Simulink を使用したパワーエレクトロニクス制御設計

 

パワーエレクトロニクス制御設計のためのSimulink

モーター、電力コンバーター、およびバッテリーシステムのデジタル制御設計と実装

パワーエレクトロニクス エンジニアは、MATLAB® および Simulink® を使用して、モーター、電力コンバーター、およびバッテリーシステムのデジタル制御システムを開発しています。

  • 監視および閉ループ制御アルゴリズムシミュレーションとコード生成に Simulink を使用すると、従来のハンドコーディング実機テストと比較して、プロジェクト時間を 50% 短縮できます。
  • デスクトップシミュレーション用の、すぐに使用できる数千の電気的モデリング コンポーネントと例にアクセス可能です。
  • 制御設計、固定小数点設計、信号処理、および認証取得用のアドオン ツールボックスご利用いただけます。
  • Speedgoat やその他のリアルタイム ハードウェア プラットフォーム利用したリアルタイムシミュレーション実施のためのポートが受けられます。
  • 複数の主要マイクロコントローラー、FPGA、および SoC 向けの ANSI C、プロセッサに最適化された C、および HDL コードを生成できます。

「電力コンバーター コントローラーの設計における目標の 1 つは、実機でテストを行う前に、シミュレーションによって設計を検証することでした。まず、電源用三相 AC/DC コンバーターとチョッパーのプラントモデルを Simulink、Simscape™、およびSimscape Electrical™ を使用して作成しました。次に、コントローラーとプラントを含む完全なシステム モデルを作成しました。」

栗本 佳典、高エネルギー加速器研究機構

パワーエレクトロニクス制御設計のための
Simulink の利用

モーター制御アルゴリズムの構築と調整

MATLAB と Simulink を使用すると、モーター、パワーエレクトロニクス、センサー、および負荷のライブラリーから正確なシステム モデルを構築できます。ボード線図や根軌跡など、古典的な線形制御設計手法を利用できます。自動化された PID 調整を使用して、電圧と周波数を規制御してインバーター パワーエレクトロニクスを制御できます。

Simulink では、正常な運転条件と異常な運転条件で閉ループ シミュレーションを行って、電流および速度コントローラーを設計できます。モデルのスタートアップ、シャットダウン、およびエラーのモードについて故障検出および保護ロジックを設計し、ディレーティングおよび保護ロジックを設計して、安全なモーター運転を確保できます。

Simulink を使用した電力コンバーターのデジタル制御設計の高速化

Simulink では、アナログコンポーネントとデジタルコンポーネントを同じシミュレーション環境でモデル化できます。パワーステージとコントローラーの閉ループ シミュレーションによって、コントローラーを実装する前に、電圧モード制御や電流モード制御などの設計選択を評価し、検証することができます。

さまざまな詳細度での電力コンバーターのモデル化: システムのダイナミクスの平均モデル、スイッチング特性のビヘイビアモデル、および寄生成分と詳細設計のための詳細な非線形スイッチング モデル。AC 周波数スイープおよびシステム識別を使用して、スイッチングコンバーターモデルで小信号解析を行うことにより、線形モデルが得られます。これらのモデルにより、ボードおよび根軌跡線図による対話方式のループ整形など、古典制御手法を使用できます。

Simulink を使用したバッテリー管理システムソフトウェアの開発

電子回路と集中定数バッテリーパックモデルのシミュレーションを行います。等価 RC 回路バッテリーパックモデル、スイッチング パワーエレクトロニクス、およびさまざまな負荷と環境条件を持つモデルを扱います。 Simulink を使用して、監視、閉ループ、および故障検出アルゴリズムの設計、調整、テストを行います。

テストデータを使用してバッテリーモデルのパラメーターを調整し、セルの化学的性質、温度、劣化、およびその他の非線形特性を取得します。状態オブザーバーは、充電状態 (SoC) でセルバランシングとオンラインでの劣化状態推定を行うために設計されています。モデルに対してモンテカルロテストを行い、あらゆる動作条件と故障シナリオで制御アルゴリズムをテストします。

対話型の例やチュートリアルを通して基本的なタスクからより高度な操作まで習得できます。

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