如何使用StateAMS狀態(tài)機(jī)對(duì)具有閾值和滯后的理想開關(guān)進(jìn)行建模？

描述

理想開關(guān)的打開（關(guān)閉或停用）關(guān)閉（打開或激活）由施加在開關(guān)控制端子上的控制信號(hào)控制，用戶可以根據(jù)閾值電平和滯后定義的操作區(qū)域進(jìn)一步提高可控性。

具有閾值和滯后的開關(guān)通常用于開關(guān)應(yīng)用中，以避免系統(tǒng)振蕩。它們有助于減少具有機(jī)械負(fù)載（泵或電機(jī)）的系統(tǒng)不穩(wěn)定性并減少磨損。它們通過啟用穩(wěn)定的控制回路來幫助提高系統(tǒng)的可靠性。

在理想的開關(guān)中，開關(guān)的電阻是根據(jù)其工作狀態(tài)選擇的。在導(dǎo)通狀態(tài)期間，開關(guān)的電阻將非常低，因此滿載電流流過開關(guān)，同時(shí)在器件上施加的壓降最小。在關(guān)斷狀態(tài)期間，開關(guān)的電阻將非常高，因此流過開關(guān)的電流非常低，并且在開關(guān)兩端施加了全壓降。

使用SaberRD中的StateAMS狀態(tài)機(jī)建模工具直觀地對(duì)具有閾值和滯后的理想開關(guān)進(jìn)行建模。StateAMS 工具允許從基于狀態(tài)圖和方程的獨(dú)立于語言的描述中創(chuàng)建混合信號(hào)有限狀態(tài)機(jī)模型。有關(guān)詳細(xì)的建模技術(shù)，請(qǐng)參閱工具幫助文檔。

您可以根據(jù)您的應(yīng)用設(shè)計(jì)不同類型的開關(guān)。本文描述了四種不同的用例。

Case 1 - 單刀單擲開關(guān)在控制終端進(jìn)行閾值檢查

Case 2 - 單刀雙擲開關(guān)在控制終端進(jìn)行閾值檢查

Case 3 - 單刀單擲開關(guān)在引線端子處進(jìn)行閾值檢查

Case 4 - 單刀雙擲開關(guān)在引線端子處進(jìn)行閾值檢查

向下滾動(dòng)到每個(gè)用例以了解使用 StateAMS 建模工具實(shí)現(xiàn)的開關(guān)行為和建模技術(shù)。

文后提供了test_design.zip示例下載，使用示例中提供的測(cè)試設(shè)計(jì)文件和實(shí)驗(yàn)測(cè)試文件，可以驗(yàn)證上述四種不同開關(guān)的實(shí)現(xiàn)。在SaberRD中打開測(cè)試設(shè)計(jì)test.ai_dsn，下圖1是四種案例的電路原理圖，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試文件 test_bench.ai_expt即可。

1、Case 1

單刀單擲開關(guān) (SPST) 是通過控制終端提供的閾值檢查創(chuàng)建的。SPST開關(guān)常開。當(dāng)控制信號(hào)值 v(cntrl) 變得大于或等于提供的閾值和滯后的總和 (v(cntrl) >= (thresh + hyst)) 時(shí)，開關(guān)閉合。表1給出了在控制端帶有閾值檢查的SPST的不同操作模式。

在模式3中，當(dāng)控制信號(hào)值落在這兩個(gè)檢查點(diǎn)之間，即 ((thresh - hyst) < v(cntrl) < (thresh + hyst)) 時(shí)，開關(guān)將根據(jù)之前的狀態(tài)保持打開或關(guān)閉施加控制信號(hào)的開關(guān)。例如，假設(shè)開關(guān)閉合（ON 狀態(tài)），即 (v(cntrl) >= (thresh + hyst))。

