仿真模型范例(3篇)

仿真模型范文

关键词：Verilog-A；行为级建模；流水线型ADC

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）24-0236-03

行为级建模的方法有很多，Matlab/Simulink建模[1]，模型通用性和可移植性差。采用VHDL-AMS（VHDLAnalogandMixed-SignalExtensions）建模[2]，但并没有创建出针对流水线的实际非理想因素进行特定的流水线结构ADC模型。利用Pspice和Simulink进行联合仿真[3]，但是普通用户无法得知系统内部详细的电路结构和参数。

基于Verilog-A对多位每级流水线ADC做行为级建模，Verilog-A可以使用电路仿真工具Spectre仿真，而且可以精确描述模拟电路中的各种性能参数，Verilog-A主要通过基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，描述输入输出信号之间的电路行为，verilog-A可以描述时钟抖动、运放增益等非理想因素。

本文通过Verilog-A对子ADC、MADC电路、数字校正电路等关键单元进行建模，最后得到12比特100MHZ的流水线型ADC模型，采用Cadence的Spectre仿真器进行仿真验证。通过仿真结果验证得到SNDR为72.9465dB，SNR为72.9484dB距离理想的12比特ADC模型的SNR只差1.0516dB，ENOD为11.8155距离理想的12比特ADC的ENOD只差0.1845，以此验证了本文的ADC是高速有效的ADC模型。

1ADC总体设计方案

本文的12比特流水线型ADC采用1.5bit/stage的10级流水线，最后一级采用2bit闪存模数转换器，还有数字校正电路[4]，流水线型ADC的核心是1.5bit/stage的流水线结构，每级的流水线包括一个MDAC（MultiplyingDigital-to-AnalogConverter）和子ADC，子ADC对采样信号进行模数变换得到1.5bit数字输出，MDAC的作用包括数模转换，减法器和放大倍数为2的SHA（sample-holdamplifier），图1为流水线结构ADC结构框图。

工作原理如下，首先模拟信号第一级的SH（sample-hold），完成采样保持功能，采样信号送到本级的1.5bit子ADC和下一级MDAC，1.5bit子ADC得到1.5bit数字输出码，同时送到本级数字逻辑电路和下一级MDAC；MDAC中包含1.5bit子DAC，减法器和放大倍数为2的放大器，子DAC将第一级的1.5bit数字码变换得到模拟信号，再送入减法器和第一级的采样保持的输出信号相减，所得余量由放大器放大两倍作为下一级MDAC的输入信号，同样本级的SH采样信号送到本级的1.5bit子ADC和下级MDAC；第3-10级结构与第2级完全相同，第11级唯一不同的该级是一个2bit比较器，最后送到数字校正电路进行校正，得到12bit的数字输出。

2SH（Sample-Hold）的建模

SH电路是流水线ADC的重要组成部分，其作用是对输入的模拟信号进行采样，得到离散的模拟信号，供本级的子ADC对该信号进行模数转换得到数字码，因为子ADC对采样信号的转换需要时间，所以SH还需要对采样信号保持一段时间，所以SH电路的作用就是对模拟信号进行采样和保持。

3Sub-ADC建模

子ADC对SH的采样信号进行模数转换，采用1.5bit子ADC的原因是：只需要两个比较器，可以降低功耗关于1.5位Sub-ADC的参考电压和输出码之间的关系见表1。

4MDAC（MultiplyingDigital-to-AnalogConverter）建模

MDAC电路包括1.5bit子DAC、减法和级间增益三部分，1.5bit子DAC将前面的子ADC电路转换的数字码经过数模转换为模拟信号，经过减法器被上一级S/H的保持的模拟信号减去后得到的余量Vres（i），经过级间增益发达2倍后作为下一级的输入信号。

在采样阶段，根据Sub-DAC的输出实现减法的功能，在保持阶段，用余量放大器实现余量的放大，并作为下一级电路的输入。

5FlashADC的建模

FalshADC作为代码产生电路的最后一级直接输出两位的数字代码。由三个比较器构成，他们的阈值电压分别是Vref/2，0，-Vref/2，三个阈值将区间分为四段，在-Vref到Vref之间对应的数字码输出依次是00，01，10，11。

