1 , x2 ,...xn 
Srednja vrijednost
Srednja apsolutna vrijednost
X mean
X
absmean

1 N
  xi
N i 1
Efektivna vrijednost (RMS)
AC efektivna vrijednost
x ACRMS 
Integral
Šum
xripple
x
2
RMS
2
 xmean
Faktor oblika
Crest faktor
kripple 
c




max  xmax  xmin
xRMS

N
 xi  i
i 1
Faktor šuma
Harmonički sastav

N
   xi2  i
 i 1
x
2
 xRMS

  2
 1
x

 mean


1
h  1  2

xripple


1
xRMS  
N
1 N

  xi
N i 1

xmax  xmin
xmean
f 
X RMS
xmean
11. Višestruke simulacije
Simulacijski eksperiment
Simplorer posjeduje alate za određivanje karakterističnih vrijednosti kao
što su srednja i efektivna vrijednost, vrijeme porasta i vrijeme pada
električnog signala itd. tijekom tranzijentne simulacije.
Upotrebom ovih skalarnih vrijednosti optimizacijski algoritam može odrediti
kvalitetu rješenja.
Osim klasičnih, na gradijentu zasnovanih optimizacijskih algoritama,
Simplorer omogućava i tzv. genetsku optimizaciju.
Optimizacija metodom pokušaja i pogreške je upotrebljiva samo u
dvodimenzionalnom ili trodimenzionalnom parametarskom prostoru.
Automatizirani optimizacijski algoritam može rješavati probleme višeg reda
i razmatrati šire područje utjecaja.
Sve funkcije za obavljanje optimizacija i eksperimenata na simulacijskom
modelu nalaze se u Simplorerovom programu Experiment Tool.
Rješavanje eksperimentalnog zadatka
Rješavanje eksperimentalnog zadataka sa Experiment Tool-om se provodi u
četiri osnovna koraka:
Izrada novog
ili otvaranje
postojećeg
simulacijskog
modela
Definiranje
simulacijskg
zadatka
Model u .SML i .SSH notaciji
Provedba
eksperimenta
Analiza
rezultata
Experiment Tool
upravlja simulacijama i
izlaznim rezultatima
Svi potrebni podaci za eksperiment su
spremljeni u datoteci s nastavkom .EXP
Prikaz i analiza rezultata
pomoću DAY Post Processora
Dijagram toka odvijanja eksperimenta
Parametri modela koje
definira korisnik se
mijenjaju tijekom
eksperimenta.
Izbor parametara ovisi o
tipu analize i selektiranim
opcijama.
Nakon što se promijeni
vrijednost parametara
model se ponovo
simulira i rezultat se
uspoređuje s quality
kriterijem eksperimenta.
Eksperiment se
zaustavlja kada se
dosegne zadani broj
simulacija
Eksperimentalne analize i optimizacijske metode
Tipovi eksperimentalnih analiza su:
•
Analiza trenda (engl. Trend Analysis)
•
Monte Carlo analiza (engl. Monte Carlo Analysis)
•
Analiza najlošijeg slučaja (engl. Worst Case Analysis)
•
3D – grafika (engl. 3D – Graphic)
•
Frekvencijska analiza (engl. Frequency Analysis)
•
Višestruke simulacije (engl. Multi Simulation)
Optimizacijske metode su:
•
Sukcesivna aproksimacija (engl. Successive Approximation)
•
Genetski algoritam (engl. Genetic Algorithm)
•
Simpleks algoritam (engl. Simplex Algorithm)
Analiza trenda
Pomoću analize trenda računa se utjecaj promjene vrijednost jednog
parametra na nekoliko quality kriterija.
Promjena odabranog parametra odvija se unutar područja vrijednosti koje
definira korisnik, a u skladu s odabranom distribucijskom funkcijom
(uniformna distribucija ili Gausova distribucija).
Odabrano područje vrijednosti parametra je ograničeno gornjom i donjom
granicom.
Korisnik definira točnost uzorkovanja, odnosno broj uzoraka unutar
odabranog područja vrijednosti, određujući veličinu koraka između
pojedinačnih vrijednosti parametra. S povečanjem točnosti raste i broj
simulacija.
Simulacije započinju s vrijednošću parametra koja odgovara donjoj
granici i završavaju kada je vrijednost parametra jednaka gornjoj granici.
Monte Carlo analiza
Pomoću Monte Carlo analize određuje se skup vrijednosti parametara
simulacijskog modela za koji se postiže željeno ponašanje modela.
Željeno ponašanje modela definirano je lokalnim minimum ili maksimum
zadane ciljne funkcije.
Monte Carlo analiza se svodi na višestruke simulacije pri čemu se
vrijednost definiranih parametara modela, iz simulacije u simulaciju,
određuje metodom slučajnih brojeva. Često se naziva i “analiza
statističkog eksperimenta”.
Kod ove metode korisnik definira i broj parametara koji se mijenjaju i
područje vrijednosti, a u skladu s odabranom distribucijskom funkcijom.
(uniformna distribucija ili gausova distribucija). Definirano područje
vrijednosti parametara je porazdijeljeno u skladu s distribucijskom
funkcijom i zbog toga uzorkovano između gornje i donje granice.
Korisnički definiran broj simulacija određuje točnost uzorkovanja i
vjerojatnost dobivanja optimalnog rješenja.
Analiza najlošijeg slučaja
Analiza najlošijeg slučaja istražuje ponašanje simulacijskog modela
ukoliko odabrani parametri poprimaju granične tolerancijske vrijednosti.
To znači da su svi specificirani parametri modela kombinirani koristeći
njihove gornje i donje tolerancijske granice.
Višestrukim simulacijam istražuje se utjecaj različitih kombinacija
graničnih vrijednosti parametara na ponašanje simulacijskog modela i
traži najnepovoljnija kombinacija tih vrijednosti.
Sustav koji je predstavljen simulacijskim modelom treba tako projektirati
da zadovoljavajuće radi i u tom najnepovoljnijem slučaju.
Broj potrebnih simulacija je određen brojem parametra koji su sa svojim
tolerancijama uključeni u analizu. Kao u Monte Carlo analizi i ovdje taj
broj određuje korisnik.
3D - grafička analiza
3-D grafička analiza je ekvivalentna analizi trenda, međutim s dva
promjenljiva parametra. Dva odabrana kontrolna parametra se mijenjaju
unutar definiranih granica, logaritamski ili linearno.
Broj koraka između granica vrijednosti parametara određuje točnost
uzorkovanja. Slijedi da je za veću točnost potreban veći broj simulacija.
Vrijednosti parametara započinju od donje granice, preko vrijednosti iz
distibucijskog područja do gornje granice. Ostali parametri simulacijskog
modela zadržavaju zadane vrijednosti
Rezultati ove analize predstavljaju se pomoću programa AXUM®5.0.
Tijekom simulacijskog procesa Experimental tool stvara AXUM®5.0.
Tekstualnu datoteku koja se učitava u AXUM®5.0. sa File Import Data. U
AXUM®5.0 se biraju parametri za X-, Y- i Z-os iz tablice. Definicija
zavisne veličine u 3D-grafičkoj analizi je specificirana kao quality kriterij.
Veličina quality kriterija je modelski parametar.
Frekvencijska analiza
Frekvencijska analiza određuje ponašanje sustava kao funkciju promjene
frekvencije. Simplorer može odrediti frekvencijski odziv simulacijskog modela
pomoću dvije analize:
Analitička frekvencijska analiza
Simulativna frekvencijska analiza
Analitička frekvencijska analiza pretpostavlja poznatu prijenosnu funkciju
G(s) ili G(z) sistema i preporuča se za linearne sisteme. Za nelinearne
sisteme potrebno je koristiti simulativnu frekvencijsku analizu koja se
isključivo i koristi unutar programa Experiment tool. Ovu analizu moguće je
koristiti i za linearne sisteme.
Metoda dobivanja frekvencijskog odziva u Experiment toolu može se
