Exemple de Simulation de circuit OpAmp

Pour cet exemple, nous parcourons la création d'un modèle SysPhS pour un circuit électronique simple, puis utilisons une simulation pour prédire et tracer le comportement de ce circuit.

Conditions préalables

L'exécution de cette simulation nécessite soit :

OpenModelica ou
Simulink et Simscape de MATLAB

Diagramme de circuit

Le circuit électronique que nous allons modéliser est illustré sur cette figure, en utilisant la notation standard des circuits électroniques.

Le circuit dans cet exemple comprendra une source de signal d'onde sine , une terre, deux résistances et un circuit intégré d'amplificateur OpAmp. La figure suivante montre le diagramme résultant, tel que généré à partir d'un diagramme SysML à l'aide de SysPhS, dans une application externe - dans ce cas Modelica.

Créer un Modèle SysML

Ce tableau montre comment nous pouvons construire un modèle SysML complet pour représenter le circuit, en commençant par les types de niveau le plus bas et en construisant le modèle une étape à la fois.

Composant	Action
Blocs	Dans SysML, en utilisant SysPhS, le circuit et chacun des types de composants sont représentés sous forme de blocs. Dans un diagramme de définition de Bloc (BDD), créez un composant de circuit Bloc . Le circuit comporte cinq parties : un amplificateur opérationnel, une source de signal, un convertisseur signal-tension, une masse et une résistance. Ces pièces sont de types différents, avec des comportements différents. Les blocs clés, y compris l'ampli op, la masse et la résistance, sont accessibles en tant que blocs prédéfinis, à l'aide des motifs de composants Motifs . Cependant, pour plus de clarté, nous exécuter à leur création à partir de zéro. Créez un Bloc SysPhS pour chacun des types de pièces. Les parties de la définition de Bloc interne du circuit (IBD) seront connectées via des ports, qui représentent des pins électriques. Ceux-ci sont définis dans la BDD. La résistance a une broche positive et une broche négative. La masse n'a qu'une seule broche, qui est positive. L'électricité (charge électrique) est transmise par les pins . Les deux ports sont nommés 'p' (positif) et 'n' (négatif), et ils sont de type ChargeFlowElement. Cette figure montre le BDD, avec des blocs définissant le type de composants utilisés. Cela comprend une onde sine de source de signal, un convertisseur de tension de signal, une masse, un type de résistance et un type d'amplificateur opérationnel. Note : Ces blocs sont créés à partir de la boîte à outils SysPhS à l'aide de blocs Modelica ou de blocs Simulink. Vous pouvez saisir chaque Bloc dans les deux outils. Pour plus d'informations, consultez la rubrique d'aide Définir des blocs en tant que Modelica et Simulink .
Ports Phs	Les types de valeur utilisés pour les ports sont prédéfinis dans les bibliothèques de Simulation SysPhS. Les deux grandeurs clés utilisées sont les ValueTypes ChargeFlowElement et RealSignalInElement, Cette figure montre le Bloc OpAmp dans le diagramme de définition de Bloc , avec les ports du Bloc OpAmp définis sur ChargeFlowElement ValueType, et où cela est référencé dans la fenêtre Navigateur . Le connecteur d'importation vers le paquetage des types Paquetage montre comment ceux-ci doivent être définis. Pour plus d'informations sur l'import de Paquetage (encerclé), consultez le document Référencement des bibliothèques de Simulation SysPhS Rubrique d'aide.
Constantes Phs	La résistance et les blocs d'onde Sine ont des propriétés définies dans leurs composants respectifs dans MATLAB et Modelica. Prenons la résistance comme exemple. Pour ces composants, dans leurs outils respectifs, il faut fixer une valeur de la résistance en Ohms. Pour la plupart des circuits, il peut y avoir plusieurs parties de résistance dérivées de ce Bloc de résistance , modélisées en tant que parties dans les diagrammes IBD ou Paramétriques . Ainsi, leur valeur (en Ohms), sera fixée dans l'IBD, le diagramme Paramétriques ou éventuellement dans les Datasets de simulation. Pour définir la propriété définissant la résistance, nous devons créer une variable Phs 'r'. La valeur initiale n'est pas définie. Note : Les Motifs SysPhS incluent un Bloc de type Résistance déjà construit. Pour définir les valeurs de résistance dans chaque composant individuel (pièce), voir la ligne Valeurs initiales dans ce tableau , qui montre les blocs définis avec les ports et les constantes Phs.
Structure interne	Pour la structure interne, nous créons un Bloc avec un diagramme IBD enfant. Créer un Bloc pour un circuit OpAmp inverseur Sous celui-ci, créez un Diagramme Interne de Bloc (IBD) en utilisant l'option de menu contextuel : Créer un nouveau Diagramme enfant \| Diagramme de définition de Bloc diagramme Double-cliquez pour ouvrir l'IBD Définissez le diagramme pour afficher uniquement le nom du port, en utilisant : -F5 \| Élément \| Apparence de l'élément Désactivez ces deux options : - Afficher les stéréotypes - Afficher le Type de propriété Cela n'affichera alors que le port et le Type Sur l'IBD, créez des pièces et connectez-les : Depuis le Navigateur , faites glisser les Blocs sur l'IBD en tant que Parts ( Propriétés ) Pour afficher les pièces dans les compartiments, supprimez-les du diagramme Note : Définissez l'option Coller 'Eléments structurels sur 'TOUS' Sinon, dans la vue Fonctionnalités , pour l'onglet 'Interaction' cliquer sur le bouton Tout, et pour l'onglet 'Parts / Propriétés ' cliquer sur le bouton Tout. Ajoutez des propriétés pour le signal source, le convertisseur, 2 résistances, OpAmp et Ground, typées par les blocs correspondants
Fixations	Pour modéliser le câblage de ces composants : Définissez les connexions entre les Ports avec des connecteurs de type Connecteur. Notez que cela suit la même structure que le diagramme de circuit d'origine, mais les symboles de chaque composant ont été remplacés par des propriétés typées par les blocs que nous avons définis.
Valeurs initiales	Comme il y a deux résistances, la résistance d'entrée (RIn) et la résistance de rétroaction (Rf) doivent être créées en tant que deux Propriétés (parties) différentes dans l'IBD, provenant du Bloc de résistances, car chacune d'elles aura des valeurs différentes. Les valeurs doivent être définies dans la fenêtre Propriétés , onglet 'Propriété', champ 'Initial'. Pour InputControllingSignal, des valeurs initiales sont requises pour l'amplitude et la fréquence. En revenant au BDD, vous devriez maintenant avoir le Bloc InvertOpAmp affiché comme :

