مدل سازی مبدل ها

مدل سازی مبدل ها:
مدل سازی هر پدیده یا فرایند بر اساس مشاهدات آن است و تقریبی از آن را ارائه می کند که باید به اندازه کافی جامع بوده و مهم ترین ویژگی های فرایند را با توجه به کاربردهای مورد نظر در بر داشته باشد.

الکترونیک15

مدل سازی پدیده مورد مطالعه باید به گونه ای قابل تعمیم باشد که بتوان ویژگی های مشترک سایر پدیده های مشابه را از آن استخراج کرد.

به طور کلی دو رویکرد اصلی در مدل سازی وجود دارد:

یکی استفاده از مدل جعبه سیاه بر اساس مشاهده رفتار فرایند از روی پاسخ آن به بعضی از سیگنال های ورودی معلوم و دیگری بر اساس اطلاعات معلوم درباره سیستمی که باید مدل شود (یعنی توصیف بر اساس قوانین رفتاری).

روش دوم نه تنها در مدل سازی فرایندهای فیزیکی، بلکه در سیستم های زیست شناختی، اقتصادی و یا حتی اجتماعی نیز به کار می رود. ترکیب این دو روش نیز، به نام مدل جعبه خاکستری وجود دارد.

تمرکز این آموزش روی مدل سازی مبدل های الکترونیک قدرت با استفاده از رویکرد «اطلاعات» است؛ بدین معنی که توصیف مدل با استفاده از دانش فیزیکی موجود درباره مبدل بیان می شود. به طور کلی، دانش فیزیکی درباره سیستم به توصیف ریاضی قوانین پایستگی جرم و انرژی منجر می شود.

بر این اساس، تغییرات انرژی ذخیره شده در سیستم نیز با متغیرهای حالت توصیف می شود. در مورد مبدل های الکترونیک قدرت، قوانین کیرشهف متناظر با مدار مبدل، قوانین اهم برای بارهای مختلف و در نهایت، وضعیت کلیدهای حالت جامد مختلف، اطلاعات سیستم را شکل می دهند.

برای شبیه سازی، نرم افزارهای بسیار دقیق و قابل اطمینانی وجود دارند که با استفاده از آن ها می توان رفتار حوزه زمان مبدل های الکترونیک قدرت را بررسی کرد (مانند نرم افزارهای سابر، اسپایس و متلب).

هرچند نتایج این برنامه ها قابل تعمیم نیست؛ برای مثال حتی اگر این نرم افزارها شکل موج های زمانی مختلفی از متغیرهای درونی نشان دهند، اما اطلاعات مستقیمی درباره مُدهای مبدل ارائه نمی کنند؛ در نتیجه برای به دست آوردن یک مدل به منظور اهداف کنترل، نمی توان از بسته های نرم افزاری - حداقل به صورت مستقیم - استفاده کرد.

قطعاً می توان یک مبدل الکترونیک قدرت را بر اساس نِمُو متغیرهای ورودی-خروجی به دست آمده از شبیه سازی شناسایی کرد و مدل حوزه فرکانس مناسب را به دست آورد، اما با توجه به اینکه تقریباً همه مبدل های الکترونیک قدرت، سیستم هایی غیرخطی یا خطی تغییر پذیر با زمان هستند و هر مدل ورودی-خروجی خطی به نقطه کار بستگی دارد، اعتبار اطلاعات آن محدود است.

$شکل 1: ایده اصلی رویکرد شناسایی خطی که در آن، $$\bar{u}$$ و $$\tilde{u}$$ به ترتیب اجزای فرکانس‌ پایین و فرکانس‌ بالای ورودی هستند.$

شکل 1: ایده اصلی رویکرد شناسایی خطی که در آن، ¯uو~u به ترتیب اجزای فرکانس پایین و فرکانس بالای ورودی هستند.

برای اهداف کنترل، یک مدل تحلیلی مبتنی بر دانش رفتار فیزیکی مدار، مورد نیاز است. با توجه به کاربرد مورد نظر، می توان از سطوح مختلف مدل سازی استفاده کرد. انتخاب مدل نیز بر اساس معیارهای زیر است: