Треугольная модель генератора волны

В этом примере вы моделируете треугольный генератор волны с помощью блоков Simscape™ Electrical™ и пользовательских блоков Simscape Electrical, и затем смотрите на напряжение в генераторе волны вывод.

Вы используете классическую конфигурацию схемы, состоящую из интегратора и усилителя неинвертирования, чтобы сгенерировать треугольную волну и таблицы данных использования, чтобы задать параметры блоков. Для получения дополнительной информации смотрите Блоки Параметризации от Таблиц данных.

Чтобы видеть завершенную модель, откройте Треугольный пример Генератора Волны.

Выберите Blocks to Represent System Components

Во-первых, вы выбираете блоки, чтобы представлять входной сигнал, треугольный генератор волны и отображение выходного сигнала.

Вы моделируете треугольный генератор волны с набором физических блоков. Генератор волны состоит из:

  • Два блока операционного усилителя

  • Резисторы и конденсатор, которые работают с операционными усилителями, чтобы создать усилитель неинвертирования и интегратор

  • Конвертер PS Simulink и Конвертер Simulink PS блокируются, чья функция должна соединить физическую часть модели, которая использует физические сигналы и остальную часть модели, которая использует сигналы Simulink®.

У вас есть таблица данных производителя для этих двух операционных усилителей, которые вы хотите смоделировать. Позже в примере, вы используете таблицу данных, чтобы параметризовать блок Simscape Electrical Band-Limited Op-Amp.

Следующая таблица описывает роль блоков, которые представляют компоненты системы.

Блок

Описание

Sine Wave

Генерирует синусоидальный сигнал, который управляет сопротивлением блока Variable Resistor

Scope

Отображает треугольную выходную волну

Simulink-PS ConverterПреобразовывает синусоидальный Сигнал Simulink в физический сигнал
Solver Configuration

Задает настройки решателя, которые применяются ко всем физическим блокам моделирования

PS-Simulink ConverterПреобразовывает выходной физический сигнал в Сигнал Simulink
CapacitorРаботы с операционным усилителем и резистором блокируются, чтобы создать интегратор
ResistorРаботы с операционным усилителем и конденсатором блокируются, чтобы создать усилитель неинвертирования и интегратор
Variable ResistorПредоставляет изменяющееся во времени сопротивление, которое настраивает усиление интегратора, который в свою очередь отличается частота и амплитуда сгенерированной треугольной волны
DC Voltage Source

Генерирует сигнал ссылки DC для блока операционного усилителя усилителя неинвертирования

Voltage Sensor

Преобразовывает электрическое напряжение при выводе интегратора в физический сигнал, пропорциональный току

Electrical Reference

Обеспечивает электрическую землю

Band-Limited Op-AmpРаботы с конденсатором и резистором, чтобы создать интегратор и усилитель неинвертирования
DiodeОграничивает вывод блока Band-Limited Op-Amp, чтобы сделать выходную форму волны независимой от напряжения предоставления

Создайте модель

Создайте модель Simulink, добавьте блоки в модель и соедините блоки.

  1. Создайте новую модель.

  2. Добавьте в модель блоки, перечисленные в этой таблице. Столбец Пути к библиотеке таблицы задает иерархический путь к каждому блоку.

    Блок

    Путь к библиотеке

    Количество

    Sine WaveSimulink> Sources

    1

    ScopeSimulink> Commonly Used Blocks

    1

    Simulink-PS ConverterSimscape> Utilities

    1

    Solver ConfigurationSimscape> Utilities

    1

    PS-Simulink Converter Simscape> Utilities

    1

    CapacitorSimscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements

    1

    ResistorSimscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements

    3

    Variable ResistorSimscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements

    1

    Electrical ReferenceSimscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Elements

    2

    DC Voltage SourceSimscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Sources

    1

    Voltage SensorSimscape> Foundation Library> Electrical> Electrical Sensors

    1

    Band-Limited Op-Amp

    Simscape> Electrical> Integrated Circuits

    2

    Diode

    Simscape> Electrical> Semiconductor & Converters

    2

    Примечание

    Можно использовать функцию Simscape ssc_new с доменным типом electrical, чтобы создать модель Simscape, которая содержит эти блоки:

