DE10106247A1 - Method for numerical simulation of electronic networks e.g. for power electronics in motor vehicles, involves dividing circuit network up into part networks or electrical components - Google Patents
Method for numerical simulation of electronic networks e.g. for power electronics in motor vehicles, involves dividing circuit network up into part networks or electrical componentsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation von elektronischen Schaltungsnetzwerken gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein System gemäß Oberbegriff von Anspruch 8.The invention relates to a method for simulating electronic circuit networks according to the preamble of Claim 1, and a system according to the preamble of claim 8th.
Es ist bekannt, zur numerischen Simulation von analogen elektronischen Schaltungsnetzwerken Simulationsprogramme, wie etwa SPICE, SABER etc. einzusetzen. Ziel dieser auf Mi krocomputern lauffähigen Simulationsprogramme (Simulatoren) ist es, den Zustand des simulierten analogen Schaltungsnetz werks zu in der Zukunft liegenden Zeitpunkten zu berechnen. Bei der Verwendung von solchen Analogsimulatoren müssen zur Simulation des Netzwerks in der Regel zumindest für ein Teil der einzelnen Maschen des zu simulierenden Netzwerks nicht lineare Differentialgleichungen (DGL) aufgestellt werden, die zur Laufzeit des Simulators gelöst werden müssen. Beson ders schwierig ist das zu lösende Problem, wenn eine Kopp lung mehrer Maschen während der Berechnung einer bestimmten Masche berücksichtigt werden muß. Eine Lösung der Differen tialgleichungen zur Laufzeit kann beispielsweise durch nume rische Integration in verhältnismäßig kleinen Zeitschritten erfolgen. Diese Methode ist jedoch ausgesprochen rechenin tensiv. Eine Simulation ist daher für viele technische An wendungsfälle (z. B. die Simulation eines Schaltungsnetzwerks einer analogen Leistungselektronik für Kraftfahrzeuge) nicht in ausreichend kurzer Zeit durchführbar.It is known for the numerical simulation of analog electronic circuit networks simulation programs, such as SPICE, SABER etc. Aim this on Wed. executable simulation programs (simulators) is the state of the simulated analog circuit network to calculate work at times in the future. When using such analog simulators you have to Network simulation usually for at least one part of the individual meshes of the network to be simulated linear differential equations (DGL) are established, that have to be solved at runtime of the simulator. Beson it is difficult to solve the problem if a Kopp development of several stitches during the calculation of a certain one Mesh must be taken into account. A solution to the differences tial equations at runtime can be represented, for example, by nume integration in relatively small time steps respectively. However, this method is extremely computational intensive. For many technical reasons, a simulation is therefore necessary use cases (e.g. the simulation of a circuit network an analog power electronics for motor vehicles) not can be carried out in a sufficiently short time.
Zur Simulation von digitalen Netzwerken sind Simulationsver fahren bekannt, die nach dem Prinzip der schaltenden Niveaus (switch-level) arbeiten. Bei dieser Art der Simulation, wie sie beispielsweise in der Doktorarbeit "Piecewise Linear Mo dels for Switch-Level Simulation", Rusell Kao, Western Rese arch Laboratory, 250 University Avenue, Palo Alto, Califor nia, 94301 USA, September 1992, beschrieben ist, wird eine Aufteilung des zu simulierenden digitalen (Gesamt-)Netzwerks in kleinere, getrennt simulierbare Teilnetzwerke (Maschen) vorgenommen, die ein oder mehrere elektronische Bauelemente enthalten können.For the simulation of digital networks, simulation ver drive known on the principle of switching levels (switch-level) work. With this type of simulation, like for example in the doctoral thesis "Piecewise Linear Mo for switch-level simulation, "Rusell Kao, Western Rese arch Laboratory, 250 University Avenue, Palo Alto, Califor nia, 94301 USA, September 1992, is described Distribution of the digital (overall) network to be simulated into smaller, separately simulated subnetworks (meshes) made the one or more electronic components can contain.
