Simulazione di elettronica di potenza

Progettare controller digitali per l’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 della potenza, ottimizzare le prestazioni dinamiche e gestire le condizioni di guasto. La simulazione dell'elettronica di potenza fornisce già nella fase di sviluppo un quadro esaustivo sull’interazione fra algoritmi di controllo digitali, semiconduttori di potenza e il bilanciamento del sistema elettrico, il tutto con un largo anticipo rispetto all'inizio dei test sull’hardware. Per i sistemi di gestione delle batterie e i sistemi basati sull’elettronica di potenza come azionamenti elettrici, convertitori e inverter di potenza, la simulazione ad anello chiuso consente di valutare e verificare le scelte progettuali prima di implementare un controller su un qualsivoglia target reale.

La simulazione dell'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 rappresentativi fonti di energia, semiconduttori di potenza, componenti circuitali passivi e macchine elettriche, come motori a induzione e motori sincroni a magneti permanenti - PMSM
  • Analisi della risposta del sistema a guasti e condizioni anomale
  • Eliminazione di problemi di progettazione, 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 con modelli average o a comportamento ideale in commutazione, o utilizzare modelli di commutazione non lineare per una progettazione dettagliata del sistema. A differenza di simulatori strettamente circuitali quali SPICE, la simulazione dell'elettronica di potenza con Simulink fornisce le seguenti funzionalità, orientate all’ottimizzazione e generazione di codice automatica da modelli di simulazione, per progettare l'algoritmo di controllo:

  • Progettare, simulare e confrontare architetture dei controller.
  • Applicare tecniche di controllo classiche come loop shaping interattivo con diagrammi di Bode e root-locus su modelli di sistemi non lineari che includono effetti di commutazione usando metodi quali gli sweep di frequenza e l’identificazione del sistema.
  • Regolare automaticamente (autotune) i guadagni dei controller per anelli di controllo singoli o multipli. 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 scegliere i migliori parametri possibili per il sistema ed eseguire analisi di sensibilità.
  • Accelerare studi che richiedono più simulazioni mediante la loro esecuzione in parallelo su processori multicore e cluster di calcolatori.
  • Generare codice C o HDL da algoritmi di controllo per la prototipazione rapida, utilizzando un computer target in real-time, o per l’implementazione su un microcontroller o FPGA.
  • Generare codice C o HDL da modelli di circuito e di macchine elettriche per eseguire una simulazione hardware-in-the-loop su un target real-time, dotato di CPU multicore e FPGA, allo scopo di convalidare un algoritmo di controllo.
  • Applicare funzionalità di convalida formale per sviluppare software embedded conforme a normative e standard governativi, quali UL 1741 per applicazioni come l’anti-islanding nella generazione di energia solare.

10 modi per velocizzare la progettazione di controllo di conversione di potenza con Simulink

Riferimenti software

  • Semiconduttori - Convertire e correggere la potenza utilizzando semiconduttori - Documentazione
  • Dispositivi passivi - Trasmettere e trasformare energia utilizzando cavi di potenza CC, trasformatori, carichi e ramificazioni RLC e linee di trasmissione - Documentazione
  • Macchine - Macchine sincrone e asincrone, motori, misurazioni di macchine - Documentazione

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