Modified Nodal Analysis Simulator in Time Domain (only in portuguese)
A ideia do MNA é ser um simulador que analise circuitos no domínio do tempo, contendo elementos lineares e não lineares, usando análise nodal modificada e o método dos trapézios junto com o método de Newton-Raphson.
O programa suporta os seguintes elementos:
- Fontes de corrente e de tensão independentes
- Resistores, capacitores e indutores
- As quatro fontes controladas
- Amplificadores operacionais ideais, com 4 terminais
- Transformadores ideais
- Resistores lineares por partes
- Chave resistiva
- Diodos ideais (TODO)
- Chaves ideais (TODO)
O programa recebe um netlist descrevendo o circuito e os parâmetros da simulação, e inicializa a análise com o cálculo do ponto de operação em t=0. Após o ponto de operação, é feita a análise usando o tempo total e o tamanho do passo (definido no netlist). Os resultados são salvos em um arquivo no mesmo diretório do arquivo de entrada, com o mesmo nome do arquivo de entrada, acrescido do timestamp do horário do início da simulação e da extenso .tsv (ex: testes/RLC.net.1487022829.tsv para o arquivo de entrada testes/RLC.net).
A primeira linha do arquivo de resultado contem a descrição das colunas, por exemplo: t 1 2 3 jL0300 jC0103 jV0200.
Esse programa está em desenvolvimento e foi baseado no programa MNA1 do Professor Carlos Moreirão, disponível em: http://www.coe.ufrj.br/~acmq/cursos/mna1.zip
O programa foi desenvolvido em ambiente *NIX. Para compilar ele, basta executar:
$ g++ MNA_TD.C utils.c netlist.c
Basta executar o arquivo:
./a.out
A seguinte tela será mostrada:
Programa demonstrativo de analise nodal modificada
Por Antonio Carlos M. de Queiroz - acmq@coe.ufrj.br
Versao 1.0j - 26/11/2015
Nome do arquivo com o netlist (ex: mna.net):
Basta preencher o caminho do arquivo:
Programa demonstrativo de analise nodal modificada
Por Antonio Carlos M. de Queiroz - acmq@coe.ufrj.br
Versao 1.0j - 26/11/2015
Nome do arquivo com o netlist (ex: mna.net): testes/fonte_senoidal.net
Após o início do programa, ele produzirá as seguintes mensagens:
Arquivo do netlist aberto com sucesso.
Titulo (primeira linha): FONTE SENOIDAL
Dados sendo armazenados em: testes/fonte_senoidal.net.1512847996.tsv
O programa consegue ler alguns tipos de comentários no netlist de maneira a fornecer uma saída mais detalhada de sua execução. A seguir listamos os comentários que podem ser utilizados (eles podem ser utilizados ao mesmo tempo):
- PRINT_NETLIST: Imprime o netlist durante a execução do programa
Comentario:"* PRINT_NETLIST
"
V0100 1 0 0 S
R0200 1 0 1
- PRINT_INTERMEDIATE_MATRIX: Imprime as metrizes intermediárias durante a execução do programa
Comentario:"* PRINT_INTERMEDIATE_MATRIX
"
Dados sendo armazenados em: testes/fonte_senoidal.net.1512848131.tsv
Sistema apos a estampa de V0100
... +1.0 ...
-1.0 ... ...
Sistema apos a estampa de R0200
+1.0 +1.0 ...
-1.0 ... ...
Sistema apos a estampa de V0100
... +1.0 ...
-1.0 ... ...
Sistema apos a estampa de R0200
+1.0 +1.0 ...
-1.0 ... ...
[...]
- PRINT_INTERNAL_NETLIST: Imprime o netlist interno do programa
Comentario:"* PRINT_INTERNAL_NETLIST
"
Netlist interno final
V0100 1 0 0
Corrente jx: 2
R0200 1 0 1
- PRINT_FINAL_MATRIX: Imprime o sistema resolvido para cada passo
Comentario:"* PRINT_FINAL_MATRIX
"
Dados sendo armazenados em: testes/fonte_senoidal.net.1512848278.tsv
Sistema resolvido:
+1.0 ... ...