Bekannte "Switch-Level"-Simulatoren sind jedoch zur Simula tion von analogen Schaltungen, insbesondere von Schaltungen, die Spulen enthalten, praktisch nicht ohne weiteres einsetz bar.Known "switch-level" simulators are for Simula tion of analog circuits, especially circuits, the coils contain, practically not easy to use bar.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Prinzip der "Switch-Level"-Simulation anzugeben, welches für analoge Schaltungen einsetzbar ist und im Vergleich zu bisher be kannten analogen Simulatoren mit einer verringerten Anzahl von Berechnungsschritten auskommt, ohne dabei den Grad der Übereinstimmung des Modells mit der zu simulierenden Schal tung so weit zu verringern, daß die gewünschten zu simulie renden Eigenschaften der Schaltung nicht mehr gesehen werden können.The object of the invention is a method according to the principle the "switch level" simulation, which is for analog Circuits can be used and compared to be knew analog simulators with a reduced number of calculation steps without losing the degree of Agreement of the model with the scarf to be simulated reduction so far that the desired to simulate properties of the circuit can no longer be seen can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah ren zur numerischen Simulation elektronischer Schaltungs netzwerke, insbesondere zur Simulation von Schaltungsnetzwerken in einer analogen Leistungselektronik für Kraftfahr zeuge, mittels eines Rechenwerks, bei dem das Schaltungs netzwerk in Teilnetzwerke oder elektrische Komponenten ein geteilt wird und jedes Teilnetzwerk oder elektrische Kompo nente getrennt simuliert wird, welches dadurch gekennzeich net ist, daß mindestens ein Teilnetzwerk oder eine elektri sche Komponente mittels einer oder mehrerer linearer oder nichtlinearer Differentialgleichungen simuliert wird, wobei die Differentialgleichungen explizit gelöst und parametri sierbar sind.This object is achieved according to the invention by a method for numerical simulation of electronic circuits networks, in particular for the simulation of circuit networks in an analog power electronics for motor vehicles witness, by means of an arithmetic unit, in which the circuit network in subnetworks or electrical components is shared and any subnetwork or electrical compo nente is simulated separately, which is characterized by it net is that at least a subnetwork or an electrical cal component by means of one or more linear or nonlinear differential equations is simulated, where the differential equations are explicitly solved and parametri are sizable.
Die im Verfahren nach der Erfindung verwendete Methode zur Berechnung einzelner Maschen und Knoten des Schaltungsnetz werks ähneln bis auf die hier näher dargestellten Unter schiede einem an sich bekannten Verfahren gemäß der Methode der "Switch-Level"-Simulation. Gemäß dem Verfahren der Er findung wird unter anderem zur Vereinfachung angenommen, daß bei der Berechnung des jeweiligen simulierten Teilnetzwerks während des Schaltens einer Spule bzw. eines Kondensators in der Regel genau ein treibender Pfad zu einer Strom/Spannungsquelle aktiv ist. Mit dieser vereinfachenden Annahme reduziert sich das Berechnungsproblem darauf, den Pfad von den Klemmen der zu modellierenden Komponente der weiter unten definierten Kategorie c) (Teilnetzwerk oder Komponente, die sich mit gelösten Differentialgleichungen simulieren läßt) zu der diese Komponente treibenden Strom/Spannungsquelle zu berechnen, sowie als Parameter die Spannung und den auf dem Pfad liegenden, minimalen Wider stand zu bestimmen. Hierdurch ergibt sich eine vollständige Verschiebung des Spannungspotentials von den einzelnen Kno ten des Netzwerks entweder auf ein hohes Potential (Pull up) oder auf ein Grund- bzw. Massepotential (Pull Down). The method used in the method according to the invention Calculation of individual meshes and nodes in the circuit network works are similar except for the sub-sections shown here divide a known method according to the method the "switch level" simulation. According to the Er To simplify matters, it is assumed that when calculating the respective simulated subnetwork during the switching of a coil or a capacitor in usually exactly a driving path to one Current / voltage source is active. With this simplistic Assumption reduces the calculation problem to that Path from the terminals of the component to be modeled Category c) defined below (subnetwork or Component dealing with solved differential equations simulates) to the one driving this component Calculate current / voltage source, and as a parameter the Tension and the minimal resistance lying on the path to determine. This results in a complete Shift of the voltage potential from the individual kno network either to a high potential (pull up) or to a ground or ground potential (pull down).
Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich im wesentlichen dadurch von bekannten "Switch-Level"- Simulationsverfahren, daß analoge Schaltungen simuliert wer den können und keine Gleichungssysteme zur Laufzeit aufge stellt und gelöst werden müssen.The described method according to the invention differs differs essentially from known "switch level" - Simulation process that simulates analog circuits that can and no systems of equations at runtime poses and must be solved.
