전기 시스템을 모델링하기 위한 블록 선택
Simscape™ 소프트웨어는 Simulink® 환경에서 물리 시스템을 모델링하는 데 사용할 수 있는 블록 라이브러리와 시뮬레이션 기능을 제공합니다. Simscape를 사용하면 Simulink 블록 다이어그램과 통합되는 물리적 연결을 기반으로 물리 모델을 구축할 수 있습니다.
Simscape Electrical™ 소프트웨어는 전기 시스템에 대한 보다 복잡한 컴포넌트와 분석 기능을 제공하는 Simscape 애드온입니다. Simscape Electrical 블록 라이브러리를 사용하면 전자, 메카트로닉스, 전력 및 전력전자 시스템을 모델링할 수 있습니다. Simscape 제품군에서 컴포넌트를 사용하여 전기, 기계, 유압, 열 및 기타 물리 시스템을 모델에 통합할 수 있습니다. Simulink를 사용하면 지적 재산을 타사와 공유하지 않고도 전기 시스템에 대한 제어기를 설계하거나 신호 처리 알고리즘을 개발하고 모델을 보호할 수 있습니다. MATLAB®을 사용하면 설계를 자동화하거나 데이터를 분석하고 시각화할 수도 있습니다.
Simscape 및 Simscape Electrical을 사용하여 전기 네트워크 구축
Simscape 블록을 사용하여 전기 네트워크를 구축합니다. Simscape 블록은 물리 시스템을 모델링하기 위한 전용 텍스트 언어인 Simscape 언어를 사용하여 개발된 블록을 뜻합니다. 여기에는 Simscape, Simscape Electrical 또는 다음과 같은 기타 Simscape 애드온과 함께 제공되는 라이브러리에 속한 대부분의 블록이 포함됩니다.
Simscape Battery™
Simscape Driveline™
Simscape Fluids™
Simscape Multibody™
Simscape 블록은 둘 이상의 물리적 변수 간의 수학적 관계를 정의함으로써 물리적 컴포넌트를 표현합니다. 이러한 블록 간의 연결은 회로에서의 이상적인 전선과 같은 물리적 연결을 나타냅니다. 블록에는 특정한 물리 도메인에 속하는 에너지 보존 포트가 있습니다. 전기 네트워크를 모델링하기 위해 전기 도메인과 3상 전기 도메인에서 포트가 있는 블록을 사용할 수 있습니다. 이러한 도메인에서 물리적 변수는 전류와 전압입니다. 캔버스에 블록을 추가하고 회로 다이어그램에서 하듯이 블록을 연결하여 컴포넌트를 조립합니다. 실제 물리적 컴포넌트를 연결할 때 흐름 방향을 지정할 필요가 없듯이, Simscape 블록을 연결할 때에도 이 정보를 지정할 필요가 없습니다. Simscape는 각 시간 스텝에서 전류와 전압 값을 동시에 계산합니다. 3상 전기 도메인에서는 3상 연결이 전기 도메인의 물리적 연결선 3가닥과 등가인 하나의 물리적 연결선으로 표현되기 때문에 블록 다이어그램이 단순화됩니다. 또한 각 상을 개별적으로 모델링할 수 있습니다. 예를 들어 1선 지락 고장을 회로에 주입하기 위해 이러한 블록의 3상 포트를 3개의 개별 단상 전기 포트로 확장할 수 있습니다.
간단한 전기 네트워크를 모델링하는 경우, Simscape 제품에 속하는 Simscape Foundation Library의 블록을 사용할 수 있습니다. 이 라이브러리에는 기본적인 물리 요소와 구성 요소가 포함되어 있으며, 이들은 기술 분야와 기능에 따라 하위 라이브러리로 조직되어 있습니다. 전기 네트워크를 구축하려면 Simscape > Foundation Library > Electrical 라이브러리의 블록을 사용하십시오.
