Progettazione di sistemi di controllo dell’elettronica di potenza con Simulink

Simulazione di elettronica di potenza

Progettare controller digitali per elettronica di potenza utilizzando la simulazione

La conversione di potenza richiede il controllo di IGBT, MOSFET di potenza e altra elettronica di potenza a stato solido. La progettazione di un controller digitale con la simulazione può contribuire a garantire stabilità, migliorare la qualità di potenza, ottimizzare la performance dinamica e gestire le condizioni di guasto. La simulazione di elettronica di potenza fornisce una visione nell’interazione degli algoritmi di controllo digitali, semiconduttori di potenza e il bilanciamento del sistema elettrico in anticipo durante lo sviluppo, prima che inizino i test sull’hardware. Per i sistemi di gestione della batteria e i sistemi basati sull’elettronica di potenza come trasmissioni motore, convertitori e invertitori di potenza, la simulazione rapida a circuito chiuso consente ai progettisti dell’elettronica di potenza di valutare e verificare le loro scelte progettuali prima di implementare un controller.

La simulazione di elettronica di potenza dovrebbe essere considerata per le seguenti attività:

  • Progettazione e validazione di nuove topologie e strategie di controllo
  • Ottimizzazione del comportamento del sistema utilizzando librerie di modelli di fonti di energia, semiconduttori di potenza, elementi di circuito passivi e macchine come motori a induzione e PMSM
  • Analisi della risposta del sistema a guasti e condizioni anormali
  • Eliminazione di problemi di progettazione trovati grazie alla simulazione prima di passare all’implementazione
  • Riutilizzo di modelli per velocizzare le iterazioni progettuali e progetti di prossima generazione

Modello Simulink di un controllo digitale di un convertitore boost.

La simulazione di elettronica di potenza con Simulink® consente di modellare topologie complesse con dispositivi di commutazione multipli, utilizzando componenti circuitali standard. È possibile eseguire simulazioni rapide con modelli medi o comportamento di commutazione ideale, o utilizzare modelli di commutazione non lineare dettagliata per progettazione dettagliata e parassita. A differenza di simulatori a circuito generale come SPICE, la simulazione di elettronica di potenza con Simulink fornisce le seguenti funzionalità per progettazione di controllo, studi basati sull’ottimizzazione e generazione di codice automatica da modelli di simulazione:

  • Progettare, simulare e confrontare architetture dei controller.
  • Applicare tecniche di controllo classiche come il loop shaping interattivo con diagrammi di Bode e root-locus su modelli di sistemi non lineari che includono effetti di commutazione che utilizzano metodi come gli sweep di frequenza CA e identificazione del sistema.
  • Regolare automaticamente (autotune) i guadagni dei controller in cicli di feedback singoli o multipli utilizzando strumenti di regolazione automatizzati. Progettare controller non lineari utilizzando tecniche come sliding mode control o gain scheduling.
  • Progettare e verificare integralmente circuiti e logica di protezione dai guasti.
  • Utilizzare strumenti di ottimizzazione e analisi per ottimizzare i parametri di sistema ed eseguire analisi di sensibilità.
  • Accelerare studi che richiedono più simulazioni mediante la loro esecuzione in processori paralleli o multicore e gruppi di calcolo.
  • Generare codice C o HDL da algoritmi di controllo per la prototipazione rapida utilizzando un computer target in tempo reale o per l’implementazione su un microcontroller o FPGA.
  • Generare codice C o HDL da modelli di circuito e di macchina a computer target in tempo reale con CPU e FPGA multicore per convalidare un controller utilizzando hardware-in-the-loop.
  • Applicare funzionalità di convalida formale per sviluppare software embedded per conformarsi alle normative e agli standard del governo, come UL 1741 per applicazioni come l’anti-islanding per la generazione di energia solare.

Accelerare la progettazione di controllo digitale dei convertitori CC-CC con Simulink

Riferimenti software

  • Semiconduttori - Convert and rectify power using semiconductors - Documentation
  • Dispositivi passivi - Transmit and transform power using AC power cables, transformers, RLC branches and loads, and transmission lines - Documentation
  • Macchine - Asynchronous and synchronous machines, motors, machine measurements - Documentation

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