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Simscape Electrical Specialized Power Systems ソフトウェアの仕組み

新たなシミュレーションを開始するたびに、専用の初期化処理ルーチンが呼び出されます。この初期化処理は、新たに構成された電気回路の状態空間モデルを計算し、Simulink® ソフトウェアでシミュレーションできる等価回路を作成します。この過程は、以下の手順に従って行われます。

  1. すべての Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems ブロックを並べ替え、ブロック パラメーターを取得して回路網の接続構造を評価します。ブロックを線形回路と非線形回路に分離します。各電気的なノードに自動的にノード番号を割り付けます。

  2. 回路の接続構造をいったん取得した後、power_statespace コマンドで、与えられた回路の切り出された線形部分に関して、状態空間モデル (行列 A、B、C、D) を作成します。この段階で、定常状態の計算と初期化がすべて行われます。

    ここで、回路の離散化をしようとすれば、連続状態空間モデルから離散化状態空間モデルが計算されます。

    あるいは、フェーザ法を使おうとすれば、その状態空間を、特定の周波数での入出力 (電圧および電流) の複素表現に関係した複素伝達関数行列 H(jω) で置き換えます。この行列は回路を定義する代数方程式です。

  3. 次に与えられた回路の Simulink モデルを作成し、モデルの最上位レベルにある Powergui ブロック内に保存します。

Simulink モデルでは、回路の線形部分、スイッチ、パワー エレクトロニクス デバイスのモデル作成に S-Function ブロックを使用します。非線形素子のシミュレーションには、事前定義された Simulink モデルが使用されます。Simulink の Source に関連したブロックは、State-Space ブロックの入力に接続した構成で、各種電源ブロックのシミュレーションに使用されます。

次の図は、Simulink モデルの各種部品の接続関係を表します。非線形モデルは線形回路の電圧出力と電流入力の間のフィードバック ループに挿入されます。

線形回路と非線形モデルの接続

Simscape Electrical Specialized Power Systems ソフトウェアが初期化処理を完了すると、シミュレーションが開始されます。あらかじめ回路中に組み込まれた測定用ブロックの出力に接続された Scope ブロック上で電圧、電流などの波形を観測することができます。Powergui ブロックから Linear System Analyzer にアクセスして、システムの入出力間の伝達関数を求めることができます。また、Powergui ブロックでは、記録しておいた信号の FFT 解析を行って周波数スペクトルを求めることもできます。

さらに、シミュレーションを停止して Powergui ブロックをダブルクリックすると、入力、出力、フェーザとして表示される状態変数にアクセスできます。Powergui ブロックを使うことで、初期条件を修正することもできます。powergui ブロックでは、三相電動機を含む回路の潮流計算が可能であり、シミュレーションが定常状態で開始するように電動機モデルを初期化することができます。この機能により、大きな機械的な時定数による長時間にわたる機械系の過渡状態のシミュレーションを避けることができます。Powergui ブロックを使うと、周波数範囲を指定したり、インピーダンスの曲線を可視化したり、回路に接続された Impedance Measurement ブロックで、結果をワークスペースに保存することができます。

非線形モデルの限界

非線形モデルは電流源としてシミュレーションされるため、インダクターと直列に接続することも、その端子を開いたままにしておくことも許されません。

電動機に誘導性電源から電力を供給すると、Simscape Electrical Specialized Power Systems によってエラー メッセージが表示されます。その電源のインダクタンスと並列に大きな抵抗を接続しておくことによりこのエラーを避けることができます。

直列 RC スナバ回路は、Breaker ブロックとパワー エレクトロニクス ブロックにあります。これらの提供されているスナバ回路を使っている限り、問題が生じることはありません。シミュレーションにおいて、スナバ回路は CsInf に設定することで 1 つの抵抗として扱うことができます。あるいは、Rs = 0 に設定して 1 つのコンデンサとしても扱えます。Rs = Inf、あるいは Cs = 0 にすれば、スナバを削除することができます。