    • Simulink-PS Converter

    • PS-Simulink Converter

    • Scope

    • Solver Configuration

    • Electrical Reference

  3. Переименуйте и соедините блоки как показано в схеме. Блоки в треугольной схеме генератора волны организованы на двух этапах. Этап Компаратора содержит компаратор, созданный из блока Band-Limited Op-Amp и двух блоков Резистора. Этап Интегратора содержит интегратор, созданный из другого блока Band-Limited Op-Amp, Резистора, Конденсатора и Электрической Ссылки.

Задайте параметры модели

Задайте эти параметры, чтобы представлять поведение компонентов системы:

Образцовые параметры Setup

Эти блоки указывают информацию модели, которая не характерна для конкретного блока:

  • Настройка решателя

  • Электрическая ссылка

Как с моделями Simscape, необходимо включать Блок Configuration Решателя в каждую топологически отличную физическую сеть. Этот пример имеет одну физическую сеть, так используйте один Блок Configuration Решателя со значениями параметров по умолчанию.

Необходимо включать блок Electrical Reference в каждую сеть Simscape Electrical. Этот блок не имеет никаких параметров.

Параметры входного сигнала

Сгенерируйте синусоидальный управляющий сигнал с помощью блока Sine Wave.

Установите параметры блоков Синусоиды можно следующим образом:

  • Amplitude — 0.5e4

  • Bias — 1e4

  • Frequency — pi/5e-4

Треугольные параметры генератора волны

Сконфигурируйте блоки, моделируя физическую систему, которая генерирует треугольную волну:

  • Этап интегратора — Ограниченный Полосой Операционный усилитель, Конденсатор и блок R3 Resistor

  • Этап компаратора — Ограниченный Полосой Op-Amp1, блоки R1 и R2 Резистора

  • Переменный резистор

  • Диод и Diode1

  • Конвертер PS Simulink и блоки Конвертера Simulink PS, которые соединяют физическую часть модели и часть Simulink модели.

  1. Примите параметры по умолчанию для блока Simulink-PS Converter. Эти параметры устанавливают модули физического сигнала при выводе блока, таким образом, что они совпадают с ожидаемыми модулями по умолчанию входа блока Variable Resistor.

  2. Установите два Ограниченных Полосой параметров блоков Операционного усилителя для устройства LM7301 с + –20V источник питания:

    • Таблица данных дает усиление как 97 дБ, которое эквивалентно 10 ^ (97 / 20) = 7.1e4. Установите параметр Gain, A на 7.1e4.

    • Таблица данных дает входное сопротивление как 39 Mohms. Установите Input resistance, Rin на 39e6.

    • Установите Output resistance, Rout на Омы 0. Таблица данных не заключает значение в кавычки для Бегства, но термин незначителен по сравнению с выходным резистором, которым это управляет.

    • Установите минимальные и максимальные выходные напряжения на-20 В и +20 В, соответственно.

    • Таблица данных дает максимальную скорость просмотра как 1.25 V/μs. Установите параметр Maximum slew rate, Vdot на 1.25e6 V/s.

    • Установите пропускную способность на 4e6.

  3. Установите два Диодных параметров блоков для 4,3-вольтового диода Зенера. Чтобы смоделировать BZX384-B4V3, установите параметры блоков можно следующим образом:

    • На вкладке Main, набор Diode model к Piecewise Linear. Это выбирает упрощенную модель Диода Зенера, которая является более, чем соответствующей, чтобы протестировать правильную работу этой схемы.

    • Оставьте Forward voltage как 0,6 В — это - типичное значение для большинства диодов.

    • Таблица данных дает форварда, текущего как 250 мА, когда прямое напряжение составляет 1 В. Так, чтобы блок Diode совпадал с этим, установите On resistance на (1 В - 0,6 В) / 250 мА = Омы 1.6.

    • Таблица данных дает противоположную утечку, текущую как 3 μA при противоположном напряжении 1 В. Поэтому установите Off conductance на 3 μA / 1 В = 3e-6 S.