usporediti s eksperimentalnom procedurom u praksi. Frekvencijska analiza
kao rezultat daje amplitudni odziv (omjer amplituda izlazne i ulazne varijable)
i fazni odziv (omjer faza izlazne i ulazne varijable). Frekvencijski odziv se
računa za sistem u ustaljenom stanju.
Ovaj modul je razvijen pošto se klasični algoritmi zasnovani na AC analizi
mogu primijeniti samo na simulacijske modele izrađene sklopovskim
simulatorom.
Višestruke simulacije
Višestruke simulacije podrazumijevaju višestruko izračunavanje
simulacijskog modela pomoću vrijednosti parametara koje definira korisnik.
Iz simulacije u simulaciju mijenja se vrijednost definiranog parametra na
način koji definira korisnik. U nastavku će se primjenom višestrukih
simulacija odrediti upravljačka karakteristika ispravljača.
Sukcesivna aproksimacija
Sa sukcesivnom aproksimacijom mijenja se odabrani parametar simulacijskog
modela između gornje i donje granične vrijednosti dok se ne postigne cilja
funkcija za samo jedan quality kriterij.
Metodom sukcesivne aproksimacije se do optimalnog rješenja dolazi
prepolovljujući veličinu koraka varijacije parametra.
U usporedbi sa “slučajnim metodama” ova metoda konvergira u manje koraka
u slučaju da je quality kriterij striktno monotono rastuća ili padajuća funkcija u
zadanom području vrijednosti parametra.
Metoda nije primjenljiva za složene sustave.
Algoritam se zaustavlja nakon što se postigne optimalna vrijednost ili
optimalno područje vrijednosti.
Sukcesivna aproksimacije i genetski algoritam su “inteligentni algoritmi”
ugrađeni u algoritme odlučivanja (engl. decision algorithms)
Genetski algoritam
Genetski algoritam je snažnan alat za optmiranje više parametara
simulacijskog modela upotrebom quality kriterija.
Genetski algoritam u Simploreru je je složeni sistem s mnogo mogućnosti
da utječe i mijenja parametre eksperimenta.
I pomoću ovog algoritma postiže se optimum mijenjajući vrijednosti
parametara određenih iz prijašnjih rezultata.
Kod genetskog algoritma je cilj postavljen kvalitativno i kvantitativno.
Simpleks algoritam
Simpleks algoritam je linearna optimizacijska metoda koja konvergira nakon
samo nekoliko simulacija.
Modificirani simpleks algoritam ima promjenljivi korak promjene vrijednosti
parametra pa se ciljna funkcija može i brže postići.
Pošto su rješenja locirana u srodnom području, algoritam konvergira
normalno na početku nalazivši maksimum ukupnog fitness-a.
Simpleks algoritam se može koristiti nakon eksperimenta koji koristi genetski
algoritam za točnije pronalaženje poznatog lokalnog maksimuma.
Ograničenja ovog algoritma su linearna evaluacijska funkcija, linearni drugi
uvjet i ne-negativni uvjet za promjenljivu upotrebu.
Program Experiment Tool
Program Experiment Tool nudi učinkovite alate za promjenu parametara
simulacijskog modela u skladu s definiranim zahtjevima i evaluaciju rezultata
simulacije.
Program se pokreće
• iz izbornika Programs
• klikom na ikonu programa unutar SSC
Commandera
Experiment Tool se može pokrenuti i iz
izbornika Simulation programa Schematic
Program Experiment Tool
Nakon pokretanja programa otvara se prozor koji omogućava stvaranje novog
eksperimeta ili otvaranje postojećeg.
Postojeći
eksperimenti
(ekstenzija .exp)
Program Experiment Tool
Drugi način stvaranja novog
eksperimenta je upotrebom
programa Experiment View u
Wizard modu.
Popis simulacijskih modela
trenutačno otvorenog projekta
koji se mogu koristiti za izradu
eksperimenta.
Datoteku sa ekstenzijom .ssh
stvara Schematic.
Text Editor automatski stvara
datoteku sa .sml ekstenzijom
(Simplorer Modeling Language).
Primjer 8.
Izračunavanje upravljačke
karakteristike ispravljača
višestrukim simulacijama
Simulacijski model ispravljača
Mjerenje upravljačke karakteristike svodi se na promjenu kuta upravljanja
tiristora i mjerenje srednje vrijednosti napona na trošilu.
Simulacijski model ispravljača sa strujnim ponorom kao trošilom.
Model pobudnog stupnja
Mjerenje srednje
vrijednosti napona
na trošilu
Odabir tipa analize
Nakon što se iz popisa postojećih simulacijskih modela odabere željeni model
otvara se prozor prema donjoj slici:
Odabire se vrsta analize
nad simulacijskim modelom
Definira se ime zadatka.
Pod istim imenom se
spremaju rezultati analize,
odnosno eksperimentalnog
zadatka
Odabir promjenljivih parametara
Nakon odabira vrste analize otvara se prozor za odabir parametara i/ili varijabli
koji će se mijenjati tijekom višestrukih simulacija.
Lista parametara i varijabli
simulacijskog modela koji se
mogu mijenjati.
U polju Qualifier potrebno je
odrediti veličinu odabranog
parametra koja će se mijenjati
tijekom simulacija.
Broj parametar ovisi o
vrsti analize.
Odabir evaluacijskih varijabli
Unutar sljedećeg prozora definiraju se parametri i/ili varijable za evaluaciju
rezultata eksperimenta (višestrukih simulacija).
Lista parametara i varijabli za
evaluaciju simulacijskog
eksperimenta.
U polju Qualifier potrebno je
odrediti veličinu odabranog
parametra koja će se
promatrati
Struktura eksperimenta
Nakon odabira parametara koji se mijenjaju i varijabli za evaluaciju rezultata
eksperimenta pojavljuje se prozor kao na donjoj slici.
Ime eksperimentalnog
zadatka
Ime parametra koji se
mijenja
Ime varijable za
evaluaciju rezultata
eksperimenta
Klikom na tipku Finish
otvara se prozor za
definiranje vrijednosti
parametra alpha
Experiment Tool / Osnovni prozor
Nakon što se definiraju vrijednosti parametra koji se mijenja otvara se osnovni
prozor programa Experiment Tool za zadani eksperiment.
Ime datoteke
Prozor s prikazom
strukture
eksperimenta
Grafički prikaz
vrijednosti
parametara koji se
mijenjaju tijekom
eksperimenta
Dodavanje novih
parametara i
evaluacijskih
varijabli
Pokretanje eksperimenta
Klikom na tabulator Parameter otvara se prozor s prikazom definiranih
vrijednosti parametara koji se mijenja.
Tipke za editiranje
vrijednosti
parametra koji se
mijenja
Klikom na izbornik Simulation
pokreće se odvijanje višestrukih
simulacija, odnosno eksperimenta.
Pokretanje eksperimenta
Prozor unutar kojeg se definiraju formati izlaznih rezultata eksperimenta,
zaustavljenje zadatka nakon procesiranja itd.
Prozor unutar kojeg se definira
direktorij i ime datoteke sa
simulacijskim eksperimentom
Prikaz tijeka eksperimenta
Unutar donjeg prozora prikazuje se vrijeme odvijanja eksperimenta, broj
završenih simulacija i broj preostalih simulacija.
Dio prozora unutar
kojeg Experiment
Tool ispisuje
upozoravajuće
poruke i pogreške
tijekom odvijanja
eksperimenta
Prikaz promjene vrijednosti parametara i
evaluacijskih varijabli
Tijekom odvijanja eksperimenta otvaraju se dva prozora unutar
programa View Tool.
Prozor unutar kojeg
se prati promjena
definiranih
vrijednosti
parametra i
vrijednosti