... +1.0 ...
Sistema resolvido:
+1.0 ... +0.0
... +1.0 -0.0
Sistema resolvido:
+1.0 ... +0.0
... +1.0 -0.0
Sistema resolvido:
+1.0 ... +0.0
... +1.0 -0.0
[...]
- PRINT_INTERNAL_VARIABLES: Imprime as variáveis internas usadas no programa
Comentario:"* PRINT_INTERNAL_VARIABLES
"
Variaveis internas:
0 -> 0
1 -> 1
2 -> jV0100
- PRINT_RESUME: Imprime um resumo sobre o sistema de equações
Comentario:"* PRINT_RESUME
"
O circuito tem 1 nos, 2 variaveis e 2 elementos
Dados sendo armazenados em: testes/fonte_senoidal.net.1512847980.tsv
- PRINT_SOLUTION: Imprime a solução do sistema para cada passo
Comentario:"* PRINT_SOLUTION
"
Dados sendo armazenados em: testes/fonte_senoidal.net.1512848386.tsv
t 1 jV0100
0 0 -0
0.001 0.00628314 -0.00628314
0.002 0.012566 -0.012566
0.003 0.0188484 -0.0188484
0.004 0.0251301 -0.0251301
0.005 0.0314108 -0.0314108
0.006 0.0376902 -0.0376902
0.007 0.0439681 -0.0439681
0.008 0.0502443 -0.0502443
0.009 0.0565185 -0.0565185
0.01 0.0627905 -0.0627905
0.011 0.06906 -0.06906
[...]
- PRINT_ANALYSIS_DATA: Imprime os dados de análise fornecidos pelo netlist
Comentario:"* PRINT_ANALYSIS_DATA
"
Parametros da analise no tempo:
Tipo: TRAP
Tempo Final: 7.000000
Passo: 0.001000
Passos por ponto na tabela: 1.000000
Os comentários mais recomendados são:
* PRINT_RESUME
* PRINT_ANALYSIS_DATA
* PRINT_NETLIST
* PRINT_INTERNAL_NETLIST
* PRINT_INTERNAL_VARIABLES
Na execução de um netlist, eles fornecem os seguintes dados:
Nome do arquivo com o netlist (ex: mna.net): testes/fonte_senoidal.net
Arquivo do netlist aberto com sucesso.
Titulo (primeira linha): FONTE SENOIDAL
Comentario:"* PRINT_RESUME
"
Comentario:"* PRINT_ANALYSIS_DATA
"
Comentario:"* PRINT_NETLIST
"
Comentario:"* PRINT_INTERNAL_NETLIST
"
Comentario:"* PRINT_INTERNAL_VARIABLES
"
V0100 1 0 0 S
R0200 1 0 1
Parametros da analise no tempo:
Tipo: TRAP
Tempo Final: 7.000000
Passo: 0.001000
Passos por ponto na tabela: 1.000000
Variaveis internas:
0 -> 0
1 -> 1
2 -> jV0100
Netlist interno final
V0100 1 0 0
Corrente jx: 2
R0200 1 0 1
O circuito tem 1 nos, 2 variaveis e 2 elementos
Dados sendo armazenados em: testes/fonte_senoidal.net.1512848640.tsv
É possível gerar gráficos a partir dos exemplos fornecidos usando o gnuplot. Para isso basta utilizar os arquivos .plot fornecidos, editando os nomes dos arquivos .tsv dentro deles.
A execução é conforme o exemplo a seguir:
$ gnuplot -c testes/fonte_senoidal.plot
Dependendo do número de pontos, a execução pode demorar alguns minutos. No exemplo acima, demora cerca de 35 segundos.