درس مدار های الکتریکی ۱ و مدار های الکتریکی ۲ ، الکترونیک و شبیه سازی مدارات الکترونیکی از جمله دروسی هستند که دانشجویان برق به ویژه گرایش الکترونیک از اهمیت خاصی برخوردارند . مداراتی که در این دروس با آنها سروکار داریم شامل عناصر مختلفی از جمله مقاومت ، خازن ، سلف ، دیود ، ترانزیستور و … هستند . طریقه و روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک نرم افزار متلب هدف اصلی ما در این آموزش می باشد . فیلم آموزشی مربوط به این شبیه سازی مدارات الکترونیکی نیز در آینده در سایت قرار خواهد گرفت .
گام اول از روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک : مدارات سری RL
مداری که شامل
- یک مقاومت (Resistance) ،
- و یک سلف (Inductor coil)
که به صورت سری به یکدیگر متصل شده اند، باشد را مدار سری RL نام گذاری میکنیم .
شمای کلی این مدار الکتریکی سری RL در ساده ترین حالت ممکن ، یعنی زمانی که شامل فقط یک سلف و یک مقاومت و یک منبع تغذیه باشد ، به این صورت می باشد :
معادله ی دیفرانسیل معمولی مرتبه ی اول برای مدار الکتریکی ساده شکل بالا ، که شامل یک سلف و یک مقاومت است که به صورت سری متصل شده اند ، به این صورت تعریف می شود :
در واقع این رابطه از نوشتن قانون ولتاژ در مدار به دست می آید .
با توجه به اینکه با
- نحوه ی حل ، محاسبه و به دست آوردن جواب معادله ی دیفرانسیل معمولی مرتبه ی اول
- و همچنین مراتب بالاتر آشنا هستیم .
در پست های قبلی نیز آموزش و مروری بر آن ها داشته ایم دیگر تمام مراحل را ذکر نمیکنیم .
اما اگر شما علاقمند به یادگیری مراحل دقیق تر حل این معادله هستید می توانید از فیلم های آموزشی که قرار است در سایت قرار بگیرد بهره ببرید .
در اینجا پس از حل معادله ی دیفرانسیلی بالا فقط جواب آخر را که به دست آورده ایم ،یعنی مقدار جریان ، به این صورت داریم :
گام دوم از روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک : مدارات سری RL در متلب
حال اگر بخواهیم با نحوه ی روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک آشنا شویم بایستی با یک مثال شروع کنیم .
مداری مانند تصویر بالا را در نظر بگیرید.
که دارای یک مقاومت و سلف می باشد که به صورت سری به یکدیگر متصل شده اند .
اگر
- سلف یک هانری باشد
- و مقاومت ده اهم ،
- همچنین منبع ولتاژی که داریم یک سینوسی با ولتاژ پیک برابر با ده ولت و سرعت زاویه ای برابر با ۱۵۰ رادیان بر ثانبه باشد .
مقدار های اولیه برای معادله نیز برابر با صفر در نظر گرفته شوند .
اگر بخواهیم در محیط نرم افزار متلب ، جریان مدار الکتریکی سری RL را نمایش دهیم باید به این صورت کدنویسی را انجام دهیم :
در صورت اجرای کد بالا در نرم افزار متلب ،
نمودار گرافیکی مدار سری RL به این صورت به دست خواهد آمد :
حال همین مثال را در محیط سیمولینک نرم افزار متلب شبیه سازی مینماییم .
گام دوم از روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک : مدارات سری RL در سیمولینک
طبق آموزش هایی که قبلا داشتیم ، وارد بخش سیمولینکمی شویم تا با روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک آشنا شویم :
- یا به صورت زیر به طور مستقیم وارد ابزار سیمولینک می شویم :
و یا با نوشتن عبارت simulink و اجرای آن وارد بخش سیمولینک می شویم.