evaluacijskih
varijabli.
Prikaz valnih oblika varijabli tijekom eksperimenta
Napon na trošilu i srednja vrijednost napona na početku simulacijskog eksperimenta.
Prikaz valnih oblika varijabli tijekom eksperimenta
Napon na trošilu i srednja vrijednost napona na kraju simulacijskog eksperimenta.
Prikaz rezultata eksperimenta
Rezultati eksperimenta se prikazuju iz programa DAY Post Processor.
Potrebno je otvoriti prozor SSC Commandera i
dvostrukim klikom na datoteku s imenom
simulacijskog modela i nastavka .mdx otvoriti
program DAY Post Processor.
Prikaz rezultata eksperimenta
Otvara se prozor za definiranje kordinatnih osi.
Ime datoteke
Imena varijabli
Ime varijable na X osi
Pritiskom na tipku
Finish program View
Tool prikazuje rezultat
eksperimenta
Prikaz rezultata eksperimenta
Upravljačka karakteristika ispravljača (promjena srednje vrijednosti napona na
trošilu u ovisnosti i promjeni kuta upravljanja tiristora).
12. Dokumentiranje
Dokumentiranje
U prezentacijskom modu DAY Post Processor omogućava kreiranje izvještaja.
Izvještaj može sadržavati simulacijski model, rezultate simulacije u grafičkom i
tabličnom obliku, crteže, tekst, tzv. OLE objekte itd.
Svaka promjena na elementu koji se nalazi u uzvještaju u okviru programa unutar
kojeg je kreiran automatski se odražava i unutar samog izvještaja.
Unutar jedne datoteke DAY Post Processora može biti samo jedan izvještaj,
međutim izvještaj može imati više stranica.
Izvještaj se može tiskati.
Naredbe za kreiranje izvještaja
Naredbe za kreiranje izvještaja se nalaze
unutar:
Izbornika Presentation > Presentation New
Izbornika View > Presentation New
Shortcut izbornika Object Browsera
Unošenje elemenata u izvještaj
Elementi se unose pomoću naredbi iz izbornika Presentation > Tools ili
pomoću ikona iz alatne trake.
Selektiranje elemenata
ili područja
Definira se područje
smještaja grafa ili
tablice
Geometrijski likovi:
pravokutnik, elipsa, poligon itd
Veza prema programu
MathCad
Pokreće se tekst mode
Unos točki i linija grida
Dodavanje i
oduzimanje broja
stranica
Format stranice
Primjer 9.
Dokumentacija simulacije
poluvalnog ispravljača
Unošenje elemenata u izvještaj
1. Uz otvoreni Schematic sa simulacijskim modelom iz Primjera 4. i otvorenim
View Tool-om s rezultatima simulacije iz ovog primjera pokrenite program
Day Post Processor.
2. Pomoću Object
Browsera grafički
prikažite rezultate
simulacije.
3. Pokrenite
prezentacijski mod
naredbom
Presentation >
Presentation New
Unošenje grafičkog prikaza u izvještaj
4. Naredbom Presentation > Tools ili pomoću ikone iz alatne trake
odaberite alat View i odredite područje na otvorenom izvještaju gdje
će se naći dijagram s rezultatima simulacije.
Držite
pritisnutu
lijevu tipku
miša i
oblikujte
željeni
pravokutnik
Unošenje grafičkog prikaza u izvještaj
5. Otvorite prozor za zadavanje karakteristika pravokutnika pomoću shortcut
izbornika.
6. Odaberite grafički prikaz ili tablicu.
7. Klik na OK da se
odabrani grafički
prikaz kopira unutar
pravokutnika.
Prozor Preview
prikazuje izgled
odabranog elementa.
Pomoću miša
moguće je naknadno
mijenjati veličinu
pravokutnika.
Unošenje OLE objekata u izvještaj
Pomoću naredbe Edit > OLE Objects iz
DAY Post Processora moguće je u
izvještaj unijeti tzv. OLE objekte iz
drugih aplikacija, primjerice Paintbrush,
MathType, Simplorer Schematic itd.
Unošenje sheme simulacijskog modela u izvještaj
1. Iz otvorenog prozora za
ubacivanje OLE objekata
odabrati program Simplorer
Schematic
2. Označiti polje Create from
File
3. Odabrati datoteku s već nacrtanom
shemom simulacijskog modela.
Unošenje sheme simulacijskog modela u izvještaj
Osobine OLE objekta se mogu mijenjati pomoću izbornika
Properties iz shortcut izbornika.
Lista poveznica s aplikacijama OLE objekata je vidljiva u
aktivnom izvještaju s naredbom Edit > OLE Objects > Links.
Unošenje teksta u izvještaj
Unošenje teksta u izvještaj je moguće pomoću naredbe Presentation >Tools
>Textbox ili pomoću ikone iz alatne trake.
Nakon što se promijeni oblik
kursora pomoću miša se odredi
prostor za unos teksta
Unošenje teksta u izvještaj
Tekst se ne unosi direktno u
označeni prostor nego pomoću
prozora koji se otvara nakon
dvostrukog klika na lijevu tipku miša
Osnovne karakteristike teksta
se definiraju unutar tabulatora
Representation istog prozora.
Definiranje zaglavlja
Zaglavlje i podnožje izvještaja se definiraju upotrebom naredbe Properties iz
izbornika Presentation. Unutar prozora zaglavlja i podnožja unosi se ime
datoteke, datum, broj stranice i prostor za tekst. Može se izabrati vrsta pisma.
Definiranje zaglavlja
Složenija zaglavlja moguće je kreirati upotrebom naredbe Textbox i naredbama za
crtanje geometrijskih likova. Upotrebom tih naredbi nacrtajte zaglavlje kao na slici.
Uređivanje elemenata u izvještaju
Elementi uneseni u izvještaj mogu se poravnavati prema marginama izvještaja.
Naredbe za ove operacije nalaze se unutar dolje prikazane alatne trake.
Poravnavanje prema lijevom rubu izveštaja
desnom rubu izveštaja
gornjem rubu izveštaja
centriranje u središte
izvještaja
lijevoj i desnoj margini
donjem rubu izveštaja
gornjoj i donjoj margini
Uređivanje elemenata u izvještaju
Elementi uneseni u izvještaj mogu se međusobno poravnavati. Prethodno ih je
potrebno označiti (pomoću tipke Shift). Naredbe za ove opearacije nalaze se
unutar dolje prikazane alatne trake.
Međusobno poravnavanje elemenata prema lijevom rubu
desnom rubu
gornjem rubu
skaliranje širine elemenata
prema najširem elementu
skaliranje visine elemenata
prema najvišem elementu
donjem rubu
centriranje elemenata
Dodavanje i brisanje stranica
Unutar jednog izvještaja može biti više stranica. Stranice se mogu dodavati ili
brisati pomoću naredbi Presentation > Add Page i Presentation > Delete Page.
Pomoću naredbe Presentation > Page Order organizira se redoslijed stranica u
izvještaju.
Premještanje stranice za jedno
mjesto
Premještanje stranice na početak ili
kraj izvještaja
Format izvještaja
Format izvještaja se podešava naredbama
iz izbornika View i ikonama iz alatne trake
Naredbe se odnose na sve stranice izvještaja.
Točke i linije grida se ne tiskaju.
Uređivanje izvještaja
Konačan izgled izvještaja se može uređivati i pomoću naredbi iz Presentation >
Properties izbornika ili pomoću naredbi iz shortcut izbornika.
Properties prozor
Definiranje zaglavlja i
podnožja izvještaja
Promjena veličine margina
Promjena boja grafičkih
elemenata u izvještaju
Tiskanje izvještaja
Izvještaj se tiska naredbom Print
iz izbornika File.
Prije tiskanja, postavke printera se
mijenjaju pomoću naredbe Page
Setup.
Prije tiskanja naredbom Print
Preview provjerava se konačan
izgled izvještaja.
13. Blokovski simulator
Blok dijagram simulator
 Distribuirani integracijski algoritam

