آموزش صفر تا صد روش شبیه سازی مدارات الکترونیکی با سیمولینک

درس مدار های الکتریکی 1 و مدار های الکتریکی 2 ، 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

1. یک مقاومت (Resistance) ،
2. 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

1. سلف یک هانری باشد
2. و مقاومت ده اهم ،
3. همچنین منبع ولتاژی که داریم یک سینوسی با ولتاژ پیک برابر با ده ولت و سرعت زاویه ای برابر با 150 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 :

1. 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 :

1. بلوک دیاگرام sine wave را به مدل اضافه میکنیم
2. یک عدد بلوک دیاگرام  sum را به مدل اضافه میکنیم
3. یک عدد بلوک دیاگرام Integrator را به مدل اضافه می کنیم
4. دو عدد بلوک دیاگرام gain رابه مدل اضافه می نماییم
5.  یک عدد بلوک دیاگرام scope را به مدل اضافه می کنیم
6. یک عدد بلوک دیاگرام clock را به مدل اضافه میکنیم
7. 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 150 رادیان بر ثانیه و
• مقدار ولتاژ پیک اولیه که برابر 10 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 :

1. نحوه ی رسم و شبیه سازی مدار های RC سری ،
2. مدارات RLC سری
3. مدارات RC موازی
4. 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 .