یک مدل جدید به صورت زیر ایجاد می کنیم تا بلوک دیاگرام های مورد نظر خودمان را ، در این مدل اضافه نماییم :
بلوک دیاگرام های مورد نیاز برای آموزش روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک :
حال از بخش Library browser موارد زیر را به مدل ایجاد شده اضافه میکنیم :
- بلوک دیاگرام sine wave را به مدل اضافه میکنیم
- یک عدد بلوک دیاگرام sum را به مدل اضافه میکنیم
- یک عدد بلوک دیاگرام Integrator را به مدل اضافه می کنیم
- دو عدد بلوک دیاگرام gain رابه مدل اضافه می نماییم
- یک عدد بلوک دیاگرام scope را به مدل اضافه می کنیم
- یک عدد بلوک دیاگرام clock را به مدل اضافه میکنیم
- یک عدد بلوک دیاگرام Out1 را نیز به مدل اضافه مینماییم
- برای آشنایی بیشتر با نحوه ی پیدا کردن بلوک دیاگرام ها و ایجاد تغییرات در آن ها می توانید به پست آموزشی عملگرهای ریاضی در سیمولینک مراجعه داشته باشید.
نحوه ی اتصال و ایجاد تغییرات در بلوک دیاگرام های اضافه شده در سیمولینک نرم افزار متلب :
بلوک دیاگرام های اضافه شده را به صورت زیر به یکدیگر متصل می نماییم :
تغییراتی که بایستی در بلوک دیاگرام های اضافه شده مطابق با مقادیر داده شده در مثالی که در بالا ذکر کردیم ، انجام دهیم عبارت اند از :
بر روی بلوک دیاگرام sine wave کلیک میکنیم تا تنظیمات بلوک دیاگرام نمایش داده شود .
طبق صورت مسئله ای که داشتیم
- مقادیر فرکانس یا سرعت زاویه ای که برابر ۱۵۰ رادیان بر ثانیه و
- مقدار ولتاژ پیک اولیه که برابر ۱۰ ولت بود را اضافه میکنیم :
مقدار مقاومتی که داشتیم برابر با ده اهم بود .
این مقدار را نیز در بلوک دیاگرام gain اضافه میکنیم .
بر روی بلوک دیاگرام sum کلیک میکنیم .
به جای دومین + که به صورت پیشفرض داریم ، – قرار می دهیم .
در بلوک دیاگرام های دیگر نیازی به ایجاد تغییر وجود ندارد .
فقط کافی است به صورت بالا آن هارا به یکدیگر متصل نماییم .
برای اتصال بلوک دیاگرام ها به یکدیگر نیز کافی است از یکی از بلوک دیاگرام های دلخواه چپ کلیک کنیم و تا بلوک دیاگرام مقصد نگه داریم و سپس رها کنیم .
علت استفاده از بلوک دیاگرام clock :
همانطور که مشاهده میکنید در این مثال ما یک بلوک دیاگرام clock و یک بلوک دیاگرام out1 را نیز اضافه کرده ایم .
علت این امر و اضافه نمودن بلوک دیاگرام clock به این خاطر است که :
برای فعال سازی انتشار زمان شبیه سازی برای workspace نرم افزار متلب است تا توانایی و دسترسی به زمان شبیه سازی نمودار را در مقابل جریان داشته باشد .
پس از انجام تمامی تغییرات بالا و اتصال بلوک دیاگرام ها به یکدیگر ، در نهایت مدل را اجرا می کنیم .
با کلیک بر روی بلوک دیاگرام scope ، نمودار زیر را خواهیم داشت :
که تقریبا با نموداری که از اجرای کدی که در محیط نرم افزار متلب نوشتیم به دست آمد ، مشابه است .
در پست های آینده سایت آموزش های مربوط به :
- نحوه ی رسم و شبیه سازی مدار های RC سری ،
- مدارات RLC سری
- مدارات RC موازی
- مدارات RLC موازی و …
را به همراه فیلم های آموزشی گام به گام هرکدام از این شبیه سازی ها خواهیم داشت .
همچنین روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک به صورت گام به گام و دقیق تر در فیلم های آموزشی مربوطه در آینده قرار است به سایت اضافه گردد .