Linearni, nelinearni i izvana upravljani analogni blokovi

Digital closed loop control sustav koristeći diskretne transfer funkcije
Simulacija miješanog (mixed) digitalnog i analognog upravljačkog
sustava u jednom modelu

Blokovi
Kontinuirani
GAIN1
GAIN
DEAD1
GS1
Memory
Diskretni
G(s)
GZ1
DEAD2
GZ1
Delay
GZ2
G(z)
DEAD
UnitDelay
SAH1
GZ3
S&H
Filter
Matematičke
operacije
Procesiranje signala
MAX1
TPH1
Ln
MAX
Arc Cos
EQUBL1
n
+
_
MUL1
EQUBL
Blokovi - oznake i simboli
Integ
I
Ime bloka
Integ.VAL
Vrijednost izlaznog signala iz bloka
Integ.KI
Pojačanje integratora
Integ.Y0
Početna izlazna vrijednost
Integ.UL
Gornji limit (0 = nema limita)
Integ.LL
Donji limit (0 = nema limita)
Integ.TS
Vrijeme uzorkovanja
Digitalno upravljanje - mogućnosti
Primjer: filter za upravljanje motorom
• Sample Time je
postavljeno lokalno za
blokove (kao što su
ulazi) koji koriste
sample time
• Možete poželjeti dulje
vrijeme uzorkovanja
nego što je time-step
Primjer 10.
Prijenosna funkcija – odziv na step
funkciju
Prijenosna funkcija – odziv na step funkciju
Ulaz
Sumacijski blok
+
1
Prijenosna funkcija
Izlaz
4.87
1 + 5s + 6.25s2
STEP
Cilj ovog primjera je
modelirati proces
Transfer Function G(s)
Red brojnika: 0
Red nazivnika: 2
Definicija modela
ST EP1
1. Dodaj
Sprijenosnu
funkciju
3. Dodaj
koeficijente
prijenosne
funkcije
GS1
G(s)
AMPL := 1
N := 0
T0 := 0
D := 2
TS := 0
SUM0 := 0
TS := 0
Q uickG raph1
6.00
GS1.VAL
B[0]
STEP1.VAL
5.00
:= 4.87
B[0] 4.87
A[0] := 1
2. Dodaj
step ulaz
A[1]
A[1] := 5
5
A[2] 6.25
A[2] := 6.25
2.50
A[0] 1
0
0
Uoči:
Ovo je naponski
odziv za
“neupravljani”
proces
50.00
100.00 t
4. Postavi Sample Time lokalno
Tend = 100
Hmin = 10m
Hmax = 1
S povratnom vezom
SUM1
STEP1
GS1
N := 0
D := 2
G(s)
AMPL := 1
T0 := 0
TS := 0
NEG1
Koristi Element/Rotate i
Element/Flip za ispravno
crtanje sumatora
NEG
SUM0 := 0
TS := 0
B[0] := 4.87
A[0] := 1
A[1] := 5
A[2] := 6.25
QuickGraph1
1.50
Uoči:
Ovo je naponski
odziv za
“upravljani”
process
5. Dodaj
petlju
povratne
veze
upotrebom
NEG bloka
GS1.VAL
STEP1.VAL
Tend = 20
Hmin = 10m
Hmax = 100m
1.00
0
0
10.00
20.00 t
Sa PID regulatorom
KP
+
1
KI
STEP
KP = 0.5
KI = 0
KD = 0
+
+
4.87
1 + 5p + 6.25p2
+
KD
Transfer Function G(s)
Shema i rezultat
GAIN1
GAIN
KP := .5
SUM1
STEP1
INTG1
SUM2
GS1
I
G( s)
AMPL := 1
KI := 0
N := 0
T0 := 0
DIFF1
TS := 0
D
KD := 0
D := 2
SUM0 := 0
TS := 0
B[0] := 4.87
A[0] := 1
NEG1
Uoči:
Ovo je
naponski
odziv za
“upravljani”
proces s
KP = 0.5,
KI = 0, i
KD = 0
6. Dodaj blok
integratora i
derivatora
A[1] := 5
7. Potrebno je
dodati 3. ulazni pin
u blok SUM2
A[2] := 6.25
NEG
Quic kGraph1
1.50
GS1.VAL
ST EP1.VAL
1.00
0
0
10.00
20.00 t
Tend = 20
Hmin = 10m
Hmax = 100m
Step odziv s optimiranim PID regulatorom
GAIN1
GAIN1
GAIN
GAIN
KP := 1
STEP1
SUM1
INTG1
STEP1
I
KP := 1
SUM1
SUM2
GS1
INTG1
G( s)
I
AMPL := 1
T0 := 0
TS := 0
Uoči:
Ovo je naponski
odziv za 1.50
“upravljani”
1.00
proces s PID
regulatorom
optimiranih
koeficijenata0 0
KP = 1, KI = 0.1
i KD = 1
KI := .1
AMPL := 1
T0 := 0DIFF1
TS := 0 D
N := 0
KI := .1
D := 2
DIFF1
SUM0
:= 0
TS :=D 0
KD := 1
B[0] := 4.87
KD := 1
A[0] := 1
NEG1
A[1] := 5
NEG1
A[2]
:= 6.25
NEG
7. Modificiraj
koeficijente u bloku
pojačanja,
SUM2
GS1
integratoru
i bloku
derivatora
G( s)
N := 0
D := 2
SUM0 := 0
Tend
= 20
TS := 0
B[0] := 4.87
Hmin
= 10m
A[0] := 1
A[1] := 5 = 100m
Hmax
A[2] := 6.25
NEG
Quic kGraph1
Quic kGraph1
GS1.VAL
STEP1.VAL
1.50
GS1.VAL
STEP1.VAL
1.00
0
10.00
0
20.00 t
10.00
20.00 t
14. Simulator stanja
Simulator stanja (engl. State Machine)
• Simulator stanja se osniva na teoriji PETRI-jevih mreža
• Ujedinjuje sistemske izraze i jednadžbe – aritmetičke i logičke
• Event driven simulacija