Simscape Electrical에서 제공하는 블록 라이브러리는 전기 도메인과 3상 전기 도메인을 확장합니다. 이 라이브러리는 Simscape Foundation Library와 동일한 컴포넌트를 많이 포함하고 있지만, 사용자 지정 옵션이 더 많습니다. 또한 Simscape에서는 사용할 수 없는 추가 컴포넌트도 포함되어 있습니다. Simulink 라이브러리 브라우저에 이 라이브러리를 표시하려면 Simscape 노드로 스크롤하십시오. Simscape 애드온 제품을 설치한 경우 Simscape 라이브러리에서 해당 라이브러리를 볼 수 있습니다. Simscape 노드를 확장한 다음 Electrical 노드를 확장합니다. 또는 MATLAB 명령 창에서 다음 명령을 입력하십시오.
ee_lib
최상위 Simscape Electrical 라이브러리 내의 블록들을 더 깊이 탐색하려면 노드를 더 확장하십시오.
Control를 제외한 모든 라이브러리에 Simscape 블록이 포함되어 있습니다. 이러한 블록을 Simscape 제품군의 다른 블록과 함께 사용하여 전기 네트워크와 기타 물리 도메인의 네트워크를 구축할 수 있습니다.
전기 네트워크를 구축하기 위한 블록 선택
같은 유형의 장치를 모델링할 수 있는 블록이 둘 이상 있을 때는 설계 목표를 충족하기에 충분한 세부 정보를 제공하는 블록들 중에서 가장 단순한 블록을 선택하십시오. 이렇게 가장 단순한 블록을 선택하면 모델을 쉽게 파라미터화할 수 있고 시뮬레이션 속도가 빨라집니다. 블록 파라미터, 블록 설명 및 문서를 사용하여 어떤 블록을 사용할지 결정하십시오. 보통은 파라미터가 많은 블록이 더 복잡합니다.
자신의 전기 네트워크에 적합한 수준의 복잡도를 갖는 블록을 어떻게 선택할지 알아보기 위해, 연산 증폭기를 사용한 삼각파 생성기 모델링하기 예제를 살펴보겠습니다. 모델을 열기 위해 MATLAB 명령 창에서 다음 명령을 입력합니다.
openExample('simscapeelectrical/TriangleWaveGeneratorExample')
회로의 첫 번째 단은 op-amp로 구성된 비교기를 나타냅니다. 2개의 Diode 블록은 비교기의 출력을 ±5V로 제한하는 제너 다이오드를 모델링합니다. 이러한 제한은 구형파를 생성합니다. 회로의 두 번째 단은 적분기입니다. 구형파를 적분하면 삼각파가 생성됩니다.
이 예제에서는 Simscape Foundation 라이브러리와 Simscape Electrical 라이브러리의 블록을 사용합니다. 두 라이브러리 모두 Capacitor 블록과 Diode 블록을 포함합니다. 블록 설명에 따르면 Simscape Foundation Library의 Capacitor 블록은 선형 커패시터를 모델링하고, Simscape Electrical 라이브러리의 Capacitor 블록은 선택적 허용오차, 동작 한계 및 결함 동작을 갖춘 커패시터를 모델링합니다. 두 Capacitor 블록은 사용자 지정 옵션을 제외하고는 동일하므로 어느 블록을 선택해도 됩니다. 두 블록에 대한 블록 파라미터나 문서를 살펴보면 Simscape Electrical 라이브러리의 블록만 제너 다이오드를 모델링할 수 있다는 것을 알게 됩니다. 따라서, Simscape Electrical 라이브러리에 있는 더 상세한 블록을 선택하십시오. 마찬가지로, Simscape Electrical 라이브러리의 Band-Limited Op-Amp 블록도 사용합니다. 이것은 Simscape Foundation Library에는 없는 고급 블록입니다.
