В этом примере выполняется моделирование генератора треугольных волн с использованием блоков Simscape™ Electrical™ и пользовательских блоков Simscape Electrical, а затем выполняется просмотр напряжения на выходе генератора волн.
Для генерации треугольной волны используется классическая конфигурация схемы, состоящая из интегратора и неинвертирующего усилителя, а для задания параметров блока используются таблицы данных. Дополнительные сведения см. в разделе Параметризация блоков из таблиц данных.
Чтобы увидеть законченную модель, откройте пример генератора треугольных волн.
Сначала следует выбрать блоки для представления входного сигнала, генератора треугольных волн и отображения выходного сигнала.
Генератор треугольных волн моделируется с помощью набора физических блоков. Генератор волн состоит из:
Два блока операционного усилителя
Резисторы и конденсатор, работающие с операционными усилителями для создания интегратора и неинвертирующего усилителя
Блоки Simulink-PS Converter и PS-Simulink Converter, функцией которых является объединение физической части модели, использующей физические сигналы, и остальной части модели, использующей сигналы Simulink ®.
У вас есть техническое описание производителя для двух операционных усилителей, которые вы хотите смоделировать. Далее в этом примере таблица используется для параметризации блока Simscape Electrical Band-Limited Op-Amp.
В следующей таблице описывается роль блоков, представляющих компоненты системы.
Блок | Описание |
|---|---|
| Синусоидальная волна | Генерирует синусоидальный сигнал, который управляет сопротивлением блока переменного резистора |
| Объем | Отображение треугольной выходной волны |
| Конвертер Simulink-PS | Преобразует синусоидальный сигнал Simulink в физический сигнал |
| Конфигурация решателя | Определение параметров решателя, применяемых ко всем блокам физического моделирования |
| Преобразователь PS-Simulink | Преобразует выходной физический сигнал в сигнал Simulink |
| Конденсатор | Работает с операционным усилителем и блоком резисторов для создания интегратора |
| Резистор | Работает с операционным усилителем и конденсаторными блоками для создания интегратора и неинвертирующего усилителя |
| Переменный резистор | Обеспечивает изменяющееся во времени сопротивление, которое регулирует коэффициент усиления интегратора, который, в свою очередь, изменяет частоту и амплитуду генерируемой треугольной волны |
| Источник постоянного напряжения | Формирует опорный сигнал постоянного тока для блока операционного усилителя неинвертирующего усилителя |
| Датчик напряжения | Преобразует электрическое напряжение на выходе интегратора в физический сигнал, пропорциональный току |
| Эталонное электрическое оборудование | Обеспечивает электрическое заземление |
| Op-Amp с ограниченным диапазоном | Работает с конденсатором и резистором для создания интегратора и неинвертирующего усилителя |
| Диод | Ограничивает выход блока Op-Amp с ограниченной полосой частот, чтобы сделать выходной сигнал независимым от напряжения питания |
Создайте модель Simulink, добавьте блоки в модель и соедините блоки.
Создайте новую модель.
Добавьте в модель блоки, перечисленные в этой таблице. В столбце «Путь к библиотеке» таблицы указывается иерархический путь к каждому блоку.