• Modifikacija stanja procesa ovisi o gotovo svakom sistemskom
parametru Simplorera, ključujući integracijske parametre i blokove
• Posebno pogodan za diskontinuirane procese
Simulator stanja
State dependent
modifikacija
sistemskih
veličina,
parametara i
topologija
Behavioral
Modeling
Mjerenje i
izračunavanje
karakterističnih
vrijednosti online
tijekom simulacije
Smart Models, state
dependent
modifikacija
simulacijskih
parametara
Simulator stanja - oznake i simboli
Simulator stanja / Expression Evaluator
OFF
Ime stanja
RefVal
Ime varijable, carries a quantity, izvršena
kada je stanje aktvno ovisno o tipu akcije
(STEP, SET, ...)
OFF.ST
Aktivnost stanja
Izlaz 0, ukoliko je stanje neaktivno
Izlaz 1, ukoliko je stanje aktivno
RefVal:=A*sin(2*PI*freq*t)
Osnovno načelo simulatora
INPUT State
Definiraj
“aktivnost”
koja će se
desiti pri
svakom
ulaznom
stanju
OUTPUT State
I1
O1
activity 1..n
activity 1..n
I2
O2
activity 1..n
activity 1..n
I3
O3
activity 1..n
Uvjet prelaska
(Transition)
activity 1..n
Definiraj
“aktivnost”
koja će se
desiti pri
svakom
izlaznom
stanju
Slično pisanju programa ...
Sekvencijalno
Uočite: Mnogo
različitih vrsta
procesa se
može simulirati
If a >10
Paralelni procesi
Krug
(Petlja)
If a<10
Alternativa
(IF-THEN-ELSE)
Sinhronizacija
Upravljanje procesom
Graf stanja
upravlja
procesom
Proces (Model)
Procjenjuje
sistemske
veličine i
simulacijska
stanja pri
Procjenjuje
sistemske
veličine i
simulacijska
stanja pri
prijelazu
Utječe ne proces
modificirajući
parametre i
vrijednosti
komponenata
prijelazu
aktivnosti
ActiveState
aktivnosti
aktivnosti
State
Transition
EndState
Transition
Tipovi akcija (aktivnosti)
• Permanentno izračunavanje
varijable pri svakom
computation time step prije
sklopovskog simulatora
• Permanentno izračunavanje
varijable pri svakom
computation time step
• Permanentno izračunavanje
varijable pri svakom valjanom
time step
• Postavljanje varijable jednon
nakon aktivacije stanja
• Određivanje kašnjenja
Klikni ovdje za unijeti
novu akciju i odabrati
odgovarajući tip
• Aktivacija stanja nakon što se
• Akcije upravljanja
pritisne tipka na tipkovnici
simulatorom
15. Simulacija analognih i
digitalnih sklopova
Načelo razmjene podataka
Različiti tokovi podataka u Simploreru
Otpor
Shema
State Machine
SET: AS1:=1
R1
Upravljački signal
R1.R >= 10 AND
SUM.VAL = 1000
TR1
cs := AS1
SET: RefVal := 100;
Blok
dijagram
RefVal
SUM
Gain
TR1.I
Struja
Gain
NEG1
NEG
16. Dodatne informacije
AC analiza
VHDL-AMS
C- sučelje
Matlab/Simulink sučelje
AC i DC analiza
OP: 1 V
R1
L1
500m
3.18m
R2
OP: 0.969697 V
1
E1
Vrijedi za
sklopvske
sheme i blok
dijagrame
OP: 0.969697 V
16
OP: 0 V
L2
C1
132.6u
31.83m
Bode
abc - 10m,15m,...
[dB] 10
22.12
20
30
SimChannel1
abc
40
50
60
C1.V
Gain
Gain
dB
70
80 90 100
200
300
400
500
600 700 800
1k
Phase
rad
22.12
abc - 10m,15m,...
20
SimChannel2
0
40
60
80
100 f
0
BodePlotCon1
-28.01
10
20
30
40
50
60
70
80 90 100
[rad] 10
20
30
40
50
60
70
80 90 100
200
300
400
500
600 700 800
-28.01
1k f [Hz]
200
300
400
500
600 700 800
1k
Phase
6.90
6.90
4.71
4.71
3.14
3.14
1.57
1.57
-0.60
10
20
30
40
50
60
70
80 90 100
200
300
400
500
600 700 800
-0.60
1k f [Hz]
AC i DC analiza
CONST1
CONST
G(s)
PT1
block diagram
Blok dijagrami
G(s)
PT2
BodePlot
PT1.VAL
PT2.VAL
Gain
[dB]
1m
10m
0.1
1
10
100
1k
15.19
15.19
-50.00
-50.00
-100.00
-100.00
SimChannel2
abc - 10m,15m,...
-167.12
-167.12
1m
[deg]
10m
abc - 10m,15m,...
0.1
dB
Gain
rad
Phase
abc
SimChannel1
1m
35.60
10m
abc - 10m,15m,...
SimChannel3
0.1
20
40
60 80 100 f
1
10
100
1k
10
100
1k
f [Hz]
Phase
1
35.60
BodePlotCon1
-90.00
-90.00
-180.00
-180.00
-270.00
-270.00
-395.94
-395.94
1m
10m
0.1
1
10
100
1k
f [Hz]
VHDL-AMS shematski program

