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SIMULATION OF POWER ELECTRONIC SYSTEMS

Using PLECS for simulation very much corresponds to the way electrical engineers think: model building is straight forward and the calculations run both, reliably and quickly. Dr. Ralf Juchem, head of SMA’s department of simulation technology

PLECS機能概要

SIMULATION OF POWER ELECTRONICS AT SYSTEM LEVEL

高速かつ効率的なシミュレーション

簡単な操作性

実装モデルの確認

熱（損失）解析

解析ツール

磁気回路

機械回路

任意の制御用Cコード実装

スクリプティングによるシミュレーション

PLECS Scope PLECS Blockset および PLECS Standalone

PLECS 開発元紹介「Plexim GmbH」

スイス連邦工科大学(ETH), Zürich から独立

2002年 6月 Plexim GmbH 設立

2002年12月より PLECS 販売開始

2006年12月より PLECS 国内販売開始

ユーザーは既に全世界40ヵ国以上

サポートサービスは、チューリッヒおよびケンブリッジから各国の代理店（ UK, SG, VN, MY, TW, CN, KR, JP ）を介して提供される。

拠点：スイス（チューリヒ）、USA（ケンブリッジ）

Dr. Jost Allmeling Dr. Wolfgang Hammer

参照：http://www.plexim.com/ja

http://www.plexim.com/ja





簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




PLECSの概要

PLECS（ Piecewise Linear Electrical Circuit Simulation ）

「システムレベル」のパワエレシミュレーションに特化

基本的に使用するスイッチング素子は「理想スイッチ」

「可変タイムステップ」による高速シミュレーション

高速かつ高精度なシミュレーションが「簡単操作」で実施可能

CIRCUIT AND SYSTEM LEVEL MODELING

理想スイッチによる瞬間的なスイッチング動作

最適化された状態空間による回路の記述

回路素子の適切な簡略化

物理モデルではなく挙動モデルを採用


シミュレーションの目的により異なる仕様要求

電気回路を線形伝達関数としてモデル化小信号（線形）特性のみを考慮（1次近似等価回路）

非線形要素となるスイッチングおよび高調波は考慮しない

⇒ 制御ロジックの設計（例：Simulink）

電気回路を理想素子でモデル化大信号（非線形）特性および、電圧・電流波形、高調波を考慮

非線形要素も含めシステム全体（制御ロジック＋回路トポロジ）の性能を評価

⇒ 回路設計および制御システムの検証（例：PLECS）

電気回路をメーカースペック（実データ）でモデル化寄生効果を考慮（例：磁気ヒステリシス）

スイッチングによる過渡現象を考慮（例：ダイオードの逆回復）

損失および応力を考慮 (例：電気的および熱)

⇒ 詳細パラメータ入力による素子レベルの検証（例：SPICE）

制御アナログ/ デジタル

回路電気/ 熱 / 磁気

シミュレータに求められる

解析機能の比重

PLECS

適用範囲

PLECSの実装機能

マルチドメイン制御回路

電気回路

熱回路（損失計算）

磁気回路

機械回路

簡単操作直感的な回路図エディタ

多様なブロックライブラリ

他機能スコープ（ポスト処理）

スクリプティングパラメトリック解析

M-ファイル完全互換（Blockset）

XML-RPCによる連携（Standalone）

高性能ソルバ（演算処理）高速・高精度・ロバスト

可変/固定ステップ、stiff/非stiffソルバ

Real−Timeシミュレーション（Cコード生成）

解析ツール（周波数特性）定常解析

AC周波数解析

インパルス応答解析

マルチトーン解析

PLECSのライセンス

ライセンス種類 Standaloneライセンス（単独動作版：デモモードあり）

Blocksetライセンス（MATLAB/Simulink版：無償Viewerあり）

Comboライセンス（Standalone/Blocksetのどちらかを利用可）

Coderライセンス（Blockset は要Simulink Coder）

PIL ライセンス（DSPボードは含まれません）

Webserberライセンス（WebベースViewer）

ライセンス形態ノードロック・ライセンス（端末固定）

ドングル・ライセンス（USBドングル）

ネットワーク・ライセンス（ライセンスサーバー）



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




SIMPLE TO USE (Demonstration)

BlocksetはPLECS回路ブロックをSimulinkモデル上に配置し、ライブラリから回路要素をドラッグ＆ドロップ

Standaloneは回路要素をPLECSファイル内に、ドラッグ＆ドロップ



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路

任意の制御コード



OPEN COMPONENT LIBRARY (Demonstration)