Simulink 블록을 사용하여 신호 생성, 제어기 설계 및 데이터 시각화
Simulink 블록은 수학 연산을 나타냅니다. 한 블록의 출력 포트를 다른 블록의 입력 포트에 연결합니다. Simulink는 각각의 시간 스텝에서 정보가 한 블록에서 다음 블록으로 모델을 통과할 때 순차적으로 신호의 값을 계산합니다. 이러한 블록을 물리 네트워크와 연결하면 다음을 수행할 수 있습니다.
신호 생성 및 처리
수학적 변환 수행
제어 알고리즘 개발
데이터 시각화
연산 증폭기를 사용한 삼각파 생성기 모델링하기 예제에서 Sine Wave 블록은 Variable Resistor 블록의 저항을 제어하는 신호를 생성합니다. Scope 블록을 사용하면 Simulink 환경 내에서 출력 전압을 시각화할 수 있습니다.
Simscape Electrical의 Control 라이브러리에는 단상 및 다상 전력 시스템을 개발하는 데 사용할 수 있는 Simulink 블록이 포함되어 있습니다.
다음 표는 Simulink와 Simscape 블록의 주요 기능을 요약한 것입니다.
| Simulink 블록 | Simscape 블록 | |
|---|---|---|
| 목적 | 동적 시스템 모델링 | 서로 다른 물리 도메인 간의 물리 시스템 및 상호 작용 모델링 |
| 전기 모델에서의 일반적인 용도 |
| 전자, 메카트로닉스 및 전력 시스템의 물리적 컴포넌트 표현 |
| 수학적 관계 | 입력과 출력 간 | 전류와 전압 같은 두 개 이상의 물리적 변수 간 |
| 블록 포트 | Simulink 입력 및 출력 포트 | 물리적 신호 포트 및 에너지 보존 포트 |
| 연결 | Simulink 신호 선 | 물리적 신호 선과 물리적 연결 선 |
| 동적 동작 | Simulink는 각 시간 스텝에서 신호가 한 블록에서 다음 블록으로 전달될 때 순차적으로 신호 값을 계산합니다. | Simscape는 각 시간 스텝에서 물리적 변수를 동시에 계산합니다. |
| 사용자 지정 블록 | MATLAB, C/C++, Fortran 코드를 사용하여 사용자 지정 Simulink 블록을 만듭니다. | Simscape 언어를 사용하여 사용자 지정 Simscape 블록을 만듭니다. |
호환 가능한 포트를 통해 블록 연결
일부 Simscape 블록에는 에너지 보존 포트 외에도 물리 신호 포트가 있습니다. 이러한 포트는 Simulink 블록 포트와 같이 신호를 전송하는 유방향 포트입니다. Simscape는 Simulink 입력 및 출력 포트 대신 물리 신호 입력 포트를 사용하여 계산 속도를 높이고 대수 루프 문제를 방지합니다. 물리 신호에도 단위가 연관될 수 있습니다.
호환 가능한 포트를 통해 블록을 서로 연결합니다. 다음 규칙은 호환성 조건을 정의합니다.
Simulink 출력 포트는 Simulink 입력 포트에만 연결할 수 있습니다.
Simscape 물리 신호 출력 포트는 Simscape 물리 신호 입력 포트에만 연결할 수 있습니다.
Simscape 에너지 보존 포트는 동일한 도메인의 다른 에너지 보존 포트에만 연결할 수 있습니다.
Simulink 블록 다이어그램을 Simscape 네트워크에 연결하거나, 두 개 이상의 포트 유형을 가진 블록을 사용하여 다른 도메인의 Simscape 네트워크를 연결할 수 있습니다.
다음 표는 다양한 포트 유형의 동작을 요약한 것입니다.
기능 | Simulink 입력 및 출력 포트 | Simscape 물리 신호 포트 | Simscape 에너지 보존 포트 |
|---|---|---|---|
| 연결 선 | 데이터 흐름을 나타내는 Simulink 신호 선 | 데이터 흐름을 나타내는 물리 신호 선 | 회로의 이상적인 전선과 같은 물리 연결을 나타내는 물리 연결 선 |
| 연결 규칙 | Simulink 출력 포트는 Simulink 입력 포트에만 연결할 수 있습니다. | Simscape 물리 신호 출력 포트는 Simscape 물리 신호 입력 포트에만 연결할 수 있습니다. | Simscape 에너지 보존 포트는 동일한 도메인의 다른 에너지 보존 포트에만 연결할 수 있습니다. |
| 방향 | 유방향. 화살표는 한 블록의 Simulink 출력 포트에서 다른 블록의 Simulink 입력 포트로 정보가 흐르는 방향을 나타냅니다. | 유방향. 화살표는 한 블록의 Simscape 출력 포트에서 다른 블록의 Simscape 입력 포트로 정보가 흐르는 방향을 나타냅니다. | 본질적인 방향성은 없습니다. 전류와 같은 변수를 통해 어느 방향으로든 흐를 수 있습니다. |
| 연결 분할 | Simulink 신호 선을 분할하면 동일한 신호에 대한 여러 경로가 생성됩니다. | 물리 신호 선을 분할하면 동일한 신호에 대해 여러 경로가 생성됩니다. 신호는 물리적 변수를 나타냅니다. | 물리 연결 선을 분할하면 물리적 연결점이 생성되고 시스템에 분기가 생깁니다. 이러한 분기에서 Through 변수(예: 전류)는 연결된 여러 컴포넌트에 나뉘어 흐르게 됩니다. 또한, 분기에서는 연결된 각각의 컴포넌트에 동일한 Across 변수(예: 전압)가 가해집니다. |
연산 증폭기를 사용한 삼각파 생성기 모델링하기 예제에서는 Simscape Utilities 라이브러리의 블록을 사용하여 전기 네트워크를 Simscape 블록에 연결합니다.
Simulink-PS Converter 블록을 사용하여 Sine Wave 블록의 Simulink 신호를 Variable Resistor 블록으로 전달될 수 있는 물리 신호로 변환합니다. 이 신호는 Variable Resistor 블록의 저항을 설정합니다.
PS-Simulink Converter 블록을 사용하여 Voltage Sensor 블록의 물리 신호를 Scope 블록으로 전달될 수 있는 Simulink 신호로 변환합니다. 이 신호를 사용하여 Scope 블록을 통해 회로의 전압을 확인할 수 있습니다.
Solver Configuration 블록에는 유형이 정해지지 않은 에너지 보존 포트가 있습니다. 유형이 정해지지 않은 이 포트를 모든 도메인의 에너지 보존 포트에 연결할 수 있습니다. Solver Configuration 블록은 시뮬레이션을 시작하기 전에 모델에 필요한 솔버 파라미터를 지정합니다. 이 블록을 위상적으로 서로 다른 각 Simscape 네트워크에 연결해야 합니다.
연산 증폭기를 사용한 삼각파 생성기 모델링하기 예제에는 Simscape 네트워크가 하나만 있습니다. 네트워크는 전기 도메인에 속합니다. 두 개 이상의 도메인에 속하는 포트를 갖는 블록을 통해, 두 개 이상의 네트워크를 연결할 수 있습니다. 포트, 블록 및 물리적 연결 선은 도메인을 식별하는 데 도움이 되도록 색상으로 구분되어 있습니다.
Simscape Electrical 라이브러리의 많은 블록이 열, 자기, 기계적 병진 또는 기계적 회전 도메인뿐만 아니라 전기 및 3상 전기 도메인에서도 포트를 갖고 있습니다. 선택적인 열 포트를 사용하여, 열 네트워크에서의 전기 손실로 인해 발생하는 열을 모델링할 수 있습니다. Electromechanical 라이브러리의 블록을 사용하여 메카트로닉스 시스템 모델을 개발할 수 있습니다. 동일한 도메인의 에너지 보존 포트를 통해 Simscape 제품군의 블록과 블록을 연결하여 다중 도메인 시스템 모델을 구축할 수도 있습니다.