現(xiàn)在，要打開開關(guān)（關(guān)閉），控制信號(hào)電平必須小于或等于 (thresh-hyst)。因此，直到控制信號(hào)電平從 ON 狀態(tài)下降到 v(cntrl) <= (thresh - hyst) 的電平之前，開關(guān)仍像之前的狀態(tài)一樣處于 ON 狀態(tài)。同樣，一旦開關(guān)打開（OFF），開關(guān)將保持OFF，直到控制信號(hào)大于或等于（thresh+hyst）。

因此，當(dāng)控制信號(hào)電平從關(guān)閉狀態(tài)上升到 v(cntrl) >= (thresh + hyst) 的電平時(shí)，開關(guān)仍像之前的狀態(tài)一樣處于關(guān)閉狀態(tài)。模式3的存在是由于模型中存在滯后。當(dāng)滯后為零時(shí)，模式3不存在。

表1控制端帶有閾值檢查的SPST操作模式

下面是StateAMS 狀態(tài)機(jī)模型。

下面是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。仿真完成后，從結(jié)果窗格中打開圖表 Case1。

2、Case 2

單刀雙擲開關(guān) (SPDT) 是通過控制終端提供的閾值檢查創(chuàng)建的。SPDT 在p1端子處常閉 (NC)，在p2端子處常開 (NO)。開關(guān)根據(jù)控制信號(hào)值切換p1和p2端子之間的連接?？刂菩盘?hào)必須大于或等于（閾值 + 遲滯）才能使開關(guān)從p1切換到p2。

然后，控制信號(hào)值必須小于或等于（閾值 - 滯后），以便開關(guān)從p2切換回p1。表2給出了在控制終端進(jìn)行閾值檢查的SPDT的不同操作模式。模式3的存在是由于模型中存在滯后現(xiàn)象，如Case1 所述。

表2控制端帶有閾值檢查的SPDT操作模式

下面是StateAMS 狀態(tài)機(jī)模型。

下面是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從結(jié)果窗格中打開圖表 Case2。

3、Case 3

單刀單擲開關(guān) (SPST) 是通過引線端子處提供的閾值檢查創(chuàng)建的。除了提供的控制信號(hào)外，該模型還會(huì)在關(guān)閉和打開開關(guān)之前檢查 p 端子的閾值電平。

在此模型中，控制端子是數(shù)字的，必須由數(shù)字源驅(qū)動(dòng)。只有當(dāng)控制信號(hào)為高電平或l4_1，且p端電壓大于等于(thresh+hyst)時(shí)，開關(guān)才閉合。表 3 給出了在 p 端進(jìn)行閾值檢查的 SPST 的不同操作模式。模式 4 的存在是由于模型中存在滯后，如案例 #1 的模式 3 中所述。

表3在 p 端進(jìn)行閾值檢查的SPST的不同操作模式

下面是StateAMS模型。

注意：L4_0和l4_1等MAST數(shù)字值在StateAMS建模工具中分別表示為“0”和“1”。

下面是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從結(jié)果窗格中打開圖表 Case3。

4、Case 4

單刀雙擲開關(guān) (SPDT) 是通過引線端子處提供的閾值檢查創(chuàng)建的。除了提供的控制信號(hào)外，模型還會(huì)在切換連接之前檢查p1和p2端子的閾值電平。

在這個(gè)模型中，控制端是數(shù)字的，它必須由數(shù)字源驅(qū)動(dòng)。該模型的初始狀態(tài)是在p1和p2端常開。表4給出了在引線端子處進(jìn)行閾值檢查的SPDT的不同操作模式。模式3和6的存在是由于模型中存在滯后現(xiàn)象，如Case1中模式3所述。

表4在引線端子處進(jìn)行閾值檢查的SPDT的不同操作模式

下面是StateAMS模型。

注意：L4_0和l4_1等MAST數(shù)字值在StateAMS建模工具中分別表示為“0”和“1”。

從結(jié)果窗格中打開圖表 Case4查看結(jié)果：