Vorzugsweise erfolgt die Einteilung in Teilnetzwerke oder
elektrische Komponenten nach den Kategorien
The sub-networks or electrical components are preferably classified according to the categories
- a) Teilnetzwerk oder elektrische Komponente mit linearem Strom/Spannungsverlauf, insbesondere Strom/Spannungsversorgungsquellen oder Widerstände,a) Subnetwork or electrical component with a linear Current / voltage curve, in particular Current / voltage supply sources or resistors,
- b) aktives Teilnetzwerk oder elektrische Komponente mit nichtlinearem Strom/Spannungsverlauf, die sich abhängig vom externen Eingangszustand durch ein spezielles li neares Netzwerk simulieren lassen, insbesondere Transi storen, undb) active subnetwork or electrical component with nonlinear current / voltage curve, which is dependent from the external input state through a special li simulate the near network, especially Transi interfere, and
- c) Teilnetzwerk oder elektrische Komponente, die sich mit tels explizit gelösten linearen oder nichtlinearen und parametrisierbaren Differentialgleichungen simulieren lassen.c) Subnetwork or electrical component dealing with explicitly solved linear or nonlinear and Simulate parameterizable differential equations to let.
Geeignete Funktionen zur Berechnung des Strom/Spannungs- Verlaufs in einem Teilnetzwerk sind Lösungen von Differenti algleichungen, die das Teilnetzwerk beschreiben, wobei hier zu angenommen wird, daß das Teilnetzwerk von benachbarten Netzwerken entkoppelt ist. Weiterhin muß die gelöste Diffe rentialgleichung parametrisierbar sein. Eine Parametrisie rung kann vorzugsweise dadurch herbeigeführt werden, daß zu Berechnungszwecken angenommen wird, daß eine lineare Last an die entsprechende Komponente angeschlossen ist. Anders aus gedrückt bedeutet dies, daß in dem Simulationsmodell für das Teilnetzwerk oder die elektrische Komponente der Kategorie c) die Parameter der Differentialgleichung bestimmt werden, in dem angenommen wird, daß mit dem Teilnetzwerk oder der elektrischen Komponente ein oder mehrere lineare Netzwerke verbunden sind.Suitable functions for calculating the current / voltage History in a subnetwork are solutions from Differenti al equations that describe the subnetwork, where here it is assumed that the subnetwork is from neighboring Networks is decoupled. Furthermore, the solved diffe rial equation can be parameterized. A parametrisie tion can preferably be brought about by the fact that Calculation is assumed to be a linear load the corresponding component is connected. Different pressed this means that in the simulation model for the Subnetwork or the electrical component of the category c) the parameters of the differential equation are determined, in which it is assumed that with the subnetwork or electrical component one or more linear networks are connected.
Die Teilnetzwerke oder Komponenten der Kategorie c) sind beispielsweise Netzwerke aus Spulen und/oder Kondensatoren oder entsprechende einzelne Bauelemente. Gemeinsam mit einer externen ohmschen Last bilden die Komponenten c) dann soge nannte Einspeicher-Netzwerke oder Zweispeicher-Netzwerke.The subnetworks or components of category c) are for example networks of coils and / or capacitors or corresponding individual components. Together with one External resistive load then form the components c) called one-store networks or two-store networks.
Zum Berechnen einer Ausgabe verfügen die modellierten Teil netzwerke oder Komponenten der Kategorie c) vorzugsweise über Verfahrensschritte zur Berechnung einer parametrisier baren, explizit gelösten Differentialgleichung. Man erhält hierdurch einen modellierten Strom/Spannungsverlauf des zu modellierenden Teilnetzwerks. Zur Berechnung der Ausgabe ge mäß der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind zusätzliche weitere Verfahrensschritte enthalten, die zur Bestimmung der Parameter der Differentialgleichung aus dem an das modellierter Netzwerk bzw. an die modellierte Kompo nente angeschlossenen, linearen Netzwerk vorgesehen sind. Vorzugsweise werden daher im Simulationsmodell für Teilnetz werke oder elektrischer Komponenten der Kategorie c) die Pa rameter von zur Simulation verwendeter Differentialgleichun gen bestimmt, in dem ein oder mehrere mit dem Teilnetzwerk oder der elektrischen Komponente elektrisch verbundene li neare Netzwerke herangezogen werden.The modeled parts have to calculate an output networks or components of category c) preferably about procedural steps for calculating a parameterized clear, explicitly solved differential equation. You get hereby a modeled current / voltage curve of the modeling subnetwork. To calculate the output ge according to the preferred embodiment described here contain additional further process steps which are necessary for Determination of the parameters of the differential equation from the to the modeled network or to the modeled compo connected linear network are provided. Therefore, preferably in the simulation model for subnet works or electrical components of category c) the Pa parameters of differential equations used for simulation gene determined in which one or more with the subnetwork or the electrical component electrically connected li linear networks are used.
