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电力电子整流逆变MatLab仿真.pdf
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MATLAB
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1
前言
MATLAB 的简介
MATLAB是一种适用于工程应用的各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件,由美国
Mathworks 公司于 1984 年正式推出,1988 年退出 3.X(DOS)版本,19992 年推出 4.X(Windows)
版本; 19997 年腿 5.1 (Windows)版本, 2000 年下半年, Mathworks 公司推出了他们的最新
产品 MATLAB6.0(R12)试用版,并于 2001 年初推出了正式版。随着版本的升级,内容不断
扩充,功能更加强大。近几年来, Mathworks 公司将推出 MATLAB语言运用于系统仿真和实
时运行等方面,取得了很多成绩,更扩大了它的应用前景。 MATLAB 已成为美国和其他发达
国家大学教学和科学研究中最常见而且必不可少的工具。
MATLAB是“矩阵实验室” (Matrix Laboratory )的缩写,它是一种以矩阵运算为基础
的交互式程序语言,着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。在 MATLAB中,每个变量
代表一个矩阵, 可以有 n*m 个元素, 每个元素都被看做复数摸索有的运算都对矩阵和复数有
效,输入算式立即可得结果,无需编译。 MATLAB 强大而简易的做图功能,能根据输入数据
自动确定坐标绘图,能自定义多种坐标系(极坐标系、对数坐标系等) ,讷讷感绘制三维坐
标中的曲线和曲面,可设置不同的颜色、线形、视角等。如果数据齐全, MATLAB 通常只需
要一条命令即可做图,功能丰富,可扩展性强。 MATLAB 软件包括基本部分和专业扩展部分,
基本部分包括矩阵的运算和各种变换、 代数和超越方程的求解、 数据处理和傅立叶变换及数
值积分风,可以满足大学理工科学生的计算需要,扩展部分称为工具箱,它实际上使用
MATLAB的基本语句编成的各种子程序集,用于解决某一方面的问题,或实现某一类的新算
法。现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波
分析等多种工具箱,并且向公式推倒、系统仿真和实时运行等领域发展。 MATLAB 语言的难
点是函数较多,仅基本部分就有七百多个,其中常用的有二三百个。
MATLAB在国内外的大学中,特别是数值计算应用最广的电气信息类学科中,已成为每
个学生都应该掌握的工具。 MATLAB 大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。
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SIMULINK 仿真工具简介
SIMULINK 是 Mathworks 公司开发的 MATLAB 仿真工具之一 ,其主要功能是实现动
态系统建模﹑仿真与分析 . SIMULINK 支持线性系统仿真和非线性系统仿真 ;可以进行连续
系统仿真 ,也可以进行离散系统仿真 ,或者两者混合的系统仿真 ;同时也支持具有多种采样速
率的采样系统仿真 .利用 SIMULINK 对系统进行仿真与分析 ,可以对系统进行适当的实时修
正或者按照仿真的最佳效果来调试及确定控制系统的参数 ,以提高系统的性能 ,减少设计系统
过程中反复修改时间 ,从而实现高效率地开发实际系统的目标 .
SIMULINK 最早出现在 MATLAB4.0 版的核心执行文件中 .在 MATLAB4.2 版以后 ,
SIMULINK 则以 MATLAB 的工具 包形式 出现 , 需要 单 独 安 装 .在 MATLAB5.0 版中 ,
SIMULINK 为 2.0 版,在 MATLAB5.3 版中 , SIMULINK 升级为 3.0 版,而在 MATLAB6.1 版中 ,
SIMULINK 则升级为 4.1 版.本书只对 SIMULINK4.1 版进行介绍 .
SIMULINK4.1 版是用来建模﹑分析和仿真各种动态系统的交互环境 ,包括连续系统﹑
离散系统和混杂系统 . SIMULINK 提供了采用鼠标拖动的方法建立系统框图模型的图形交互
界面 .
SIMULINK 提供了大量的功能模块以方便拥护快速地建立系统模型 . 建模时只需要
使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来 .使用者可以通过将模块组成字子系统来建
立多级模型 . SIMULINK 对模块和连接的数目没有限制 . SIMULINK 还支持 Stateflow,用来仿
真事件驱动过程 .
SIMULINK 框图提供了交互性很强的非线性仿真环境 ,可以通过下拉菜单执行仿真 ,或
使用命令进行批处理 .仿真结果可以在运行的同时通过示波器或图形窗口显示 .
SIMULINK 的开放式结构允许用户扩展仿真环境的功能 .如用 MATLA B﹑FORTRAN和
C代码生成自定义块库 , 并拥有自己的图标和界面 , 或者将用户原来由 FORTRAN或 C语言编写
的代码连接起来 .
