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Simscape Electrical を使用したアナログ回路アーキテクチャ、メカトロニクス システム、および電力システムのモデル化

Simscape™ Electrical™ を使用してメカトロニクス システム、アナログ回路アーキテクチャ、または電力システムのモデル化と解析を行う場合、ワークフローには次のタスクが含まれる場合があります。

  1. Simscape Electrical ライブラリのコンポーネントを含む Simulink® モデルを作成します。

    ほとんどの用途では、Simscape Electrical ブロックや他の Simscape ブロックを使用して物理システムをモデル化してから、Simulink でコントローラーまたは信号処理アルゴリズムを開発するのが最も自然です。

    物理システムのモデル化の詳細については、基本的な電気モデリング手法を参照してください。

  2. データシートの定義に従って電気的特性または機械的特性を指定して、コンポーネント データを定義します。

    パラメーター化の詳細については、データシートからのブロックのパラメーター化を参照してください。

  3. ソルバー オプションを構成します。

    物理システムの解決に最も大きな影響を与える設定の詳細については、物理モデル用のソルバーの設定 (Simscape)を参照してください。

  4. シミュレーションを実行します。

    電気システムの時間領域シミュレーションを実行する方法の詳細については、エレクトロニクス システム、メカトロニクス システム、または電力システムのシミュレーションを参照してください。

Simscape Electrical でのモデル化用の Simulink テンプレート

Simulink スタート ページの [Simscape] セクションには、Simscape Electrical でモデル化を行うための設計パターンを提供するモデル テンプレートがあります。

  • 電気

  • Electrical Three-Phase

  • 機械回転

  • 機械並進

これらのテンプレートから作成するモデルには、対応する参照ブロック、必須の Solver Configuration ブロック、およびよく使う Simscape-Simulink インターフェイス ブロックが既に Simulink キャンバスにあります。また、モデルには、ダブルクリックすると対応する Simscape ライブラリにある他のブロックにアクセスできるリンクも含まれています。

これらの [Simscape] テンプレートの 1 つを使用してモデルを作成するには、次のように行います。

  1. Simulink スタート ページを開きます。MATLAB® の [ホーム] タブで、[Simulink] ボタンを選択します。または、コマンド ラインで次のように入力します。

    simulink

  2. [Simscape] セクションで、Simscape Electrical でのモデル化用に事前に構成されているテンプレートを見つけます。テンプレートを選択すると、Simulink エディターでモデルが開きます。モデルを保存するには、[ファイル][名前を付けて保存] を選択します。

Simscape Electrical のブロックと端子

Simscape 言語で記述された Simscape Electrical ブロックは、ローカル ソルバー、コード生成およびデータ ログなどの Simscape テクノロジーと完全互換です。

Simscape Electrical ブロックには、単相端子、複合三相端子、熱端子、磁気端子、機械並進保存端子、機械回転保存端子があります。複合三相端子を使用して、単線結線図に対応する三相の電気システムのモデルを作成することができます。複合三相端子は他の複合三相端子に接続します。電気量保存端子および機械回転保存端子は、Simscape Foundation ライブラリ コンポーネントや、Simscape Driveline™ などの Simscape アドオン製品に直接接続します。複合三相端子を個別の電気量保存端子に分割するには、Phase Splitter ブロックを使用できます。

マシンおよび変圧器のソース コード例

Simscape Electrical ソフトウェアには Simscape 言語で記述されたマシンおよび変圧器のソース コード例が付属しており、それを表示してカスタマイズすることができます。ブロック例にアクセスするには、MATLAB コマンド プロンプトで「ThreePhaseExamples_lib」と入力します。

Asynchronous Machines と Synchronous Machines のプロットおよび表示オプション

Machine Inertia ブロックと、Simscape Electrical ソフトウェアの非同期機ブロックおよび同期機ブロックでは、ブロックのコンテキスト メニューにある [Electrical] メニューを使用して、有用なプロットおよび表示のアクションをいくつか実行することができます。たとえば、Induction Machine Wound Rotor ブロックのトルクと速度 (共に SI 単位) の関係をプロットするには、ブロックを右クリックします。ブロックのコンテキスト メニューから、[Electrical][Plot Torque Speed (SI)] を選択します。Figure ウィンドウに結果がプロットされます。

[Electrical] メニューの他のオプションを使用して、MATLAB コマンド ウィンドウに値を pu 値でプロットしたり、ベース パラメーター値を表示したりできます。これらのオプションを使用することで、三相マシンのパフォーマンスをすばやく調整することができます。

適切な SimscapeElectrical テクノロジーの選択

Simscape Electrical ソフトウェアには 2 つの異なるテクノロジーと、それぞれに対応するライブラリが含まれています。この 2 つのテクノロジーの比較については、Simscape Electrical ブロック ライブラリを参照してください。モデル化の要件に最も適する Simscape Electrical テクノロジーを選択し、可能であればそのテクノロジーのブロックのみを使用してモデルを作成します。ただし、必要な場合には、両方のテクノロジーのブロックを使用したモデルを作成することもできます。そのために、[Simscape][Electrical][Specialized Power Systems][Fundamental Blocks][Interface Elements] を選択し、このライブラリのブロックを使用してブロック間のインターフェイスとします。

仮定と制限

Simscape Electrical ブロックによって、たとえば異なる回路実装によるさまざまなアルゴリズムのテストなど、システム設計を最適化するためのトレードオフ解析を実行することができます。ライブラリには、概要モデルまたはより詳細なモデルを使用してコンポーネントをシミュレートするためのブロックが含まれています。Simscape Electrical には以下の機能は含まれていません。

  • レイアウト (物理設計) タスクの実行、またはレイアウトと概略図の比較 (LVS)、設計ルールのチェック (DRC)、寄生抽出、バック アノテーションなど、関連する実装タスクの実行。

  • 高周波数用途で通常は重要な 3 次元寄生効果のモデル化。

これらのタイプの要件には、アナログ回路の実装専用に設計された EDA パッケージを使用しなければなりません。

参考

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