Die Bestimmung der Parameter erfolgt zweckmäßigerweise durch Berechnung oder durch Approximation der im linearen Netzwerk vorhandenen Parameter (z. B. der Parameter der ohmschen Last oder einer Zeitkonstanten). Die letztgenannte Berechnung der Parameter aus dem linearen Netzwerk erfolgt zweckmäßigerwei se vor der Berechnung der explizit gelösten Differential gleichung.The parameters are expediently determined by Calculation or by approximation of the in the linear network existing parameters (e.g. the parameter of the ohmic load or a time constant). The latter calculation of the Parameters from the linear network are expediently carried out se before calculating the explicitly solved differential equation.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung wird der Strompfad bzw. werden die Strompfade von den Klemmen des Teilnetzwerks oder der elektrischen Komponente der Kategorie c) zu dem/den Teilnetzwerk/en oder elektri sche/n Komponente/n der Kategorie a) berechnet. Dies kann beispielsweise mittels einem an sich bekannten Dijkstra- Algorithmus erfolgen.According to a further preferred embodiment of the inven the current path or the current paths of the Clamp the subnetwork or electrical component Category c) to the subnet (s) or electrical component (s) of category a) are calculated. This can for example by means of a dijkstra Algorithm.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung werden die Teilnetzwerke oder elektrischen Komponenten der Kategorie b) als Schaltelemente, z. B. modelliert durch Ron/Roff, idealisiert dargestellt.According to a further preferred embodiment of the inven tion, the sub-networks or electrical components of category b) as switching elements, for. B. modeled by R on / R off , idealized.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung erfolgt die Berechnung der Ausgabe eines neuen Zustands eines Teilnetzwerks oder einer Komponente unter der Voraus setzung, daß bis zum Zeitpunkt der Berechnung des neuen Zu stands die Parameter, die zum Zeitpunkt des vorherigen Zu stands ermittelt wurden, konstant bleiben. Hierdurch sind alle aktiven Teilnetzwerke oder Komponenten durch lineare Teilnetzwerke oder Komponenten modelliert. Der Zeitpunkt der durchzuführenden Berechnung ergibt sich dann durch ein ex ternes Ereignis oder dadurch, daß die Ausgabeparameter zu einem bestimmten Zeitpunkt abgerufen wird.According to a further preferred embodiment of the inven The calculation of the output of a new state takes place of a subnet or component under the advance setting that up to the time of calculation of the new addition the parameters that existed at the time of the previous levels have been determined, remain constant. This is all active subnetworks or components by linear Modeled subnetworks or components. The time of The calculation to be carried out then results from an ex ternes event or in that the output parameters to at a certain time.
Vorzugsweise werden mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren elektrische Netzwerke mit analogen Bauelementen für elektronische Bremssysteme (z. B. blockiergeschützte Bremsen wie ABS) oder Systeme zur Regelung der Fahrdynamik (z. B. Gierra tenregelungen wie ESP) in Kraftfahrzeugen simuliert.Preferably by means of the method according to the invention electrical networks with analog components for electronic Brake systems (e.g. anti-lock brakes such as ABS) or systems for regulating driving dynamics (e.g. Gierra regulations such as ESP) are simulated in motor vehicles.
Die Erfindung betrifft auch ein System zur Simulation eines elektrischen Schaltungsnetzwerks umfassend ein Rechenwerk, welches das vorstehend beschriebene Verfahren in Form eine Programms abarbeitet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Programm um eine Klassenbibliothek in einer objektorientier ten Programmiersprache, wie zum Beispiel C++.The invention also relates to a system for simulating a electrical circuit network comprising an arithmetic unit, which the process described above in the form of a Program. It is preferably the Program around a class library in an object-oriented th programming language, such as C ++.
Nachfolgend wird das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand eines Beispiels und den Figuren näher erläutert. Weitere be vorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der Figurenbe schreibung.The method according to the invention is described below an example and the figures explained in more detail. More be preferred embodiments result from the figure scription.
