Entwurf von Reglern und Steuerungslogiken für elektronische Umrichter

Simulation von Leistungselektronik

Entwerfen Sie digitale Steuerungen für Leistungselektronik mithilfe von Simulationen

Für die Energieumwandlung müssen IGBTs, Leistungs-MOSFETs und andere Halbleiter-Leistungselektronik gesteuert werden. Die Nutzung der Simulation beim Entwurf einer digitalen Steuerung kann dazu beitragen, Stabilität zu erzielen, die Stromqualität zu verbessern, die dynamische Leistung zu optimieren und Fehlerzustände zu behandeln. Simulationen von Leistungselektronik bieten Einblicke in die Interaktion von digitalen Steuerungsalgorithmen, Leistungshalbleitern und dem Gleichgewicht des elektrischen Systems bereits in frühen Entwicklungsphasen, bevor die Hardwaretests beginnen. Für Batteriemanagementsysteme und leistungselektronikbasierte Systeme wie Motorantriebe, Stromrichter und Wechselrichter ermöglicht die schnelle geschlossene Simulation es den Leistungselektronikern, ihre Entwurfsentscheidungen zu bewerten und zu verifizieren, bevor eine Steuerung implementiert wird.

Eine Simulation der Leistungselektronik kann für die folgenden Aufgaben hilfreich sein:

  • Entwurf und Validierung neuer Topologien und Steuerungsstrategien
  • Optimierung des Systemverhaltens mithilfe von Modellbibliotheken von Energiequellen, Leistungshalbleitern, passiven Schaltkreiselementen und Maschinen wie PMSMs und Induktionsmotoren
  • Analyse der Systemreaktion auf Fehler und abnorme Bedingungen
  • Eliminierung von Designproblemen, die durch Simulationen gefunden wurden, vor der Implementierung
  • Modelle wiederverwenden und so Design-Iterationen und Projekte der Folgegeneration beschleunigen

Simulink-Modell der digitalen Steuerung eines Aufwärtswandlers.

Mit der Leistungselektronik-Simulation mit Simulink® können Sie komplexe Topologien mit mehreren Schaltelementen mithilfe standardmäßiger Schaltungskomponenten modellieren. Sie können schnelle Simulationen mit Durchschnittsmodellen oder idealem Schaltverhalten durchführen oder detaillierte nichtlineare Schaltungsmodelle für die Untersuchung parasitärer Effekte und den detaillierten Entwurf verwenden. Im Gegensatz zu universellen Schaltungssimulatoren wie SPICE bietet die Leistungselektronik-Simulation mit Simulink die folgenden Möglichkeiten für das Steuerungsdesign, optimierungsbasierte Studien und die automatische Codegenerierung aus Simulationsmodellen:

  • Entwerfen, simulieren und vergleichen Sie Steuerungsarchitekturen.
  • Wenden Sie klassische Steuerungstechniken wie ein interaktives Loop-Shaping mit Bode-Diagrammen und Wurzelortskurven auf nichtlineare Systemmodelle an, die Schalteffekte umfassen, indem Sie Methoden wie AC-Frequenzgänge und die Systemidentifikation nutzen.
  • Stimmen Sie Reglerverstärkungen mithilfe automatisierter Optimierungstools in einer oder mehreren Feedback-Schleifen ab. Entwerfen Sie nichtlineare Steuerungen mit Techniken wie der Sliding-Mode-Regelung oder dem Gain-Scheduling.
  • Entwerfen Sie Fehlerschutzschaltungen und -logik, und testen Sie sie gründlich.
  • Verwenden Sie Optimierungs- und Analysetools, um Systemparameter zu optimieren und Sensitivitätsanalysen durchzuführen.
  • Beschleunigen Sie Studien, die mehrere Simulationen erfordern, indem Sie sie parallel auf Mehrkernprozessoren und Computerclustern ausführen.
  • Generieren Sie C- oder HDL-Code aus Steuerungsalgorithmen für das Rapid Prototyping mit einem Echtzeit-Zielcomputer oder für die Implementierung auf einem Microcontroller oder FPGA.
  • Generieren Sie C- oder HDL-Code aus Schaltungs- und Maschinenmodellen für einen Echtzeit-Zielcomputer mit Mehrkern-CPUs und FPGAs zur Validierung einer Steuerung mittels Hardware-in-the-Loop.
  • Wenden Sie formale Validierungsfunktionen an, um Embedded-Software zu entwickeln, die den gesetzlichen Vorschriften und Standards entspricht, wie z. B. UL 1741 für Anwendungen wie den Schutz vor Inselbildung für die Solarstromerzeugung.

Schnellerer Entwurf digitaler Regelungen für DC/DC-Wandler mit Simulink

Software-Referenz

  • Halbleiter - Convert and rectify power using semiconductors - Documentation
  • Passive Bauelemente - Transmit and transform power using AC power cables, transformers, RLC branches and loads, and transmission lines - Documentation
  • Maschinen - Asynchronous and synchronous machines, motors, machine measurements - Documentation

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