6数字校正电路的建模

流水线ADC相邻子级之间是串行工作的，相邻两级之间具有1/2个时钟周期的延迟，为了能够同步输出，12级的数字输出码经过延迟对准寄存器才能输出，D触发器可以实现寄存数据，因此延迟对准寄存器用D触发器实现，由于采用1.5bit/stage的结构，输出码字存在冗余，采用重叠相加的方式消除冗余，最后产生12位的输出码字。

7仿真及验证

动态性能最能反映流水线ADC模型工作的性能状态[5]，其中主要包括信噪比SNR（SignaltoNoiseRatio），信噪比是输入信号和噪声的功率比，是定义器件内部噪声大小的基本参数，SNR定义的详细描述如下所示：

8结束语

基于Verilog-A对多位每级流水线ADC做行为级建模，Verilog-A可以使用电路仿真工具Spectre仿真，而且可以精确描述模拟电路中的各种性能参数，Verilog-A主要通过基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，描述输入输出信号之间的电路行为，verilog-A可以描述时钟抖动、运放增益等非理想因素。

本文通过Verilog-A对子ADC、MADC电路、数字校正电路等关键单元进行建模，最后得到12比特100MHZ的流水线型ADC模型，采用Cadence的Spectre仿真器进行仿真验证。通过仿真结果验证得到SNDR为72.9465dB，SNR为72.9484dB距离理想的12比特ADC模型的SNR只差1.0516dB，ENOD为11.8155距离理想的12比特ADC的ENOD只差0.1845，以此验证了本文的ADC是高速有效的ADC模型。

参考文献：

仿真模型范文篇2

关键词：光伏电池；输出特性；Matlab/Simulink；数学模型

随着低碳经济和低碳技术的发展，太阳能作为一种洁净可再生能源已成为各国研究的热点，各国政府也相继出台各类政策支持太阳能光伏产业的研究和发展。然而，由于其较高的研发费用和受实际环境因素限制，使太阳能光伏技术的发展远不能满足社会发展需求。所以实验室仿真分析成为光伏电池设计与研究的有效手段。本文在Matlab/Simulink的仿真系统中，基于光伏电池输出特性的基础上对光伏电池进行建模，仿真结果表明，该数学模型的输出特性与实际太阳能电池板输出特性非常接近，验证了设计的正确性。

1光伏电池实用仿真数学模型

光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制成的，所谓的光伏效应是指半导体材料吸收光能后产生电动势的现象。所以光伏电池本身是一个P-N结，基本特性与二极管类似，其等效电路由光生电流源和一些电阻组成。仿真模型的特点是采用简单且易获取的参数拟合出光伏电池的输出特性，适用于对电池外部特性进行的仿真研究。根据光伏电池的V-I特性曲线可以得到基本输出特性公式：

I=ISC[1-C1(e-1)](1)

C1=(1-Im/Isc)e(2)

C2=(Um/Uoc-1)/ln(1-Im/ISC)(3)

式中：U、I为电池输出电压和电流；C1，C2为修正系数。

上述数学模型还与实际环境存在一定偏差，所以应该进行修正。采用性能参数修正法建立的数学模型，在环境条件变化时，如温度，光照强度等因素，可以对光伏电池的4个性能参数进行修正，得到接近实际环境下的光伏电池实用模型，修正系数如下所示：

DI=S/Sref[1+a(T-Tref)](4)

DU=[1-c(T-Tref)]ln[e+b(S-Sref)](5)

I′sc=IscDII′m=ImDI(6)

U′oc=UocDIU′m=UmDI(7)

式中：a和c为温度补偿系数，b为光强补偿系数。

2Matlab/Simulink仿真建模

从上面公式得到的光伏电池实用仿真模型不需要复杂的参数，只需要4个基本性能参数就模拟光伏电池输出特性。利用Matlab对上述光伏电池模型进行仿真，以式(1)为数学模型基础，在simulik里建立仿真模型。图1为光伏电池数学模型内部结构，图2为该模型的封装模块，并在内封装Um，Uoc，Im，Isc以及Tref，Sref参数，太阳能电池模型参数设置图3所示。其中V，I为模型实际电压和电流，S，T分别为实际日照强度和环境温度。

2光伏电池实验与结果及输出特性分析

光伏电池输出功率是光伏电池一个很重要的参数，且在一定光照强度和温度下都有最大功率点，它由式(8)决定：

P=UI=UISC[1-C1(e-1)](8)