Es zeigenShow it
Fig. 1 ein Ersatzschaltbild einer Spule und des für die Spule sichtbaren linearen Netzwerks, Fig. 1 is an equivalent circuit diagram of a coil and the coil visible to the linear network,
Fig. 2 ein Beispielnetzwerk, welches nach dem Verfahren der Erfindung simuliert werden soll und Fig. 2 shows an example network which is to be simulated according to the method of the invention and
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Beschreibung des erfindungs gemäßen Verfahrens. Fig. 3 is a flow chart for describing the inventive method.
Zur Erstellung eines Simulationsmodells für die zu simulie
rende Schaltung wird, wie weiter unten an Hand von Fig. 2
näher beschrieben wird, zunächst eine Einteilung der Schal
tung in Teilnetze vorgenommen. Die Einteilung erfolgt nach
den Kategorien
To create a simulation model for the circuit to be simulated, as will be described in more detail below with reference to FIG. 2, the circuitry is first divided into subnetworks. The classification is based on the categories
- a) Strom/Spannungsversorgungsquellen oder Widerstände, welche die linearen Komponenten darstellen,a) current / voltage supply sources or resistors, which are the linear components,
- b) MOSFET-Transistoren, die als Schalter mit Ron/Roff model liert werden können, die als aktive elektrische Kompo nenten fungieren, undb) MOSFET transistors, which can be modeled as switches with R on / R off , which act as active electrical components, and
- c) Spulen, die eine bestimmte Induktivität und einen nich tidealen Widerstand aufweisen.c) Coils that have a specific inductance and a non have ideal resistance.
Die Simulation der einzelnen Teilnetzwerke kann beispiels weise durch eine Implementierung in der Programmiersprache C++ erfolgen.The simulation of the individual subnetworks can, for example wise through an implementation in the programming language C ++ done.
Zur Modellierung der Teilnetzwerke gemäß Kategorie c) wird entsprechend der Darstellung in Fig. 1 für eine Spule 1 die Annahme zugrundegelegt, daß diese lediglich mit einem Last widerstand R und einer Spannungsquelle U verbunden ist. Eine Beschreibung des Verfahrens zur Berechnung des Spulenstroms folgt weiter unten.To model the subnetworks according to category c), the assumption is based on the representation in Fig. 1 for a coil 1 that this is only connected to a load resistor R and a voltage source U. A description of the method for calculating the coil current follows below.
An Hand von Fig. 2 wird nun die Einteilung eines Beispiel
netzwerks 2 für eine analoge Leistungselektronik, welches
einen typischen Anwendungsfall in der Kraftfahrzeugelektro
nik darstellt, in Teilnetzwerke und die Simulation dieses
Netzwerks beschrieben. Das Netzwerk, von dem ausgegangen
wird, ist in Fig. 2a dargestellt. Es besteht aus einem er
sten MOSFET FET1, welcher ausgangsseitig mit dem Drain-
Kontakt D1 an eine Strom/Spannungsquelle Vcc und mit Source-
Kontakt S1 am Ausgang eines weiteren MOSFETs FET2 (Klemme
D2) sowie Spule 3 angeschlossen ist. Der zweite Ausgang des
weiteren MOSFET FET2 (Klemme S2) ist mit einem Bezugspoten
tial (Masse) verbunden. Wie bereits beschrieben, ist am Aus
gang des weiteren MOSFETs FET2 ist die zu treibende Spule 3
angeschlossen, welche insbesondere die Wicklung eines hy
draulischen Magnetventils für eine Fahrdynamik-Regelung in
Kraftfahrzeugen ist. Die Gates G1 und G2 können mit einer
nicht dargestellten logischen Schaltung verbunden sein.
