Analyse du modèle en termes de taille et de dépendances
Le point de départ est le modèle d’un véhicule électrique avec un chargeur embarqué connecté au réseau électrique au moyen d’un wallbox, créé avec la boîte à outils MATLAB®/Simulink® Simscape Electrical (Specialized Power Systems).
La première étape est une analyse du modèle, qui permet de déterminer si le modèle peut être calculé directement avec le FPGA disponible. À cet effet, le pack EPSS (Electrical Power Systems Simulation) de dSPACE offre une fonction d'analyse. Dans notre cas, le résultat est que le modèle avec ses 262 144 jeux de matrice, chacun composé de matrices système, d'entrée, de sortie et de passage, est trop grand pour la vitesse maximale et la mémoire disponibles sur le FPGA.
Si l’analyse avait montré que le modèle pouvait être calculé sur le FPGA dans son intégralité, un fichier EPSS aurait été généré pour le modèle, qui contient toutes les données nécessaires à la simulation en temps réel et peut être inclus dans la configuration E/S du système via le logiciel dSPACE ConfigurationDesk. Dans le cas du modèle de véhicule électrique illustré ci-dessus, le FPGA existant n’est pas adapté pour simuler les configurations complètes du modèle avec toutes les combinaisons de commutation possibles, le fichier EPSS n’a donc pas pu être généré.
Modélisation des dépendances dans le schéma électrique
Le bloc ANALYZE_SPLITTING inclus dans EPSS fournit une représentation visuelle qui montre les composants du modèle qui sont mathématiquement solidaires et ne doivent pas être séparés. Ici, les variables d'état dépendantes, en particulier les condensateurs et les bobines, et l'effet possible des événements de commutation sur d'autres éléments de commutation sont calculés. Les éléments qui sont solidaires sont chacun marqués de la même couleur et leurs dépendances sont donc représentées visuellement.
Checking Possible Splitting Positions
In the schematic diagram, special splitting blocks contained in EPSS (called INTERFACE blocks) can be inserted at various points in the circuit diagram so that the switches are distributed as evenly as possible and no dependency groups are separated. A possible splitting position is shown in the following figure. The INTERFACE block for model splitting was placed so that neither switch groups nor dependent states were separated. A re-execution of the analysis function shows a significant reduction of the matrix sets to be stored on the FPGA from 262,144 to 4,096.
The next step is to check whether the overall system is stable even with the selected splitting point.
Vérification de la stabilité des points de séparation possibles
Le bloc ANALYZE_SPLITTING de l'EPSS vous permet d'évaluer facilement si le point de séparation sélectionné ou un ensemble de points de séparation possibles mène à des propriétés stables du système par configuration de commutateur. Pour exclure les positions du commutateur non réalistes et accélérer le temps de calcul, le comportement de commutation peut être configuré via l'option « Exclusion of switch combinations ». Dans le présent exemple, les commutateurs parallèles du wallbox et du filtre peuvent chacun être configurés en tant que commutateurs triphasés, car ils commutent toujours simultanément.
Les résultats de l’analyse sont clairement affichés graphiquement en cliquant sur le bouton « Generate stability results ». Outre les informations indiquant si la méthode de fractionnement respective, qui peut être sélectionnée via le bloc de fractionnement du modèle, conduit à un système global stable, instable ou limite stable pour le point de fractionnement examiné, les valeurs propres de la matrice système associée (étendue) sont également affichées. Tous les résultats peuvent être facilement filtrés et compilés comme souhaité.
Dans le présent modèle, on peut conclure de cette analyse que le modèle se comporte de manière stable même après insertion du bloc de fractionnement du modèle, à condition qu'aucun court-circuit ne se produise dans le convertisseur DC/DC.
Réduction du nombre de commutateurs en tenant compte des configurations spéciales
Il existe d'autres options pour réduire le nombre de jeux de matrices dans l'application en temps réel en plus du fractionnement du modèle. Tout d’abord, les configurations de commutation spéciales peuvent être modélisées plus précisément. Dans le présent modèle, cela concerne les commutateurs Sa, Sb et Sc, qui commutent toujours simultanément. Il en va de même pour les commutateurs Rprea, Rpreb et Rprec dans le filtre. Ces commutateurs peuvent être facilement configurés en tant que commutateur triphasé à l'aide de la fonction ‘Exclude Switch Combinations’ fournie dans le pack EPSS (Electrical Power Systems Simulation) de dSPACE (en utilisant la même interface utilisateur graphique que pour l'analyse de fractionnement, configurable dans le bloc SETUP). Ils peuvent également être modélisés en tant que résistances et commutés pendant l’exécution à l'aide de la fonction « Scenarios » de l'EPSS. Nous utilisons ici une combinaison de fonctionnalités, c’est-à-dire que Sa, Sb et Sc sont modélisés en tant que commutateurs triphasés et que Sprea, Spreb et Sprec sont configurés à l’aide de scénarios.
Signal de démarrage pour la simulation temps réel
Après ces configurations, la fonction d'analyse ANALYZE_MODEL peut maintenant être réutilisée pour vérifier la capacité temps réel du modèle pour le FPGA disponible. Il s'avère qu'un fichier EPSS peut maintenant être généré pour le modèle, ce qui permet de l'exécuter sur le système temps réel avec une conception FPGA générique préconfigurée incluse dans le pack EPSS (Electrical Power Systems Simulation) de dSPACE sans avoir besoin de synthèse).
Étude hors ligne du comportement de commutation
La fonction « Analyze Switch Combinations » du pack EPSS (Electrical Power Systems Simulation) de dSPACE vous permet d'analyser les effets sur les éléments passifs du modèle de simulation pour un contrôle donné des commutateurs actifs. En utilisant le bloc OFFLINE_SIMULATION fourni dans l’EPSS, qui permet une simulation hors ligne du circuit au moyen de fonctionnalités spéciales fournies dans l’EPSS, tous les états de commutation survenant pendant le temps de simulation peuvent être enregistrés et affichés graphiquement. Dans l’illustration suivante, vous pouvez notamment voir que lorsque la porte des appareils Q8 et Q9 (respectivement les blocs IBGT/diode) est activée, la diode2 ne s’allume pas avant l’étape de post-itération en réponse. Les zones grises et blanches représentent toujours une étape de simulation, les subdivisions au sein de ces zones symbolisent un ensemble d’étapes post-itération possibles. Dans la partie droite de l’image, vous pouvez également obtenir un aperçu de la fréquence à laquelle l’état de commutation est utilisé pour le contrôle considéré du modèle.
Informations complémentaires
- A. Kiffe, K. Witting, and F. Puschmann, "Systematic separation of electrical power systems for hardware-in-the-loop simulation," 2017 19th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'17 ECCE Europe), 2017, pp. P.1-P.10, doi: 10.23919/EPE17ECCEEurope.2017.8098995.
- A. Kiffe, K. Witting, and F. Puschmann, "Separation of Power Electrical Circuits for Different Computation Platforms," 2018 20th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'18 ECCE Europe), 2018, pp. P.1-P.10.