由于 SIMULINK 可以直接利用 MATLAB 的数学﹑图形和编程功能 ,用户可以直接在
SIMULINK 下完成数据分析﹑优化参数等工作 .工具箱提供的高级的设计和分析能力可以通
过 SIMULINK 的屏蔽手段在仿真过程中执行 . SIMULINK 的模型库可以通过专用元件集进
一步扩展
MATLAB6.5.1 有两张光盘,其中第二张帮助文件,把第一张碟放进光驱,系统会自动
进入安装程序。在安装过程只要输入用户名称、公司及产品注册码等。安装完之后,在
Windows 桌面上会自动生成 MATLAB 的快捷方式图标。
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实验一 电力电子器件
仿真过程:
首先点击桌面的 MATLAB 图标,进入 MATLAB 环境,点击工具栏中的 Simulink 选项
。进入我们所需的仿真环境,如图 1.1 所示。点击 File/New/Model 新建一个仿真平台。
这时我们可以在上一步 Simulink 环境中拉我们所需的元件到 Model 平台中,具体做法是点
击左边的器件分类,这里我们一般只用到 Simulink 跟 SimPowerSystems 两个,分别在他们
的下拉选项中找到我们所需的器件, 用鼠标左键点击所需的元件不放, 然后直接拉到 Model
平台中。
图 1.1
实验一的具体过程:
第一步:我们首先按照之前的方法打开仿真环境新建一个仿真平台,现在我们先仿真新
器件 GTO 的工作原理,按照下表,根据表中的路径找到我们所需的器件跟连接器。
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元件名称 提取路径
触发脉冲 Simulink/Sources/Pulse Generator
电源 Sim Power Systems/Electrical Sources/
DC Voltage Source
接地端子 Simulink/Sinks/Scope
示波器 Sim Power Systems/Elements/Ground
信号分解器 Simulink/Signal Routing/Demux
电压表 Sim Power Systems/Measurements/ Voltage Measurement
电流表 Sim Power Systems/Measurements/
Current Measurement
负载 RLC Sim Power Systems/Elements/
Series RLC Branch
GTO 器件 Sim Power Systems/Power Electronics/
Gto
提取出来的器件模型如图 1.2 所示:
图 1.2
第二步, 元件的复制跟粘贴。 有时候相同的模块在仿真中需要多次用到, 这时按照我们常规
的方法可以进行复制跟粘贴, 可以用一个虚线框复制整个仿真模型。 还有一个常用方便的方
法是在选中模块的同时按下 Ctrl 键拖拉鼠标,选中的模块上会出现一个小“ +”好,继续按
住鼠标和 Ctrl 键不动,移动鼠标就可以将模块拖拉到模型的其他地方复制出一个相同的模
块,同时该模块名后会自动加“ 1”,因为在同一仿真模型中,不允许出现两个名字相同的模
块。
第三步, 我们把元件的位置调整好, 准备进行连接线, 具体做法是移动鼠标到一个器件
的连接点上,会出现一个“十字”形的光标,按住鼠标左键不放,一直到你所要连接另一个
器件的连接点上,放开左键,这样线就连好了,如果想要连接分支线,可以要在需要分支的
地方按住 Ctrl 键,然后按住鼠标左键就可以拉出一根分支线了。
在连接示波器时会发现示波器只有一个接线端子, 这时可以参照下面示波器的参数调整的方
法进行增加端子。 在调整元件位置的时候, 有时你会遇到有些元件需要改变方向才更方便于
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连接线,这时可以选中要改变方向的模块,使用 Format 菜单下的 Flip block 和 Rotate block
两条命令,前者改变水平方向,后者做 90 度旋转,也可以用 Ctrl+R 来做 90 度旋转。同时
双击模块旁的文字可以改变模块名。然后单击菜单栏中的 Edit/Signal Properties 命令来刷新
模型。模块的颜色也可以在激活模块后,点击右键,在 background color 中选择自己喜欢的
颜色。
连接好的电路图如图 1.3 所示。
图 1.3
第四步, 模块的参数设置。 设者模型参数是保证仿真准确和顺利的重要一步, 有些参数
是由仿真任务规定的, 如本例仿真中的电源电压与电阻值等, 有些参数是需要通过仿真来确
定的。 设置模型参数可以双击模块图标弹出参数设置对话框, 然后按框中提示输入, 若有不
清楚的地方可以借助帮助来看相关功能。本例中,参数设置如下:
1. 脉冲发生器的参数设置。双击脉冲发生器,会弹出一个对话框,改变需要的参数后
如图 1.4 所示 。其中参数行中从第一个开始分别为 振幅、 周期 、脉宽、 控制角
(延迟时间)
控制角 a 的设置按照 t=aT/360
图 1.4
2. 打开电源设置对话框,我们这里设置电源为 220V,直接在参数行输入数字即可。
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jishuyh
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