Potpuno
podržan od
SIMPLORER
Schematic
programa

Uključen
uređivač teksta
koji omogućava
stvaranje
modela na
sheetu i u Model
Agent-u
VHDL-AMS model više-domenskog sustava
vm_rotb

1/pipe_area
crank_radius
+
CONST
+
spring_rotb
damp_rotb

v_rotb
CONST
T
pressure
force
torque
fm_rotb
Spped
40
damp_rotb.omega
25
EQU
mass_rotb
0
Mehanika
pipe_area:= 0.05
crank_radius:= 0.2
-25
-40
0
50
Fluid
0.1k t [s]
k := 10
rho := MATH_PI
dia := 1
len := 1/4
QuickGraph2
L
1Meg
P
flow_meter
rhyd1
flow_meter.q
lhyd1
0
chyd1
vol := 1
-1Meg
0
50
0.1k t [s]
VHDL-AMS model reguliranog elektromotornog
pogona
0
AM1
R_R
ET1
L_R
10m
0.3m
R_T
L_T
R_S
0
0.1
0.2 t [s]
0
0.1
0.2
0
0.1
0.2 t [s]
0
0.1
0.2
2.00e+001
M
ET2
0.2
A
TLoad
L_S
0.1
4.00e+001
TR
D7
motor
current
3
DCM
Bridge1
RA := 1.2
LA := 9.5m
KE := 0.544
J := 4m
ET3
0
1.00e+003
LIMITER
PIC
N_REF
UL := 20
LL := 0
CONST
1000
GAIN
0
VHDL-AMS
CONTR_OUT
LIMIT
0.1
DC Link
Voltage and
Current
5.00e+002
THRES1 := -2.5
THRES2 := 2.5
VAL1 := -1
VAL2 := 1
0
0.2
2.00e+001
DCM.MI [N·m]
TLoad.VAL
1.50e+003
1.00e+003
0
motor torque
and
load torque
speed and
reference speed
0
-1.00e+001
0
0.1
0.2 t [s]
0
0.1
0.2 t [s]
VHDL-AMS model reguliranog elektromotornog pogona
C/C++ sučelje
®
System Simulation
The Multi Domain Simulator
C/C++
Izrada
modela
Editor simbola
Dynamic
Link
biblioteka
.dll
Biblioteka
simbola
DC elektromotorni pogon / C-kod regulatora
0
AM1
ET1
R_R
L_R
10m
R_S
0.3m
0.2
DCM.IA [A]
A
2.00e+001
TLoad
L_S
M
D7
motor
current
3
ET2
R_T
0.1
3.00e+001
TR
DCM
RA := 1.2
LA := 9.5m
KE := 0.544
J := 4m
Bridge1
L_T
ET3
0
0
0.1
0.2 t [s]
0
0.1
0.2
1.00e+003
PIC
N_REF
LIMIT
PGain := 3
CONST
5.00e+002
UL := 20
LL := 0
IGain := 2
THRES1 := -2.5
THRES2 := 2.5
VAL1 := -1
VAL2 := 1
1000
GAIN
0
0.1
DC Link
Voltage and
Current
CONTR_OUT
LIMITER
PIC1
0
0.2
2.00e+001
Bridge1.Vout [V]
Bridge1.Iout [A]
DCM.MI [N·m]
TLoad.VAL
C-kod
0
0.1
0.2 t [s]
0
0.1
0.2
1.50e+003
DCM.N [rpm]
N_REF.VAL
1.00e+003
speed and
reference speed
motor torque
and
load torque
0
0
-1.00e+001
0
0.1
0.2 t [s]
0
0.1
0.2 t [s]
DC elektromotorni pogon / C-kod regulatora
SIMPLORER - Simulink sučelje
SIM2SIM
• Co-Simulation sučelje
• Povezuje blokove u oba
programa
• Koristi SIMPLORER-ov
external simulator
integration sučelje i Sfunkciju u Matlab-u
• Co-Simulation sučelje je
otvoreni API koj se
može koristiti za druge
simulacijske programe
Moguća opcija !
Simulink
SIMPLORER
Regulacija elektromotornog pogona
TR
+
AM1
R_R
A
L_R
Bridge1
ET1 10m
R_S
0.3m
TLoad
L_S
M
D7
3
ET2
DCM
R_T
L_T
RA := 1.2
LA := 9.5m
KE := 0.544
J := 4m
ET3
P_GAIN
GAIN
N_REF
CLOCK
1000
CONST
.1m
Moguća opcija !
I_GAIN
I
KI := 2
CONTR_OUT
LIMIT
KP := 3
CONST
LIMITER
UL := 20
LL := 0
THRES1 := -2.5
THRES2 := 2.5
VAL1 := -1
VAL2 := 1
Regulacija elektromotornog pogona
Moguća opcija !
Simulink sučelje
Synchronous Drive
Electric Circuit and PWM Signal Generation
DC-link
Input rectifier
Pulse converter
Simulation results: phase currents (top) and actual speed (bottom)
d_nap d_nbp d_ncp
itrap
et_a
itrbp
tr_ap
tr_bp
d_ap
itrcp
0
tr_cp
d_bp
50.00m
100.00m
100.00
d_cp
am_ma
am_mb
am_mc
t
et_b
P
C1
10m
t
0
et_c
itran
itrcn
itrbn
t
tr_an
d_nan d_nbn d_ncn
tr_bn
d_an
tr_cn
d_bn
d_cn
0
0
sine_a
+
ERS
sine_b
am_ma
ers1
sine_c
+
A
am_mb
r_ma
+
A
am_mc
A
r_mc
r_mb
-100.00
PWM signal generation
trap
l_ma
50.00m
100.00m
0
50.00m
100.00m
-100.00
T
l_mc
SWZ :
kctrl := .1
et_ma
fp := 2.5k
itran:=0
itrap:=1
l_mb
0
trap_tran
et_mc
et_mb
t
tp := 1/fp
t
t
ucntb"SiM2SiM"
ucnta"SiM2SiM"
ucntc"SiM2SiM"
10.000
unact"SiM2SiM"
unref"SiM2SiM"
tphalf := tp/2
tran_trap
tran
VWZ1 :
tona := tphalf*(kctrl*uiactrll"SiM2SiM"+1)
tonb := tphalf*(kctrl*uibctrll"SiM2SiM"+1)
itran:=1
tonc := tphalf*(kctrl*uicctrll"SiM2SiM"+1)
itrap:=0
trbp
trbn_trbp
Link to
Matlab/SIMULINK
trcp
itrcn:=0
itrbn:=0
itrbp:=1
Synchronous machine
electrical part
itrcp:=1
trbp_trbn
trbn
trcn
IN := uibctrll
IN := uicctrll
IN := ucnta
itrbn:=1
itrbp:=0
Moguća opcija !
itrcn:=1
itrcp:=0
0
0
trcp_trcn
IN := uiactrll
trcn_trcp
SiM2SiM
SiM2SiM