Блок | Путь к библиотеке | Количество |
|---|---|---|
| Синусоидальная волна | Simulink > Источники | 1 |
| Объем | Simulink > Часто используемые блоки | 1 |
| Конвертер Simulink-PS | Simscape > Утилиты | 1 |
| Конфигурация решателя | Simscape > Утилиты | 1 |
| Преобразователь PS-Simulink | Simscape > Утилиты | 1 |
| Конденсатор | Simscape > Библиотека фундаментов > Electrical > Electrical Elements | 1 |
| Резистор | Simscape > Библиотека фундаментов > Electrical > Electrical Elements | 3 |
| Переменный резистор | Simscape > Библиотека фундаментов > Electrical > Electrical Elements | 1 |
| Эталонное электрическое оборудование | Simscape > Библиотека фундаментов > Electrical > Electrical Elements | 2 |
| Источник постоянного напряжения | Simscape > Foundation Library > Electrical > Источники электричества | 1 |
| Датчик напряжения | Simscape > Foundation Library > Electrical > Электрические датчики | 1 |
| Op-Amp с ограниченным диапазоном | Simscape > Электрооборудование > Интегральные схемы | 2 |
| Диод | Simscape > Electrical > Полупроводниковые и конвертеры | 2 |
Примечание
Можно использовать функцию Simscape ssc_new с типом домена electrical для создания модели Simscape, содержащей следующие блоки:
Конвертер Simulink-PS
Преобразователь PS-Simulink
Объем
Конфигурация решателя
Эталонное электрическое оборудование
Переименуйте и подключите блоки, как показано на схеме. Блоки в цепи генератора треугольной волны организованы в два этапа. Ступень компаратора содержит компаратор, выполненный из блока ОУ с ограниченной полосой частот и двух блоков резисторов. Ступень интегратора содержит интегратор, выполненный из другого блока ОУ с ограниченной полосой частот, резистора, конденсатора и электрического эталона.
Задайте следующие параметры для представления поведения компонентов системы:
Эти блоки определяют информацию о модели, которая не относится к конкретному блоку:
Конфигурация решателя
Эталонное электрическое оборудование
Как и в моделях Simscape, необходимо включить блок конфигурации решателя в каждую топологически отличную физическую сеть. Этот пример имеет одну физическую сеть, поэтому используйте один блок конфигурации решателя со значениями параметров по умолчанию.
В каждую электрическую сеть Simscape необходимо включить блок электрических ссылок. Этот блок не имеет параметров.
Генерация синусоидального управляющего сигнала с использованием блока синусоидальной волны.
Задайте параметры блока синусоидальной волны следующим образом:
Амплитуда - 0.5e4
Смещение - 1e4
Частота - pi/5e-4
Сконфигурируйте блоки, моделирующие физическую систему, которая генерирует треугольную волну:
Ступень интегратора - ОУ с ограниченной полосой пропускания, конденсатор и резисторный блок R3
Ступень компаратора - Band-Limited Op-Amp1, Резисторные блоки R1 и R2
Переменный резистор
Диод и Diode1
Блоки конвертера Simulink-PS и конвертера PS-Simulink, которые соединяют физическую часть модели и часть модели Simulink.
Примите параметры по умолчанию для блока Simulink-PS Converter. Эти параметры устанавливают единицы физического сигнала на выходе блока так, чтобы они соответствовали ожидаемым единицам по умолчанию на входе блока переменного резистора.
Установите два параметра блока Op-Amp с ограниченным диапазоном для LM7301 устройства с источником питания + -20 В:
В спецификации коэффициент усиления равен 97 дБ, что эквивалентно 10 ^ (97/20) = 7 .1e4. Задайте для параметра Gain, A значение 7.1e4.
Технический паспорт дает входное сопротивление 39 МОм. Установить входное сопротивление, Rin в 39e6.
Установить выходное сопротивление, Rout to 0 Ом. В таблице не указано значение для Rout, но термин незначителен по сравнению с выходным резистором, который он возбуждает.
Установите минимальное и максимальное выходные напряжения соответственно -20 В и + 20 В.
В спецификации указана максимальная скорость нарастания 1,25 В/мкс. Установите для параметра Maximum slew rate, Vdot значение 1.25e6 В/с.
Установите пропускную способность на 4e6.
Задайте два параметра диодного блока для стабилитрона 4,3 В. Для моделирования BZX384-B4V3 задайте следующие параметры блока:
На вкладке Главная (Main) установите для модели диода значение Piecewise Linear. При этом выбирается упрощенная модель стабилитрона, которая более чем адекватна для проверки правильности работы этой схемы.
Оставьте напряжение Forward равным 0,6 В - это типичное значение для большинства диодов.
Таблица дает ток прямого тока 250 мА при 1V напряжения прямого тока. Чтобы диодный блок соответствовал этому, установите сопротивление On равным (1 В - 0,6 В )/250 мА = 1.6 Ом.