Configurer le comportement de la Simulation

Ce tableau montre les étapes détaillées de la configuration de SysMLSim.

Marcher	Action
Créer un artefact SysMLSimConfiguration	Ouvrir le diagramme de définition de Bloc Cliquez sur l'espace libre dans le diagramme Appuyez sur la barre d'espace Dans le sous-menu 'Artefacts', sélectionnez 'Configuration SysMLSim' Cela crée un nouvel artefact de configuration SysMLSim :
Définir le Paquetage	Double-cliquez sur l'artefact de configuration SysMLSim Cela ouvre la fenêtre Configurer la configuration SysML Dans le champ ' Paquetage ' cliquez sur le bouton [...] et sélectionnez le Paquetage contenant le diagramme SysML :
Définir Modelica ou Simulink	Dans la liste déroulante du haut, vous pouvez sélectionner l'outil de simulation à utiliser : Modelica Simulink Pour plus de détails sur ces paramètres, consultez la rubrique d'aide Configurer la Simulation SysML .
Réglez le Bloc sur Simuler	Dans la liste de gauche, sous "Nom", recherchez "InvertOpAmp" Dans la colonne 'Valeur', cliquez sur le menu déroulant et sélectionnez 'SysMLSimModel'
Sélectionnez les Propriétés à tracer	Vous pouvez maintenant sélectionner les Propriétés à tracer : Dans le volet de droite, sélectionnez les ports à tracer

Exécuter Simulation

Dans l'onglet ' Simulation ', cliquez sur le bouton Résoudre. Cet exemple montre un tracé généré dans Modelica :

Dans la légende, vous pouvez voir LM741.out.v et 'Signal.v qui sont tracés, et les faire correspondre avec les deux propriétés sélectionnées sous Propriétés à tracer .

Vue le Modèle dans Modelica ou Simulink

Pour afficher le modèle généré dans les applications externes, Modelica ou Simulink, consultez la rubrique d'aide Afficher le modèle Vue Modèle ou Simulink , ainsi que des conseils pour déboguer tout problème dans le code généré.