SIMPLORER Link Interface
SiM2SiM
IN := ucntb
IN := unref
IN := ucntc
IN := unact
OUT := i"am_ma"
OUT := i"am_mb"
OUT := i"am_mc"
-5.000
0
50.00m
100.00m
-5.000
T
Simulink sučelje
Moguća opcija !
Dodatak 1.
DC elektromotorni pogon
Simulacijska shema DC pogona
Četiri
statičke
diode
D1
D2
DC
Motor
AC
naponski
izvor
M
E1
FREQ := 60
AMPL := 0.155563k
DCMP1
RA := 1
LA := 10m
D3
D4
KE := 1
J := 75m
Izbor
vremenskog
koraka
Period sinusnog napona je 16.666ms -> Hmax = 16.666m/20 Steps =
0.833ms, koristimo Hmax = 0.5m i Tend = 200ms
Vremenska  = LA/RA = 10mH/1 = 10ms -> Hmin = 10ms/20 Steps = 0.5ms,
konstanta koristimo Hmin = Hmax/100 = 0.005ms
Model diode diode
Izaberi
Equivalent
Line tip
diode
Multipliciraj
komponentu by
dragging s
pritisnutom
CTRL tipkom
D1
D2
D3
D4
Model naponskog izvora
Model DC motora s permanentnim magnetom
Dodatak 2.
Izmjenjivač u jednofaznom
mosnom spoju
Izmjenjivač u jednofaznom mosnom spoju
DC
AC
Jednofazni mosni izmjenjivač
Ulazni naponski izvor
Valni oblik izlazne struje
Topologija sklopa
Svi poluvodiči koriste
istu nelinearnu
karakteristiku
(Equivalent Line)
definiranu u prozoru
sa svojstvima
komponente
1. Strujni
tok kada
su TR1 i
TR4
uključeni
(on)
BJT1
TR1
TR2
BJT2
D1
1.
VM1
TSV1
TSV2
V
+
E1
2. Strujni
tok kada
su TR2 i
TR3
uključeni
(on)
D2
0.2k
TR3
BJT3
1m
10m
R_LOAD
L_LOAD
D3
TR4
BJT4
2.
TSV3
TSV4
D4
Tranzistorima se
upravlja “digitalno”
pomoću State
Machine s
varijablama koje se
mjenjaju on/of. Za
tranzistore postavi
upravljačke signale:
TSV1, TSV2, TSV3,
TSV4.
Upravljanje sklopkama
Početne vrijednosti
(postavljaju se za t=0)
ICA:
A := 30
SET: TSV1:=1
SET: TSV2:=0
SET: TSV3:=0
SET: TSV4:=1
ON14
R_LOAD.I <= I_LOW
freq := 60
D := 0.1
Permanentno izračunavanje
vrijednosti (za svaki timestep)
EQU
Faktor
vođenja
struje
I_REF := A * sin(OMEGA * t)
I_LOW := I_REF - D * A
I_UPR := I_REF + D * A
Referentni valni oblik struje
Donje granice
Gornje granice
OMEGA := 2 * PI * freq
R_LOAD.I >= I_UPR
ON23
SET: TSV1:=0
SET: TSV2:=1
SET: TSV3:=1
SET: TSV4:=0
Ne zaboravi
postaviti početno
stanje!
Postavi ON /
OFF znak
aktivnosti
pritiskajući ovaj
interakcijski
pravokutnik
Definiranje početnih uvjeta i EQU elemenata
Ime svakog pojedinog
ICA ili EQU elementa sa
sheme, ne prikazuj
Klikni ovdje za stvaranje
nove varijable ili za
stvaranje “if” izraza
Lista definiranih
varijabli i izraza
Promijeni sekvencu
izračunavanja ili izbriši
definiciju
Prikaz akcija
ON14
SET: TSV1:=1
SET: TSV2:=0
SET: TSV3:=0
SET: TSV4:=1
Prikaz 6. tipa
implementira
vizualizaciju aktivnosti
Oznake elemenata i vrijednosti parametara
BJT1
TR1
TR2
BJT2
D1
VM1
TSV1
D2
TSV2
V
+
E1
0.2k
TR3
BJT3
1m
10m
R_LOAD
L_LOAD
TR4
BJT4
D3
D4
ON14
TSV4
TSV3
SET : T SV1:=1
SET : T SV2:=0
ICA:
NE1
EQU
SET : T SV3:=0
SET : T SV4:=1
R_LOAD.I>=I_UPR
SET : T SV1:=0
A := 30
I_REF := A * sin(OMEGA * t)
SET : T SV2:=1
D := 0.1
I_LOW := I_REF - D * A
SET : T SV3:=1
freq := 60
I_UPR := I_REF + D * A
R_LOAD.I<=I_LOW
SET : T SV4:=0
OMEGA := 2 * PI * freq
NE2
ON23
Rezultati simulacije
Current (A)
40
I_REF
I_LOW
I_UPR
R_LOAD.I [A]
30
20
10
0
Tend = 20m
Hmin = 10u
Hmax = 1m
-10
-20
-30
-40
0
2m
4m
6m
8m
10m
12m
14m
16m
18m
20m t [s]
Provjera simulacijskih rezultata (upotrebom
elementa SIMPARAM)
Postavi SIMPARAM-element na prostor
za crtanje (U: Basic-Lib->Tools)
Gledaj: R_LOAD.I, I_UPR, I_LOW ,
ITERATIONS and STEPSIZE (iz
SIMPARAM-elementa)
Single phase inverter with 2-point hysteresis controller
33.00
SIMPARAM –
jednofazni izmjenjivač
u mosnom spoju
20.00
10.00
I_UPR
R_LO AD.I [A]
I_LO W
0
-10.00
-20.00
-33.00
0
2.50m
5.00m
7.50m
10.00m
Prikaz simulatcijskih rezultata
12.50m
15.00m
17.50m
20.00m
Analiza rezultata simulacije (upotrebom
elementa SIMPARAM)
Single phase inverter with 2-point hysteresis controller
Single phase inverter with 2-point hysteresis controller
18.00
22.82
16.00
20.00
14.00
17.50
12.00
I_UPR
R_LO AD.I [A]
I_LO W
SIMPARAM1.Iterations
50.00k * SIMPARAM1.Stepsize [s]
10.00
8.00
6.00
15.00
I_UPR
R_LO AD.I [A]
I_LO W
SIMPARAM1.Iterations
12.50
10.00
7.50
5.00
4.00
2.00
2.50
0
-325.40m
1.06m
1.10m
1.15m
1.20m
1.25m
1.30m
1.35m
1.39m
1.83m
2.00m
2.20m
2.40m
2.60m
2.80m
3.00m
3.23m
Uvećani rezultati simulacije (uključujući broj
iteracija i veličinu koraka integracije)
Uklanjanjem GROUND elementa
u sklopu:
(upotrebom SIMPARAM-elementa)
Broj iteracija se povećava na
ITERMAX = 20 !
Opaska: (R_LOAD.I>=I_UPR)
Znak jednakosti u elementu prijelaza
(Transition) grafa stanja:
Pogreška u radu s Jacobian
matricom! ->Nema komparacijske
točke !
STEPSIZE:= HMIN (pink karakteristika !)
Ukoliko su iteracije=ITERMAX (ne
samo pri jednom simulacijskom
koraku):
Broj iteracija se smanjuje (<20)
IEmax i VEmax nisu dosegnuti !
U trenutku procesiranja:
Simulacija je s pogreškom !
Jednofazni izmjenjivač s dinamičkim modelom
IGBT-a
Svrha:
• Usporediti korake generiranja
ove sheme sa shemom iz 4.
Primjera (jednofazni izmjenjivač)
• Predstaviti primjenu vrlo sličnu
realnoj s dinamičkim modelom
IGBT-a
Jednofazni izmjenjivač s dinamičkim modelom
IGBT-a
ICA:
FX := 50
OMEGA := 2 * PI * FX
A : = 30
ET2
D := 0. 05
SET:
SET:
SET:
SET:
TR C := TV1
N E4
I_SET := A*sin(OMEGA*t)
I_U PR := I_SET + D * A
:=
:=
:=
:=
ignit1:=15
SET: := ignit1:=0
ignit2:=0
SET: := ignit2:=0
ignit3:=0
SET: := ignit3:=0
ignit4:=15
SET: := ignit4:=0
(R _load.I>=I_U PR )D EL: := TV##5u
O N14
O N142
O N141
NE1
NE2
O N23
N E3
TR C := TV
I_LW R := I_SET - D * A
(R _load.I<I_LWR )
SET:
SET:
SET: := ignit2:=0
SET:
SET: := ignit3:=0
SET:
SET: := ignit1:=0
:= ignit1:=0
:= ignit2:=15
:= ignit3:=15
:= ignit4:=0
SET: := ignit4:=0
D EL: := TV1##5u
3 PWM Components - State Machine Model
Potrebna su dodatna stanja zbog internih kapaciteta u modelu IGBT-a =>
Re-Load-Process u kapacitetima
Jednofazni izmjenjivač s dinamičkim modelom
IGBT-a
I_LWR
I_UPR
L_load.I [A]
AM1.I [A]
83
50
25
0
-8.6
0.27m
0.29m
0.3m
0.31m
0.32m
0.33m t [s]
Pikovi u kolektorskoj struju IGBT-a tijekom sklapanja
Dodatak 3.
On-line mjerenje
On-line mjerenje
Proces (Model)
procjena
sistemskih veličina
i simulacijskih
stanja pri prijelazu
Upotreba sistemskih
veličina za
izračunavanje
karakterističnih
vrijednosti, max/min
...
matematička
izračunavanja
procjena
sistemskih veličina
i simulacijskih
stanja pri prijelazu
matematička
izračunavanja
ActiveState
matematička
izračunavanja
State
Transition
EndState
Transition
On-line mjerenje (primjer)
period
• Cilj je odrediti period i frekvenciju
valovitosti struje iz prethodnog
primjera
• Prikaz vremena između 2
susjedna “pika” struje, nakon
kašnjenja od 5ms
5ms
Izmjenjivač u jednofaznom mosnom spoju
Wait_start
NE3
DEL: Istart##tstart
Istart AND TSV1
event1
LON23
SET: hmax_mem:=Hmax LON23
event2
LON14
SET: t_mem:=t
event3
LON14
SET: hmin_mem:=Hmin
FREQUENCY
SET: Hmax:=.1u
PERIOD
1.60031k
SET: Hmin:=1n
0.624878m
ON14
NE1
NE4
End
LON23 SET: t_period:=t - t_mem
SET: frequency:=1 / t_period
SET: Hmin:=hmin_mem
SET: Hmax:=hmax_mem
EQU
I_REF := A * sin(OMEGA * t)
I_LOW := I_REF - D * A
SET: TSV1:=1
R_LOAD.I>=I_UPR
I_UPR := I_REF + D * A
SET: TSV2:=0
SET: TSV3:=0
SET: TSV4:=1
SET: TSV1:=0
SET: TSV2:=1
ICA:
SET: LON23:=FALSE
SET: TSV3:=1
A := 30
SET: LON14:=TRUE
SET: TSV4:=0
freq := 60
R_LOAD.I<=I_LOW
SET: LON23:=TRUE
D := 0.1
SET: LON14:=FALSE
OMEGA := 2 * PI * freq
t_period := 0
tstart := 5m
NE2
ON23
Mjerenje sklopnog perioda/frekvencije
Dodatak 4.
Korekcija faktora snage
Behavioral modeliranje
Power Factor Correction IC THOMPSON L6561 / Infinion TDA 4862
Ilustracija
primjera
razvijenog iz
kataloških
podataka PFCController.
ONTIME
VM_CS>=COMP_IN
(ZCD=1) AND WAIT
P
DEL := WAIT##1u
GD
Limitation Voltage Limiter
OFFTIME
STEP := UL:=VM_COMP>4
STEP := LL:=VM_COMP<0.9
STEP := VA:=UL*4+LL*0.9
STEP := VA:=(VA=0)*VM_COMP+VA
Multiplier
SET := OUTVOLTAGE:=1
AM_COMP
A+
t
P
COMP
ET1
Opv1
STEP := COMP_IN:=(VA-2.5)*VM_MULT*0.65
STEP := UL:=COMP_IN>1.3
STEP := COMP_IN:=UL*1.3+(1-UL)*COMP_IN
MULT
-
P
+
+
V
Surge Protection
VM_MULT
STEP := Reduce:=1-AM_COMP/25u
STEP := UL:=(Reduce>1)
STEP := LL:=(Reduce<0)
STEP := Reduction:=UL+(1-(UL+LL))*Reduce
STEP := COMP_IN:=COMP_IN*Reduction
P
INV
E1
+
V
VM_COMP
30k
+
V VM_CS
CS
P
C1
SET := OUTVOLTAGE:=9
P
GROUND
X
X
Električne veze
Behavior / Functionality
X
X
X
Blok dijagram
Korekcija faktora snage
L1
D1
2m
D3
R1
ET_NETZ
TR1
1.36e6
EXP1
1u
TDA_4862
t
220n
R5
COUT
2.18E6
10u
CIN
SINUS
R_ISENSE
D2
D4
C2
R2
11k
+
VM1 V
10n
R4
1.2
13k
Rezultati simulacije
400.0
200.0
0
-200.0
-400.0
0
R6
20.00m
40.00m
50.00m
4.9k
Sklop i blokovi zajedno
Sklop
Primjer 2.
“DC pogon za
DC motor s
permanentnim
magnetom”
Napajanje
Ispravljač
Primjer 7.
Regulacija
brzine
“Primjer složenijeg
elektromotornog
pogona”
Dodati pogon s
kaskadnom regulacijom
brzine i struje
Čoper
Blok
dijagrami
Regulacija
struje
DC
Motor
Dodatak 5.
Regulirani elektromotorni pogon
Primjer reguliranog elektromotornog pogona
Uključi motor
nakon 50ms
VF := 0.8
D1
RB := 1m
D2
MOS1
RR := 100k
DCMP1
E1
M
DFW
RA := 1
FREQ := 60
T PERIO := 16.6667m
STEP1
LA := 9.8m
AMPL := 156
KE := 544m
PHASE := 0
PERIO := 1
J := 4m
D3
D4
T 0 := 50m
OFF := 0
T DELAY := 0
Promjeni parametre
simulacije
hmin = 1u
hmax = .1m
tend = 300m
Promjeni postavke
DC motora
Rezultati simulacije
Rotor Speed
Armature Current
2.50k
DCMP1.N
70.00
DCMP1.IA
60.00
2.00k
1.50k
40.00
1.00k
Opaska:
Ovu su
rezultati
bez
regulacije
20.00
500.00
0
0
-500.00
-10.00
0
0.10
0.20
0.30 t
0
E1 EMF
0.10
0.20
0.30 t
Armature Voltage
E1.EMF
200.00
175.00
DCMP1.VA
150.00
100.00
100.00
0
50.00
-100.00
0
-200.00
-25.00
0
0.10
0.20
0.30 t
0
0.10
0.20
0.30 t
Detekcija maksimalne struje izvora
Promatranje
struje kroz
naponski izvor
E1.I
Start s
apsolutno
najmanjom
strujom -1e36
kao početnim
uvjetom
Qu i c k Gra p h 1 0
75
MAX
MAX
E2.I [A]
50
0
-50
-75
0
0.1
0.2
0.3 t [s]
55.0266
Dodavanje momenta tereta
M
DATAPAIRS1
tY
Zadavanje vrijednosti momenta tereta
Rezultati simulacije
Rotor Speed
2.50k
Armature Current
DCMP1.N
80.00
DCMP1.IA
2.00k
50.00
1.50k
Opaska:
Ovu su
neregulirani
rezultati s
teretom
primijenjenim
od t = 0.18 do
0.20 s
1.00k
25.00
500.00
0
0
-500.00
-20.00
0
0.10
0.20
0.30 t
0
0.10
E1 EMF
0.20
0.30 t
Armature Voltage
200.00
E1.EMF
175.00
150.00
DCMP1.VA
100.00
100.00
0
50.00
-100.00
0
-25.00
-200.00
0
0.10
0.20
0.30 t
0
0.10
0.20
0.30 t
Dodavanje regulatora
brzina
struja
I  50 x  20  x
Speed
MOS1
rpm
KP := 16.66667m
DCMP1
RA := 1
N
M
LOAD
IA
LA := 9.8m
KE := 544m
GAIN
NError
Rad/sec
DFW
GAIN
SUM
GAIN
INTG
CONST
I
IError
TPH1
LIMIT
KP := 50
RefSpeed
LIMIT1
UL := 20
THRES1 := -2.5
LL := 0
THRES2 := 2.5
VAL1 := -1
CONST := 16.66667
VAL2 := 1
KI := 20
J := 4m
Current
DATAPAIRS1
tY
Prikaži pinove
modela motora za
brzinu Speed (N),
teret i armaturnu
struju (IA)
GAIN
KP := 1
Postavi ispravno
polaritete
sumacijskog bloka !
+
+
+
+
-
Rezultati simulacije
Rotor Speed
Armature Current
1.2k
DCMP1.N [rpm]25
1k
20
DCMP1.IA [A]
0.75k
Opaska:
Ovo su
regulirani
rezultati s
teretom
primijenjenim
od t = 0.15 do
0.18 s
0.5k
10
0.25k
0
0
-0.2k
-5
0
0.1
0.2
0.3 t [s]
0
0.1
E1 EMF
0.2k
0.2
0.3 t [s]
Armature Voltage
E1.EMF [V]
0.2k
DCMP1.VA [V]
0.1k
0.1k
0
-0.1k
0
-0.2k
-50
0
0.1
0.2
0.3 t [s]
0
0.1
0.2
Sustav upravljanja regulira brzinu na 1000RPM i struju na 20A ±2.5A
0.3 t [s]
Kraj 1. djela uputa za
simulacijski program
Simplorer® V7