Лист данных дает ток обратной утечки как 3 мкА при обратном напряжении 1 В. Поэтому установите проводимость Off на 3 мкА/1 В = 3e-6 S.
Таблица дает обратное напряжение 4,3 В. На вкладке Пробой установите обратное напряжение пробоя Vz равным 4.3 V.
Установите сопротивление Zener Rz соответствующим малым числом. В спецификации указано напряжение Зенера для обратного тока 5 мА. Чтобы диодный блок был репрезентативным для реального устройства, моделируемое обратное напряжение должно быть близко к 4.3V при 5mA. Когда Rz стремится к нулю, напряжение обратного пробоя стремится к Vz независимо от тока, так как градиент напряжения-тока становится бесконечным. Однако для хороших числовых свойств Rz не должен быть слишком мал. Если, скажем, допускается погрешность 0,01 В на напряжении Зенера при 5 мА, то Rz равно 0,01 В/5 мА = 2 Ом. Задайте для параметра сопротивления Зенера это значение.
Блок датчика напряжения не имеет параметров.
Примите параметры по умолчанию для блока переменного резистора. Эти параметры устанавливают единицы физического сигнала на выходе блока так, чтобы они соответствовали ожидаемым единицам по умолчанию на входе блока переменного резистора.
Установите параметры конденсаторного блока следующим образом:
Емкость - 2.5e-9
Напряжение конденсатора - 0.08
Это значение запускает колебание в контуре обратной связи. Он находится на вкладке Переменные (Variables).
Сопротивление серии - 0
Установите постоянный вольтагепараметр блока источника постоянного напряжения в значение 0.
Установите для параметра Resistor R3 block Resistance значение 10000.
Установите для параметра Resistor R1 block Resistance значение 1000.
Установите для параметра Resistor R2 block Resistance значение 10000.
Примите параметры по умолчанию для блока PS-Simulink Converter. Эти параметры устанавливают единицы физического сигнала на выходе блока так, чтобы они соответствовали ожидаемым единицам по умолчанию на входе блока Scope.
Укажите параметры блока «Scope» для отображения треугольного выходного сигнала.
Дважды щелкните блок «Scope», а затем выберите «View» > «Configuration Properties», чтобы открыть диалоговое окно «Scope Configuration Properties». На вкладке Ведение журнала снимите флажок Ограничить точки данных до последней.
Настройте параметры решателя для использования решателя непрерывного времени. Модели Simscape Electrical запускаются с решателем непрерывного времени только в том случае, если для блока Конфигурация решателя Simscape очищен параметр Локальный решатель. Также можно изменить время окончания моделирования, ужесточить относительный допуск для более точного моделирования и снять ограничение на количество точек данных моделирования, сохраненных Simulink.
В окне модели выберите Моделирование (Modeling) > Настройки модели (Model Settings), чтобы открыть диалоговое окно Параметры конфигурации (Configuration Parameters).
В категории Решатель (Solver) в дереве в левой части диалогового окна:
Войти 2000e-6 для значения параметра Stop time.
Выбрать ode23t (Mod. stiff/Trapezoidal) из списка Решатель (Solver).
Войти 4e-5 для значения параметра Max step size.
Войти 1e-6 для значения параметра Относительный допуск (Relative tolerance).
В категории Импорт/экспорт данных (Data Import/Export) в дереве Выбрать (Select) снимите флажок Ограничить точки данных до последнего (Limit data points to last).
Нажмите кнопку ОК.
Дополнительные сведения о настройке параметров решателя см. в разделе Моделирование электронной, мехатронной или электрической энергосистемы.
Выполните моделирование и постройте график результатов.
В окне модели выберите Моделирование (Simulation) > Выполнить (Run), чтобы запустить моделирование.
Чтобы просмотреть треугольную волну в окне «Область», дважды щелкните блок «Область». Это можно сделать до или после запуска моделирования.
На следующем графике показана форма сигнала напряжения. По мере увеличения сопротивления блока переменного резистора амплитуда выходного сигнала увеличивается, а частота уменьшается.
Напряжение сигнала треугольника