Gemäß den Teilbildern b) und c) läßt sich das Verhalten der
MOSFETs FET1 und FET2 dadurch vereinfacht darstellen, indem
angenommen wird, daß jeder MOSFET lediglich zwei Schaltzu
stände hat. In Teilbild b) hat FET1 einen hohen Innenwider
stand ROff FET1 und FET2 einen niedrigen Innenwiderstand RON FET2,
so daß der Strom im wesentlichen nur über die Spule L und
den MOSFET FET2 fließt. Die Innenwiderstände der MOSFETs
sind idealisiert durch durchgezogene und gestrichelte Wider
standssymbole dargestellt. Im zweiten Zustand in Teilbild c)
ist MOSFET FET2 hochohmig und MOSFET FET1 niederohmig, so
daß die Spule L von der Spannungsquelle "getrieben" wird.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt zur Berech
nung des Stroms durch die Spule in Abhängigkeit von der Zeit
eine Aufteilung des Netzwerks in Fig. 2a) in die Teilnetz
werke gemäß der Einteilung nach Kategorien. Folgende Objekt-
Instanzen werden erzeugt:
Eine der Kategorie a): Spannungsquelle Vcc
Zwei der Kategorie b): MOSFETs FET1 und FET2
Eine der Kategorie c): Spule 1 The division of an example network 2 for analog power electronics, which represents a typical application in automotive electronics, into sub-networks and the simulation of this network will now be described with reference to FIG. 2. The network that is assumed is shown in Fig. 2a. It consists of a first MOSFET FET1, which is connected on the output side with the drain contact D1 to a current / voltage source V cc and with source contact S1 at the output of a further MOSFET FET2 (terminal D2) and coil 3 . The second output of the further MOSFET FET2 (terminal S2) is connected to a reference potential (ground). As already described, the coil 3 to be driven is connected to the output of the further MOSFET FET2 and is, in particular, the winding of a hy draulic solenoid valve for driving dynamics control in motor vehicles. The gates G1 and G2 can be connected to a logic circuit, not shown. According to the sub-images b) and c), the behavior of the MOSFETs FET1 and FET2 can be represented in a simplified manner by assuming that each MOSFET has only two switching states. In sub-picture b) FET1 has a high internal resistance R Off FET1 and FET2 a low internal resistance R ON FET2 , so that the current essentially flows only through the coil L and the MOSFET FET2. The internal resistances of the MOSFETs are idealized by solid and dashed against stand symbols. In the second state in sub-picture c), MOSFET FET2 has a high resistance and MOSFET FET1 has a low resistance, so that the coil L is "driven" by the voltage source. According to the method according to the invention, the network in FIG. 2a) is divided into the subnetworks according to the division into categories for calculating the current through the coil as a function of time. The following object instances are created:
One of the category a): voltage source Vcc
Two of category b): MOSFETs FET1 and FET2
One of the category c): Coil 1
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm für eine mögliche Implementie rung einer Objekt-Instanz in einer objektorientierten Pro grammiersprache mit einem Berechnungsverfahren zur Ermitt lung des Spulenstroms. Bei der Erzeugung der Objekte für je des Teilnetzwerk wird die Struktur des Schaltplans beibehal ten. Zunächst wird in einem ersten Schritt 31 das Unterpro gramm gestartet. Dabei werden an das Objekt die Parameter Widerstand R und Spannung U übergeben. In Schritt 32 wird geprüft, ob in Folge eines externen Ereignisses eine Parame teränderung in anderen Objekten stattgefunden hat. Dies kann beispielweise der Fall sein, wenn ein MOSFET in Fig. 2 wäh rend der Simulation durch die digitale Steuerung geschaltet wurde. Wenn eine Änderung festgestellt wurde, wird Schritt 33 ausgeführt. Haben sich die Parameter nicht geändert, wird das Unterprogramm durch Schritt 35 ohne eine Änderung der Parameter beendet. Fig. 3 shows a flowchart for a possible implementation of an object instance in an object-oriented programming language with a calculation method for determining the coil current. The structure of the circuit diagram is retained when generating the objects for each of the subnetworks. First, in a first step 31, the subroutine is started. The parameters resistance R and voltage U are transferred to the object. In step 32 it is checked whether a parameter change has taken place in other objects as a result of an external event. This can be the case, for example, if a MOSFET in FIG. 2 was switched by the digital controller during the simulation. If a change is found, step 33 is performed. If the parameters have not changed, the subroutine is ended by step 35 without changing the parameters.
Wenn die Abfrage in Schritt 32 positiv war, wird das Pro gramm in Schritt 33 fortgesetzt.If the query in step 32 was positive, the program continues in step 33 .
