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.
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.