コンバータ、電動機、変圧器等のサブシステム内実装モデル（定式化）を確認可能

簡単なカスタマイズ機能

任意のユーザーライブラリを作成可能



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




THERMAL MODELING

計算速度向上のため損失値テーブルを参照

スイッチング/導通損失の直接入力

シミュレーションによって損失を算出

発熱量をフィードバックして参照可能

定常解析によって最終的な定常温度を算出



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




ANALYSIS TOOLS

定常解析

周波数特性解析ツール AC周波数解析

インパルス応答解析

ループゲイン解析

マルチトーン解析

反復法を用いた定常解の算出

反復法（ニュートン法）を用いて反復計算を実施各周波数における定常解析（無限時間）による高速解析

最初の2サイクルを算出し、以降は外挿によって算出されるアルゴリズム

通常10回以内の反復計算により計算は収束

定常状態

定常状態

定常状態

反復計算により定常解を算出

電気特性は、定常解析実行後、1サイ

クルで定常状態となりますが、熱特性は、さらに、数サイクル（数秒～数十秒）の反復計算によって、定常状態となります。これにより、スイッチング損失によるジャンクション温度を高速に推定することが可能になります。

周期的定常動作点が存在する回路であれば、損失（熱）解析と定常解析を組み合わせ、回路に生じるエネルギー散逸（発熱量）を簡単に算出することが可能です。



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




MAGNETIC MODELING

直感的な磁気回路と他ドメインとの複合モデリング

飽和/非飽和のコア磁性体

磁性材料の定義

立体的な磁性体コアのモデリング

Eコア変圧器磁気等価回路Eコア変圧器



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




MECHANICAL MODELING

直感的な機械回路と他ドメインとの複合モデリング

風車・EV等の機械的特性をモデリング可能

並進・回転運動に対応したブロックモデル

機械回路の例題

機械回路と数式モデルの比較

1自由度系ばねマス振動モデル（DEMO）このデモでは、伝達関数モデル、数式モデル、機械回路モデルを比較します。



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




CUSTOM CONTROL CODE

C言語ブロック

DLLブロック ⇒ DSPボードで使用するCコードをPC上で流用可能

PLECS C言語エディタ/コンパイラ

外部 C言語エディタ/コンパイラ

DSP CPU

PIL SIMULATION

PILブロック

実際のコントローラボード（DSPボード）と接続し仮想プラントを操作

DSPボード

PLECS 回路（プラント）モデル

PLECS BlocksetによるHILS(例：RT-Lab,LT-RTSim)

Simulink Coder,Xilinx Blockset等を併用した自動コード生成

REAL TIME SIMULATION

Copyright (C) OPAL-RT Technologies

FPGA CPU



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路


スクリプティングによるシミュレーション PLECS Scope PLECS Blockset および PLECS Standalone

SIMULATION SCRIPTING

スクリプティング機能

外部アプリ(MATLAB：M-ファイル,XML-RPC；Python)を用いたスクリプティング



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路




PLECS SCOPE & XY-PLOT

使い勝手の良いズーム/パン機能

シミュレーション中の出力を拡大表示

カーソルおよびRMS,THD等の直接計測機能

FFT解析機能

複数シミュレーションの結果を保持

トレース機能で複数の計算結果を表示

計算結果の印刷およびエクスポート



簡単な操作性



解析ツール

磁気回路

機械回路

任意の制御コード


PLECS Scope

PLECS Blockset および PLECS Standalone

PLECS BLOCKSET

toolboxとしてSimulinkに統合

S-functionとして定義

シミュレーションにはSimulinkソルバを使用

全てのソルバオプションに対応

PLECSがスイッチング動作を制御

MATLAB/Simulinkを介した連成解析（COMSOL Multiphysics,JMAG-RT,ANSYS）

S-Functionによって各ソフトウェア間の物理情報を伝達（直接接続は不可）

CO-SIMULATION with FEA SOFTWARE (PLECS Blockset)

PLECS STANDALONE

単独動作シミュレーションツール

PLECS Blocksetとの互換性

Key Features: 制御/電気回路要素

最適化されたソルバにより計算速度向上

初期投資費用/ランニングコストの低減

PLECS Blocksetより速い計算速度!

BLOCKSET AND STANDALONE MODEL COMATIBILITY

MATLAB/Simulink

Standalone

PLECS

Control blocks

Circuit editor

Scope

PLECS

Solver

Analysis tools and

Script editor

PLECS

Control blocks

Circuit editor

Scope

Simulink Solver &

Control blocks

Analysis tools and

M/L Script editor

Blockset

IMPORT FROM BLOCKSET INTO STANDALONE

Blockset Standalone

IMPORT FROM BLOCKSET INTO STANDALONE

Standalone Blockset

EXPORT FROM BLOCKSET INTO STANDALONE

Blockset Standalone

開発元

Plexim GmbH（スイス）

Technoparkstrasse 1 CH-8005 Zurich Phone +41 44 445 24 10 [email protected] www.plexim.com

THANK YOU

総販売代理店

アドバンオートメーション株式会社

TEL:03-5282-7047

Web : http://www.adv-auto.co.jp

e-mail : [email protected]

無料セミナー・無料トライアル実施中!!

お気軽にお問い合わせ下さい

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