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 qVGAP 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 ALPHA1 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