МОДЕЛІ ШІМ-КОНТРОЛЕРІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ АСУ В SPICEСУМІСНИХ ПРОГРАМАХ ECAD
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2018-1-7Ключові слова:
САУ, ШІМ контролер, програми автоматизованого проектування в електроніці, SPICE, синтез моделі, моделювання, поведінкові елементи, макромодель, адекватністьАнотація
Мета. Покращити моделювання та проектування систем автоматичного управління (САУ) в програмах, сумісних з SPICE, та отримати окремі економічні та універсальні макромоделі ШІМ-контролера. Розробити економічну макромодель ШІМ-контролера,що не генерує алгоритмічні збої для задач вивчення систем автоматичного управління в програмах автоматизованого проектування (ECAD).
Методи дослідження. Моделювання контролера ШІМ здійснювалось на основі поведінкових елементів з бібліотеки ECAD, моделювання (розв’язання систем алгебро-диференціальних рівнянь з елементами програмування) базується на алгоритмах SPICE. Об'єктом дослідження був процес моделювання САУ з принципом широтно-імпульсного регулювання вихідного значення. Предметом дослідження є моделі контролерів ШІМ.
Отримані результати. Аналіз математичної забезпечення SPICE-сумісних програм ECAD та інших математичних процесорів дозволив класифікувати існуючі моделі ШІМ-контролерів, визначивши їхню придатність для симуляції САУ. Визначені критерії синтезу нових моделей. Для алгоритмів SPICE 3G розроблено ключовута усереднену моделі на основі елементів поведінки. Розроблено універсальну та економічну макромодель контролера ШІМ на основі простих алгоритмів для
визначення вихідного сигналу з мінімальним числом вхідних параметрів. Для автоматизованої системи вимірювання магнітної сприйнятливості було розроблено макромодель генератора квазі-ШІМ сигналів, яка використовується для дослідження компенсаційної підсистеми цієї САР. Ця модель відрізняється від існуючих тим, що вона синтезує вихідний сигнал ступінчастої форми, а не імпульсний, таким чином, існує прямий контроль амплітуди вихідного сигналу, який приймається усередненим. Адекватність моделей підтверджується порівнянням результатів моделювання під час досліджень із існуючою в програмі SPICE моделлю та із із результатами експериментів з реальною САУ.
Наукова новизна. Нові макромоделі контролера ШІМ, які відповідають критеріям адекватності, надійності та економічності, синтезовані на основі нового підходу в моделюванні об'єктів на макрорівні відповідно до теорії автоматичного управління. Макромоделі синтезовані із використанням можливостей поведінкового моделювання в програмах автоматизованого проектування в електроніці (ECAD). Як частина вивчення системи компенсації, була розроблена нова модель контролера, яка перетворює ШІМ-сигнал в амплітудномодульований сигнал за певним алгоритмом. Такий підхід (отримання квазі-ШІМ) дозволив значно спростити модель як керуючого пристрою, так і модель САУ в цілому.
Практична цінність. Макромоделі PWM розширюють математичне забезпечення ECAD, зменшують ймовірність появи алгоритмічних збоїв та прискорюють моделювання САУ в ECAD. Підхід, який використовувався під час їхнього синтезу, дозволяє створювати аналогічні моделі для іншого програмного забезпечення
(CAS, CAE)
Посилання
[1] Vasylenko, O. V. (2015). Analiz prohram dlya modelyuvannya mekhatronnykh system [Analysis of programs for mechatronic systems modeling]. Radioelektronika, informatika, upravlenie, 3, 80-88. DOI: 10.15588/1607-3274-2015-3-10 [in Ukrainian]
[2] General Purpose PWM Controllers. Model Library [Electronic resource]. – Access mode: http://www.pspice.com/power-management/generalpurpose-pwm-controllers#block-systemmain/document [in English]
[3] Baldoni, Cristoforo. Straightforward Method to Design and Simulate with SPICE the Loop Compensation Controller for All Switching Power Supplies [Electronic resource]. – Access mode: http://www.youspice.com /straightforward-methoddesign-simulate-spice-loop-compensation -controllerswitching-power-supplies / document [in English]
[4] Micro-Cap 11, Electronic Circuit Analysis Program Reference Manual, Spectrum Software [Electronic resource]. – Access mode: http://www.spectrumsoft.com/down/rm11.pdf/document [in English]
[5] UC1845 Current Mode PWM Controller DATASHEET, Texas Instruments [Electronic resource]. –Access mode: http://www.ti.com /product/ UC1845/document [in English]
[6] Basso, Christophe (1996). Write your own generic SPICE Power Supplies controller models. Manuscript for PCIM US [Electronic resource]. – Access mode:
http://www.www.intusoft.com/articles/pwmtut.pdf /document [in English]
[7] Andrienko P. D., Shilo S. I., Kaplienko O. O. (2016). Doslidzhennia dynamichnykh rezhymiv elektrodvyhuna poslidovnoho zbudzhennia z impulsnymy skhemamy rehuliuvannia elektropryvodu [Research of successive excitation electric motor dynamic modes with pulsed schemes of the electric drive regulation]. Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 51-58. DOI 10.15588/1607-6761-2016-2-6 [in Ukrainian]
[8] Potapenko E.M., Dushinova E.V., Kazurova A.E., Deev S.G. (2010) Lineynaya dinamicheskaya model asinhronnogo dvigatelya s vektornyim upravleniem [The linear mathematical model of induction drive with vector control]. Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 25-36. [in Russian]
[9] Modeling the Pulse-Width Modulator [Electronic resource]. – Access mode: https://www. allaboutcircuits.com /technical-articles/ modelling-the-pulsewidth-modulator/ document [in English]
[10] Kendall, Ray. (2002). Modular macromodeling techniques for SPICE simulators, EDN [Electronic resource]. – Access mode: https://www.edn.com/design/analog/4348119/Modular-macromodelingtechniques-for-Spice-simulators/document [in English]
[11] Snizhnoi, H.V. Zhavzharov Ye.L. (2012). Avtomatyzovana ustanovka dlia vy-znachennia mahnetnoi spryiniatlyvosti kryts ta stopiv. Visnyk Natsionalnoho tekhnichnoho universytetu Ukrainy "Kyivskyi politekhnichnyi instytut". Seriia "Radiotekhnika. Radioaparatobuduvannia", 49, 136-141. [in Ukrainian]
[12] Vasylenko, O.V. (2015). Modeling of multidomain Automatic Control Systems in ECAD. Visnyk Akademii mytnoi sluzhby Ukrainy. Seriia: Tekhnichni nauky, 1, 13-19.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 VASYLENKO O. V., SNIZHNOI G. V.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