在环境温度25℃时，光照强度分别为0.8kW/m2，1kW/m2，1.2kW/m2时光伏电池P-U，I-U曲线如图4，图5所示。

在光照强度为1kW/m2，环境温度分别为15℃，25℃，35℃时光伏电池P-V，I-V曲线如图6，图7所示。

从仿真实验结果中我们可以看到太阳能电池由于受温度和光照强度等环境因素影响很大，其输出具有明显的非线性。光照强度相同时，随着温度上升光伏电池开路电压下降，短路电流有所增加，最大输出功率也减小；温度相同时，随着光照强度的增加开路电压几乎不变，短路电流有所增加，最大功率也有所增加。基于光伏电池输出特性具有非线性和最大功率点特点，而且最大功率点也随着光照强度和环境温度等因素变化，为提高能量转换效率，在实际应用中光伏电池需采用适当的最大功率点跟踪算法控制光伏系统，保证光伏电池总是运行在最大功率点。

3结束语

光伏电池输出特性不仅与自身参数有关，还与外界光照强度和环境温度有关。本文在分析光伏电池输出特性的基础上，利用Matlab/Simulink搭建实用仿真模型。仿真结果表明，与光伏电池理想等效模型相比，该模型不需要复杂的参数，只需生产厂家提供的4个基本参数就可实现接近实际环境下的光伏电池输出特性曲线，且模块构造简单易于理解，参数容易调整，通用性强、可靠性和精度明显优于其他模型，能够满足光伏系统设计要求，为光伏电池理论分析和实际工程设计提供很大便利。

参考文献

[1]赵福鑫，魏彦章，太阳电池及其应用[M].北京：国防工业出版社，1985

[2]苏建徽，余世杰，赵为等.硅太阳电池工程用数学模型[J].太阳能学报，2001，22(4):409-412.

[3]王长江.基于MATLAB的光伏电池通用数学模型[J].电力科学与工程，2009，25(4):11-14.

[4]周德佳，赵争鸣．基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析［J］．清华大学学报，2007，47(7)：1109-1102.

[5]沈玉.跟随样品太阳电池的光伏阵列模拟器[J].太阳能学报，1997，20(4):23-27.

[6]赵争鸣，刘建政.太阳能发电及其应用[M].北京：科学出版社，2005:237-243.

仿真模型范文

摘要文章主要对电力系统机炉协调控制模型工作效益进行研究。本文综合系统资料分析了电力系统机炉仿真模型的构建框架并在上述基础上对电力系统机炉仿真模型功能板进行探究。文章以孤立电网频率动态仿真为主，结合控制仿真模型对电力系统机炉控制模型效益进行分析，对仿真结果进行验证。本文对电力系统机炉控制模型的完善具有一定的贡献性作用。

【关键词】机炉控制模型全过程动态仿真

1电力系统机炉仿真模型的构建

1.1模型构建原则

电力系统机炉控制全仿真动态模型构建时需要对电力系统机电暂、动态进行全面分析，要严格依照系统电力仿真控制原则形成对应控制体系，其具体原则包括：

（1）动态过程：机炉工作中对负荷变化存在不同的响应，这种响应可以造成机炉工作延迟和滞后，常规仿真中无法对该延迟和滞后进行表现。因此，在进行电力系统机炉仿真模型构建时人员要对该内容进行考虑，要通过调配环节和汽机控制中心等对其暂态过程进行适当调节，把握好相应速度；

（2）常规设置：机炉仿真模型构建时常从正常运行状态出发，由该状态确定对应仿真模型结构。这种依照正常状态设置仿真模型可以明显提升系统设置的有效性、科学性和规范性，设置效益较为显著。与此同时，该设置时还要对常规性能进行把握，例如CCS控制时组态方式就需要从具体设备性能出发，与实际性能一致。

（3）接口设置：电力系统机炉控制全过程动态仿真设计时要对锅炉及汽轮机接口进行全面把握，要依照系统工作状态及模型惯性等对系统特征进行分析，由该系统性质设定对应接口，保证接口内容与工作需求一致。

1.2模型构建内容

本次电力系统机炉控制模型动态仿真模型系统量主要包括：

（1）发电机电磁功率PE、AGC控制功率PAGC、机组设定功率PREF、发电机转速参考值ωREF、发电机转速参考值ω、主蒸汽压力PT、汽轮机调节级压力P1、汽机主控的输出信号TD、汽机主控的输出信号BD。

