最近的在线研讨会预告了电力电子系统的模拟和分析
2020年9月24日19:30-21:00
仿真是电力电子工程师产品设计过程中的必由之路，有助于工程师发现问题，验证设计。 Simscape Electrical是电力电子工程师常用的选择，为电力电子设计提供多方面的支持，有助于做好拓扑分析、器件选型和控制设计等方面。 使用时工程师可能会遇到很多问题。 例如，我应该选择哪个模块？ 模拟该怎么办？ 本课从基础建模入手，逐步深入，完成电力电子系统仿真。
电力电子转换器主要是指通过开关设备和其他电路的组合将一种形式的电源转换为另一种形式的电源。 如下图所示，电力电子转换器可以将交流电转换为直流电，将直流电转换为交流电，还可以调整输出电压和频率。
例如，电力电子转换器用于新能源汽车，可以将动力电池的直流电力转换为可变频率的交流电力来驱动电机。 在风力发电机中，电力电子转换器将可变频率的风电转换为一定频率的交流电力，输送到千家万户。 在汽车的LED前照灯中，通过直流电压的转换(DC/DC )来控制前照灯的亮度。
请看汽车LED前照灯DC/DC的例子：
tidc/dcleddeveloper ' skit (http://www.ti.com.cn/tool/cn/tmdsdcdcledkit )的硬件是单级嵌入式主映像直流/直流的一种形式。 硬件上有控制芯片，Simulink可以直接生成代码并在芯片上运行，控制输出电压。 输出电压的高低会影响LED的亮度。 PWM的频率为100Hz。
这里给出了系统的最终运行结果。
Simulink通过模拟找到PID控制器的最佳参数，在控制器上生成代码，并通过外部模式控制输出电压，来调整LED的亮度。
在这个简单的例子中，Simulink可以解决通过电路模拟确定电子部件的可能值和理解不同模式下的工作的问题。
对非线性电子元器件建模，了解电路的动态热效应。
根据时频域的需要，设计并优化控制器的参数。
实现控制器代码并将其下载到编译、链接和控制芯片中。
”
电路模拟
Simscape是Simulink的物理模拟平台，提供许多物理建模环境，包括机械、电子电气和液压。 基于DC/DC的等效电路，我们可以用Simscape快速建立电路仿真模型，通过仿真选择合适的电容、电感、电阻等值。
如果DC/DC操作在连续导通模式(CCM )下，则通过计算电路方程，能够取得电路电子器件的大致可能值。 因为我们已经有了参考设计电路，所以如果把参考电路中各种器件的值输入到Simscape的电路中，就可以看到模拟都是正常的。 (PWM占空比为0.5 )。 当然，也可以调整电子器件的数字，得到最佳解。
例如，已知在将电感L1的值从470H调整为10h时，输出电压不再依赖于PWM的占空比，其他许多因素决定了输出电压的高低。 此时，如果观察电流，则DCDC以不连续导通模式(DCM )工作。
非线性电子元器件建模
在上例中，我们选择了“ideal switch”(理想交换机)作为交换设备。 其中大多数没有考虑到实际的开关设备的非线性要素，例如开关时间等。
实际电路设计中的MOSFET的数据表如下所示。
在Simscape中，可以选择n通道MOSFET并手动输入数据表的动态参数。
那么，真正的MOSFET和我们引入的MOSFET有区别吗？ 在比较模拟中，Gate Charge、Steady State和Transfer Characteristics等指标高度匹配。
用“现实”MOSFET替换以前电路中的“理想”开关，接通热端口- -不仅可以模拟电路的动态工作，还可以观察热损耗的运动。
控制器的设计与仿真
电子线路模拟完成后，开始设计控制部分。 整个控制电路如下图所示。
控制量是输出电压，被控制对象是电子电路。 控件的中心部分是经典的PID控件。
控制要求是在0.4s以内将12伏的输出电压转换为27伏的输出电压。 经过初步仿真，发现输出电压不满足控制的精度要求：
很明显是PID的
参数并未调整好。Simulink有个很好用的功能: PID tuner ——可以半自动化地辅助调整PID 参数。首先，PID tuner试图去自动线性化被控对象。由于系统中有非连续性的开关器件，所以自动线性化并不成功。在新版本的Simulink中，系统辨识工具箱可通过Simulink仿真的输入输出辨识出一个新的线性化被控对象。有了线性化的被控对象，在PID tuner中可以根据控制设计需求，可视化地调整PID 参数。
让我们看一段动图：Simulink用一个高度从0.5 duty cycle 到0.9 duty cycle的阶跃响应作为输入。在右上角的示意图中，可以看到PID被临时删除，而阶跃响应被输入到被控对象中，这样可以辨识出一个线性化的被控对象传递函数。
系统辨识工具箱可以提供多种选项去选择合适形式的传递函数，比如“underdamped pair”。系统辨识工具箱可以自动根据所选选项构造符合仿真数据的传递函数。下面的动图展示了这个过程：
有了线性化的被控对象后，PID tuner就可以发挥作用了，如下面动图所示：设计人员可以交互式地拖动图标，找到最优的PID参数，以求达到控制性能和速度的最佳平衡。
控制器代码生成
控制策略设计完成后，自动代码生成是非常简单的一步了。这时候，用户有两个选择：如果硬件有合适的硬件支持包, 例如TI C2000系列。在下载支持包后，驱动层和I/O层都有相应的Simulink图标，例如：
将这些连接好后，可以自动化的编译链接并一键生成生成代码到芯片上。
如果没有硬件支持包，可以让Simulink生成控制部分的代码，手动和底层去做集成，这也是常用的办法。
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然而，想成为电力电子系统仿真大神，还需要一定的努力，MATLAB & Simulink帮你实现这一目标。
电力电子系统仿真与分析
2020年9月24日19:30-21:00
仿真是电力电子工程师产品设计过程中的必经之路，可以有效帮助帮助工程师发现问题、验证设计。Simscape Electrical 是电力电子工程师常用的选择，它为电力电子设计提供了多方面的支持，帮助我们做好拓扑分析、器件选型和控制设计等方方面面。在使用时工程师可能会面临很多问题，如该选择哪种模块？仿真慢该如何处理？本讲将带领您从基础建模开始，逐步深入，完成电力电子系统仿真。
会议亮点从零开始介绍基于Simulink 的电力电子仿真
Simscape Electrical 建模要点
案例演示电力电子建模与仿真分析
仿真中的开关特性模拟与权衡
电力电子系统整体优化设计
控制系统设计与实现