In Schritt 33 wird ein Algorithmus zur Suche des mit der Spule verbundenen Strompfades mit dem geringsten Widerstand ausgeführt. Der Pfad mit dem geringsten Widerstand zur Spule läßt sich beispielweise durch den an sich bekannten Di jkstra-Algorithmus auffinden. Nach dem Dijkstra-Algorithmus wird zunächst der kürzeste Weg von eine Klemme der Spule zu einer treibenden Spannungsquelle gesucht (Lösung des soge nannten "Single-Source Shortest-Path"-Problem).In step 33 , an algorithm for searching the current path with the least resistance connected to the coil is executed. The path with the least resistance to the coil can be found, for example, by the known Di jkstra algorithm. According to the Dijkstra algorithm, the shortest route from a terminal of the coil to a driving voltage source is first sought (solution of the so-called "single-source shortest path" problem).
In Abhängigkeit vom Ergebnis der Suche werden die Parameter Rload und U näherungsweise festgelegt. Dies ist möglich, da gemäß der Erfindung angenommen werden kann, daß das Spulen netzwerk an ein lineares Netzwerk angeschlossen ist und in der zu simulierenden Netzwerkkategorie eine Klemme immer von genau einer Spannungsquelle getrieben wird, wobei zu dieser Spannungsquelle ein niederohmiger Pfad existiert. Die ge suchte Spannung U ist dann durch Bildung der Summe der Po tentiale an den Klemmen der Spule zu bestimmen. Der Lastwi derstand Rload ergibt sich als Summe der Widerstände des ge fundenen Pfads zuzüglich des Widerstands der Spule. Depending on the result of the search, the parameters R load and U are approximately determined. This is possible because, according to the invention, it can be assumed that the coil network is connected to a linear network and that in the network category to be simulated a terminal is always driven by exactly one voltage source, with a low-impedance path to this voltage source. The sought voltage U is then determined by forming the sum of the potentials at the terminals of the coil. The load resistance R load is the sum of the resistances of the path found plus the resistance of the coil.
Im letzten Schritt 34 wird der aktuelle Spulenstrom berech
net:
In the last step 34 , the current coil current is calculated:
I: = Ilim - ((Ilim - I)e-(t-told)/ τ
I: = I lim - ((I lim - I) e - (t-told) / τ
τ: = Ll/Rl
τ: = L l / R l
Ilim: = Ul/Rl I lim : = U l / R l
In den Gleichungen steht I für den Strom durch die Spule 1, t für die simulierte Zeit, told für den Zeitpunkt der im Schritt zuvor durchgeführten Berechnung. Als Übergabeparame ter an das Unterprogramm werden die Variablen t und told verwendet. Das Ergebnis der Berechnung wird dann in den Va riablen I, t und Ilim an das Hauptprogramm bzw. die das Un terprogramm aufrufende Funktion zurückgegeben.In the equations, I stands for the current through the coil 1 , t for the simulated time, t old for the time of the calculation carried out in the previous step. The variables t and t old are used as transfer parameters to the subroutine. The result of the calculation is then returned in variables I, t and I lim to the main program or the function calling the subroutine.
Das vorstehend beschriebene Beispiel zeigt, daß nach dem Verfahren der Erfindung auf das Aufstellen und Lösen einer Differentialgleichung zur Laufzeit, wie es bei an sich be kannten Verfahren erforderlich ist, verzichtet werden kann. Weiterhin kann der Strom in der Spule ohne eine numerische Integration berechnet werden, wodurch eine Vielzahl von Re chenschritten eingespart werden.The example described above shows that after the Method of the invention on setting up and releasing a Differential equation at runtime, as it be known process is required, can be dispensed with. Furthermore, the current in the coil can be without a numerical Integration can be calculated, creating a variety of re steps can be saved.
Claims (8)
- a) Teilnetzwerk oder elektrische Komponente mit linearem Strom/Spannungsverlauf, insbesondere Strom/Spannungsversorgungsquellen oder Widerstände,
- b) aktives Teilnetzwerk oder elektrische Komponente mit nichtlinearem Strom/Spannungsverlauf, die sich abhängig vom externen Eingangszustand durch ein spezielles li neares Netzwerk simulieren lassen, insbesondere Transi storen, und
- c) Teilnetzwerk oder elektrische Komponente, die sich mit tels explizit gelösten linearen oder nichtlinearen und parametrisierbaren Differentialgleichungen simulieren lassen,
- a) subnetwork or electrical component with a linear current / voltage profile, in particular current / voltage supply sources or resistors,
- b) active sub-network or electrical component with non-linear current / voltage curve, which can be simulated depending on the external input state by a special linear network, in particular transistors, and
- c) subnetwork or electrical component that can be simulated using explicitly solved linear or nonlinear and parameterizable differential equations,
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