（2）调差率R、机组负载指令ULD、主蒸汽压力设定值PT0。

（3）汽机主控的输入信号STC、锅炉主控的输入信号SBC。

该模型构建时对系统信号、功率进行了全面考虑，从比例、积分和微分三个环节对系统功能进行了全面仿真构建。尤其是在机组功率协调控制中，人员以CCS进行功率设定，通过纯转速体系实现控制执行，PID被旁路，一次调频功能得到全面提升。

2电力系统机炉仿真模型分析

2.1仿真模型功能分析

（1）单元控制：该部分通过CCS和汽轮机调速器一次调频功能实现系统调频控制，形成机炉需求指令。系统中输入包括功率信号、转速信号等，输出为ULD信号。

（2）机炉主控：汽轮机主要以TD信号实现，通过该信号对机炉运行状态进行调整，形成对应机组功率指标，实现系统功率输出，而锅炉主要以BD信号实现。两者主控原理一致，基本控制效益与系统控制效益相同，都与CCS组态具有密切的关系。但上述两种主控前者BF状态下主要偏重于单元主控和功率偏差主控，TF状态下主要偏重于汽压主控，而后者恰恰相反。

（3）前馈控制：系统为了与实际工作状态一致常需要设置对应前馈环节，由该环节对状态运行进行调整，提升仿真中大惯性时间常数与机炉的一致性。电力系统机炉控制模型动态仿真模型中的前馈控制主要采用机组负荷需求指令前馈，由该指令控制系统开关、燃料信号，从而提升CCS的控制效益和范围。

（4）能量控制：系统在进行能量控制的过程中主要通过能量平衡原理实现，由该原理构建了对应的直接能量控制体系。该控制结构以机炉能量需求为核心，将机炉能量供求关系作为主体，形成了对应的一体化能量协调机制，其控制信号为能量平衡指标。

（5）功率控制：系统在功率控制过程中主要以机组能量为标准，由该能量构建对应功率信号，如PT0、P1、PT等。系统由比例、微分系统中的前馈结构确定功率指标，依照该部分内容对功率进行叠加，最终形成燃烧指令。

（6）协调控制：系统在进行协调控制时主要通过以上几方面控制内容实现，由上述内容形成平衡体系，依照平衡结构变化状况发出协调指标。该控制过程中要先依照系统实际运行状态确定机炉组态方式，形成对应组态体系。

2.2仿真模型效果分析

本次系统仿真过程中主要使用陕西电网数据，通过该电网对孤立网频率问题进行全面分析。电力系统机炉控制全过程仿真模型中依照本区域电网数据形成了对应机电暂态及中长期和常规机电暂态仿真两部分。

本次仿真故障环境为：电网送断面4回330kW输电线断开，电网30.0s时韩城机组运行状态发生转变，机组停止，陕西、甘肃、青海、宁夏电网解列。依照上述故障环境进行仿真分析，系统解列功率缺额大约为200MW，其具体出力变化状况见图1。

在上述仿真过程中系统32s前机组仿真状态基本没有发生转变，系统仿真状态持续稳定，而在该时间点后系统出现明显仿真状态转变：32.45s系统开始低周减载，负荷量逐渐减少，频率在一段时间后变化为49.4Hz左右，出力状况逐渐趋于稳定，系统功率特性与频率特性仿真效果非常显著。

3总结

随着电力系统发展的不断深入，我国电网电机建设已经得到了本质发展，电力系统机炉控制效益已经得到了显著提升。我国电网电机中多为火电机组，该机组对电网频率较为敏感，在控制体系构建过程中需要把握好电网频率状况。只有真正适应电网调频需求，构建电网动态仿真，我国电力系统才能够得到长足进步和发展。如何通过全过程动态仿真确定电力系统机炉控制效益已经成为电力工作的重中之重。

参考文献

[1]宋新立，王成山，仲悟之，汤涌，卓峻峰，吴国，苏志达.电力系统全过程动态仿真中的自动发电控制模型[J].电网技术，2013，12：3439-3444.

[2]刘涛，叶小晖，吴国，苏志达，仲悟之，宋新立，黄永宁.适用于电力系统中长期动态仿真的风电机组有功控制模型[J].电网技术，2014，05：1210-1215.

[3]吴国，宋新立，汤涌，仲悟之，刘涛，叶小晖.电力系统动态仿真中的安全稳定控制系统建模[J].电力系统自动化，2012，03：71-75.

[4]吴中芳.基于DSP的锅炉控制系统的研究[D].太原科技大学，2013.