МММ (2009-2013)

Методы математического моделирования

Лектор: к.т.н., доц. Амелина М.А.

Целью освоения дисциплины является формирование у студента базовых профессиональных навыков и умений в области использования основных понятий и методов математического моделирования устройств и компонентов электроники и наноэлектроники.

Лекции

Практические занятия

Лабораторные работы

Курсовая работа

Программа курса

магистратура, 1 семестр

• Преобразователи постоянного напряжения как системы с переменной конфигурацией. Методы анализа динамики систем с переменной конфигурацией. Имитационное моделирование динамики ключевых схем на основе метода припасовывания. Модели ключей в Micro-Cap, транзисторные ключи.

• Метод усреднения в пространстве состояний (УПС), его основные положения. Ограничения на его использование. Его достоинства и недостатки.

• Методика построения нелинейной непрерывной модели схемы с переменной конфигурацией (содержащей периодически коммутирующийся ключевой элемент). Рассматривается на примере схемы 1-го порядка с переключаемым конденсатором (катушкой), а также на примере повышающего регулятора в режиме непрерывного тока дросселя. 

• Малосигнальный частотный анализ (AC) в программе Micro-Cap. Основные действия, выполняемые программой Micro-Cap при проведении частотного анализа. Линеаризация нелинейной схемы в окрестности режима на постоянном токе перед проведением частотного анализа.

• Линеаризация непрерывной модели ключевой схемы (ручная аналитическая и автоматическая в среде программы Micro-Cap) и получение частотных характеристик для последующего анализа устойчивости.

• Определение границы перехода регулятора в режим прерывистых токов (DCM) и автоматический учет смены режимов в непрерывной модели на примере модели одного из регуляторов (любого).

• Построение обобщенной непрерывной модели понижающего (buck) регулятора для режима непрерывного и прерывистого тока дросселя в режиме управления относительной длительностью проводящего состояния ключа (Voltage Mode).

• Построение обобщенной непрерывной модели повышающего (boost) регулятора для режима непрерывного и прерывистого тока дросселя в режиме управления относительной длительностью проводящего состояния ключа (Voltage Mode).

• Построение обобщенной непрерывной модели инвертирующего (buck-boost) регулятора для режима непрерывного и прерывистого тока дросселя в режиме управления относительной длительностью проводящего состояния ключа (Voltage Mode).

• Учет неидеальности ключевых и индуктивных элементов в непрерывной модели регулятора. Получение статических характеристик преобразователей (регулировочной, внешней) с помощью непрерывных нелинейных моделей.

• Режим управления с местной обратной связью по току (управление по амплитудному значению тока силового ключа Peak Current Mode). Преобразование непрерывной модели импульсного преобразователя напряжения для режима Voltage Mode в модель для режима Current Mode.

• Моделирование систем стабилизации с помощью непрерывных моделей. Включение непрерывной модели регулятора в модель импульсного стабилизатора напряжения. Модель идеального трансформатора.

• Импульсный стабилизатор напряжения — система автоматического регулирования с обратной связью. Проблема обеспечения устойчивости импульсных стабилизаторов постоянного напряжения (на примере непрерывной модели стабилизатора (любого) с ШИМ-регулированием — Voltage Mode). Цепи коррекции.

• Моделирование систем стабилизации с помощью непрерывных моделей. Нелинейная непрерывная модель широтно-импульсного модулятора. Модели остальных элементов цепи обратной связи: усилителя рассогласования, цепей коррекции, оптоэлектронной развязки.

• Имитационное моделирование импульсных стабилизаторов постоянного напряжения. Построение моделей ШИМ-контроллеров для имитационного моделирования в среде программы Micro-Cap (1 вариант курсовой работы).Анализ и синтез линейных систем автоматического управления (2 вариант курсовой работы).

Литература

Амелина М. А., Амелин С. А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. – М.: Горячая линия-Телеком, 2007. – 464 с. ил.

Володин В.Я. LTspice: компьютерное моделирование электронных схем. — СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 400 c.: ил.

Чуа, Пен-Мин Лин Машинный анализ электронных схем. Алгоритмы и вычислительные методы. М.: Энергия, 1980. Пер. с англ.

Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания: Пер. с англ. — М.: Энергоатомиздат, 1990 — 240 с.: ил.

Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. — М.: Издательский дом «Додэка-ХХI», 2007. — 528 с.

В.И. Мелешин Транзисторная преобразовательная техника Москва: Техносфера, 2005 г. — 632с.: ил.

Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии. Москва: Техносфера, 2011. — 576 с.