캔버스를 더블 클릭하고 검색하려는 블록 이름의 일부를 입력하여 블록을 검색할 수 있습니다. 다른 블록의 특정 포트와 호환되는 포트가 있는 블록만 검색하려면:
포트를 클릭한 다음, 끌어서 놓아 노드를 만듭니다.
노드를 클릭합니다.
검색할 블록을 입력합니다.
검색 결과에는 호환되는 포트가 하나 이상 있는 블록만 표시됩니다.
Simscape를 사용하여 C 코드 생성, 시뮬레이션 속도 향상 및 기록된 시뮬레이션 데이터 플로팅
Simscape Electrical 라이브러리의 Simscape 블록들은 Simscape의 기능과 호환됩니다. 가능한 작업:
물리 네트워크 모델에서 독립형 C 또는 C++ 코드를 생성하여 신속 프로토타이핑과 HIL(Hardware-in-the-Loop) 애플리케이션을 구현합니다. Simscape 블록이 이 기능을 지원합니다. Simulink Coder™ 라이선스도 필요합니다.
Simscape HDL Workflow Advisor를 사용하여 HDL 구현 모델을 생성하고, 구현 모델에 대한 HDL 코드를 생성하고, 해당 코드를 FPGA(Field Programmable Gate Array) 플랫폼에 배포합니다.
Solver Configuration 블록을 사용하여 다음을 수행:
연속 상태 표현과 이산 상태 표현 중에서 선택합니다.
주파수-시간 모드에서 시뮬레이션을 실행하여 단일 공칭 주파수를 사용하는 시스템의 페이저 분석을 수행하고 시뮬레이션 속도를 높입니다.
동작점을 사용하여, 선택된 특정한 상태에서 시뮬레이션을 시작합니다.
분할 솔버를 사용하여 시뮬레이션 속도를 높입니다.
Simscape 결과 탐색기를 사용하여, 기록된 시뮬레이션 데이터를 탐색하고 플로팅합니다.
Probe 블록을 사용하여 Simscape 변수 또는 intermediates를 Simulink 신호로 출력합니다.
결함 모델링을 지원하는 블록을 사용하여 결함을 모델링합니다. 결함 트리거와 결함이 발생한 파라미터 값을 별도 파일에 저장하여 원본 모델을 결함 없이 유지할 수 있습니다.
Simscape Electrical를 사용한 시스템 및 컴포넌트 설계
Simscape Electrical 라이브러리에는 전력전자 장치에 대한 조각별 선형의 수학적 저충실도 모델을 구현하는 블록이 포함되어 있습니다. 이 라이브러리에는 동일한 장치에 대한 비선형의 수학적 고충실도 모델을 구현하는 블록도 포함되어 있습니다. 저충실도 모델은 파라미터화하기가 더 쉬우며 빠르게 시뮬레이션할 수 있습니다. 고충실도 모델은 더욱 상세한 시뮬레이션 결과를 제공합니다. 먼저 시스템 수준의 설계를 위해 저충실도 블록을 사용하여 모델을 개발한 다음, 고충실도 블록을 사용하여 보다 세부적인 컴포넌트 수준의 설계로 나아갑니다.
예제 살펴보기
Simscape Electrical 문서에는 학습은 물론 시뮬레이션 목표에 맞게 응용하는 것도 가능한 수백 개의 예제 모델이 포함되어 있습니다. 응용 분야 카테고리의 예를 살펴보고 자신의 응용 사례에 가까운 모델을 찾아보십시오. modelfinder 함수를 사용하여 모델을 검색할 수도 있습니다.
참고 항목
도움말 항목
- 간단한 회로를 빌드하고 시뮬레이션하기
- 간단한 DC 모터를 구축하고 시뮬레이션하기
- Simscape Block Libraries
- Introduction to Simscape Faults
- 반도체 소자를 모델링하기 위한 블록 선택
- 모터 또는 액추에이터를 모델링하기 위한 블록 선택