    • Таблица данных дает противоположное напряжение как 4,3 В. На вкладке Breakdown, набор Reverse breakdown voltage Vz к 4.3 V.

    • Установите Zener resistance Rz на соответственно небольшое число. Таблица данных заключает напряжение Стабилитрона в кавычки для противоположного тока 5 мА. Для блока Diode, чтобы быть представительным для физического устройства, моделируемое противоположное напряжение должно быть близко к 4.3 В в 5mA. Столь С пассивной паузой имеет тенденцию обнулять, противоположное напряжение пробоя склоняется к Vz независимо от тока, как текущий градиент напряжения становится бесконечным. Однако для хороших числовых свойств, С пассивной паузой, не должен быть сделан слишком маленьким. Если, скажем, вы позволяете 0,01-вольтовую ошибку на напряжении Стабилитрона на уровне 5 мА, то С пассивной паузой 0,01 В / 5 мА = 2 Ома. Установите параметр Zener resistance на это значение.

  4. Блок Voltage Sensor не имеет никаких параметров.

  5. Примите параметры по умолчанию для блока Variable Resistor. Эти параметры устанавливают модули физического сигнала при выводе блока, таким образом, что они совпадают с ожидаемыми модулями по умолчанию входа блока Variable Resistor.

  6. Установите Конденсаторные параметры блоков можно следующим образом:

    • Capacitance — 2.5e-9

    • Capacitor voltage — 0.08

      Это значение запускает колебание в обратной связи. Это найдено во вкладке Variables.

    • Series resistance — 0

  7. Установите Исходный блок напряжения постоянного тока параметр Constant voltage на 0.

  8. Установите блок Resistor R3 параметр Resistance на 10000.

  9. Установите блок Resistor R1 параметр Resistance на 1000.

  10. Установите блок Resistor R2 параметр Resistance на 10000.

  11. Примите параметры по умолчанию для блока PS-Simulink Converter. Эти параметры устанавливают модули физического сигнала при выводе блока, таким образом, что они совпадают с ожидаемыми модулями по умолчанию входа блока Scope.

Параметры отображения сигнала

Задайте параметры блока Scope, чтобы отобразить треугольный выходной сигнал.

Дважды кликните блок Scope и затем нажмите View> Configuration Properties, чтобы открыть диалоговое окно Scope Configuration Properties. На вкладке Logging снимите флажок Limit data points to last.

Сконфигурируйте параметры решателя

Сконфигурируйте параметры решателя, чтобы использовать непрерывно-разовый решатель. Модели Simscape Electrical только запускаются с непрерывно-разовым решателем, когда Блоку Configuration Решателя Simscape очистили его параметр Local Solver. Вы также изменяете время окончания симуляции, сжимаете относительный допуск к более точной симуляции и удаляете предел на количестве точек данных моделирования, которые что сохраняет Simulink.

  1. В окне модели выберите Simulation> Model Configuration Parameters, чтобы открыть диалоговое окно Configuration Parameters.

  2. В категории Solver в дереве Select на левой стороне диалогового окна:

    • Введите 2000e-6 для значения параметров Stop time.

    • Выберите ode23t (Mod. stiff/Trapezoidal) из списка Solver.

    • Введите 4e-5 для значения параметров Max step size.

    • Введите 1e-6 для значения параметров Relative tolerance.

  3. В категории Data Import/Export в дереве Select снимите флажок Limit data points to last.

  4. Нажмите OK.

Для получения дополнительной информации о конфигурировании параметров решателя, смотрите Симуляцию Электронной, Мехатронной Системы, или Электроэнергии.

Моделируйте модель и анализируйте результаты

Запустите симуляцию и постройте результаты.

В окне модели выберите Simulation> Run, чтобы запустить симуляцию.

Чтобы просмотреть треугольную волну в окне Scope, дважды кликните блок Scope. Можно сделать это прежде или после того, как вы запустите симуляцию.

Следующий график показывает форму волны напряжения. Когда сопротивление блока Variable Resistor увеличивается, амплитуда выходных увеличений формы волны и уменьшений частоты.

Треугольное напряжение формы волны

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте