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matlab电力电子仿真教程.pdf
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MATLAB
在电力电子技术中的应用
目录
MATLAB 在电力电子技术中的应用 ........................................................................................... 1
MATLAB in power electronics application .................................................................................... 2
目录 ................................................................................................................................................ 4
1 绪论 ............................................................................................................................................. 6
1.1 关于 MATLAB 软件 ........................................................................................................ 6
1.1.1 MATLAB 软件是什么 .......................................................................................... 6
1.1.2 MATLAB 软件的特点和基本操作窗口 .............................................................. 7
1.1.3 MATLAB 软件的基本操作方法 ........................................................................ 10
1. 2 电力电子技术 ................................................................................................................ 12
1.3 MATLAB 和电力电子技术 ........................................................................................... 13
1.4 本文完成的主要内容 .................................................................................................... 14
2 MATLAB 软件在电路中的应用 .............................................................................................. 15
2.1 基本电气元件 ................................................................................................................ 15
2.1.1 基本电气元件简介 ............................................................................................. 15
2.1.2 如何调用基本电器元件功能模块 ..................................................................... 17
2.2 如何简化电路的仿真模型 ............................................................................................ 19
2.3 基本电路设计方法 ........................................................................................................ 19
2.3.1 电源功能模块 ..................................................................................................... 19
2.3.2 典型电路设计方法 ............................................................................................. 20
2.4 常用电路设计法 ............................................................................................................ 21
2.4.1ELEMENTS 模块库 ............................................................................................ 21
2.4.2POWER ELECTRONICS 模块库 ....................................................................... 22
2.5 MATLAB 中电路的数学描述法 ................................................................................... 22
3 电力电子变流的仿真 ............................................................................................................... 25
3.1 实验的意义 .................................................................................................................... 25
3.2 交流 - 直流变流器 .......................................................................................................... 25
2
3.2.1 单相桥式全控整流电路仿真 ............................................................................ 26
3.2.2 三相桥式全控整流电路仿真 ............................................................................ 3 8
3. 3 三相交流调压器 ........................................................................................................... 53
3. 3 .1 无中线星形联结三相交流调压器 .................................................................... 53
3. 3 . 2 支路控制三角形联结三相交流调压器 ............................................................ 59
3. 4 交流 - 交流变频电路仿真 ............................................................................................... 64
3. 5 矩阵式整流器的仿真 .................................................................................................... 67
3
1 绪论
1.1 关于 MATLAB 软件
作为当今世界最流行的第四代计算机语言,
MATLAB
软件语言系统 , 由
于它在科学计算,网络控制,系统建模与仿真,数据分析,自动控制,图形
图像处理航天航空,生物医学,物理学,通信系统,
DSP
处理系统,财务,
电子商务,等不同领域的广泛应用以及它自身所具备的独特优势,目前
MATLAB
已备受许多科研领域的青睐与关注。
1.1.1 MATLAB 软件是什么
MATLAB 软件是由美国公司 MATH WORKS 公司推出的用于数值计算和
图形处理的科学计算系统。 MATLAB 的英文是 MATRIX LABORATORY( 矩阵
实验室 ) 的缩写,被誉为 “ 巨人肩膀上的工具 ” 。由于使用 MATLAB 编程运算
与人进行科学计算的思路和表达方式一直,所以不像学习其他高级语言那样难
于掌握 , 用 MATLAB 编写程序有如在演算纸上排列出公式与求解问题 。 在这个
环境下对所要求解的问题,用户只需要简单的列出数学表达式,其结果便以数
值或者图形方式显示出来。
最早开发 MATLAB 软件的目的就是帮助学校的老师和学生更好的授课和
学习 。 从 MATLAB 诞生开始 , 由于其高度的继承性和应用的方便性 , 在高校中
得到了广泛的应用与推广。由于它能非常快的实现科研人员的设想,极大的节
约了科研人员的时间,受到了大多科研人员的重视与青睐。它可以很方便地设
计出漂亮的界面 , 例如它像 VB 一样可以设计出漂亮的用户接口 , 同时因为它还
4
具有最丰富的函数库 , 极易实现计算功能 。 另外
MATLAB
和其他高级语言也具
有良好的接口,可以很方便地与其他语言实现混合编程,这都进一步拓宽了它
的应用范围和使用领域。
在美国的一些大学里 ,
MATLAB
软件正成为对数值 , 线性代数以及其他一
些高等应用数学课程的辅助教学的有力工具 ; 在工程技术界 ,
MATLAB
也被用
来构建与分析一些实际课程的数学模型,其典型的应用包括数值计算,算法预
测与验证,以及一些特殊矩阵的计算应用,如自动控制理论,统计,数字信号
处理,图像处理,系统辨识和神经网络等。它包括了被称为工具箱的各类应用
问题的解求工具。工具箱实际上是对
MATLAB
软件进行扩展应用的一系列
MATLAB
函数,它可以用来求解许多科学门类数据处理与分析问题
1.1.2 MATLAB 软件的特点和基本操作窗口
在 MATLAB 环境下用户可以方便的进行程序设计,数值计算。图形绘制
,
输入输出 , 文件管理等各项操作 。 MATLAB 提供了一个人机交互的数学系统环
境,该系统的基本数据是矩阵,在生成矩阵对象时不要求做明确的维数说明。
与利用 C 语言和 FORTRAN 语言作数值计算的程序设计相比利用 MATLAB 软件
可以大量节省编程时间。它具有以下特色:
强大的数值和符号计算功能,计算功能强大,符号数值的各种形式和规模
的计算都能完成,强大的矩阵运算能力以及稀疏矩阵的处理能力可以解决大型
文体 。 MATLAB 的数值计算功能包括矩阵运算 , 多项式和有理分式计算 , 数据
系统分析,数值积分,优化处理等。
简单易学的语言 。 MATLAB 除了命令行的交互式操作以外 , 还可以程序方
式工作,使用 MATLAB 可以很容易的实现 C 或 FORTRAN 语言的全部功能,包
5
括
WINDOWS
图形用户界面的设计 , 并且编程语言简单易学 。
MATLAB
程序可
扩展性强,用户可编辑自己的工具箱。
强大的图形功能 。
MATLAB
提供了两个层次的图形命令语句 : 一种是对图
形进行低级通行出的命令语句;另一种是建立在低级图形命令之上的高级图形
命令 。 利用
MATLAB
的高级图形命令可以轻易地绘制二维 , 三维乃至四维图形
,
可以进行图形和坐标的表示,视角和光照设计,色彩精细控制等等。
独具特色的应用工具箱 。
MATLAB
应用工具箱分为基本工具箱 , 通用工具
箱,专业工具箱。基本工具箱中有数百个内部函数,是其最核心的部分。通用
工具箱主要用来扩充其符号计算功能,可视建模仿真功能及文字处理功能等。
专业工具箱的专业性比较强,如控制系统电力系统,信号处理,神经网络,最
优化 , 金融等工具箱 , 用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究 。
MATLAB
软件的常用窗口简介。
命令窗口(
COMMAND WINDOWS
)命令窗口是
MATLAB
软件最基本的
窗口 。 缺省情况下位于
MATLAB
桌面的右侧 。 该窗口时运行各种
MATLAB
命令
的最主要窗口。在该窗口内,可以以键入各种
MATLAB
命令,函数,表达式
,
并显示除图形形式外的运算结果。
历史命令窗口 (
COMMAND HISTORY
) 。 历史命令窗口位于
MATLAB
操
作桌面的左下侧 。 历史命令窗口记录用户在
MATLAB
命令窗口输入过的所有命
令行 。 历史命令窗口可以用于单行或者多行命令的复制和运行 , 生成
M
文件等
。
使用方法如下。
左键选中单行或者多行命令,鼠标右键激活菜单单项,菜单单项中包括
COPY,EVALUATE SELECTION
和
CREATE M FILE
命令语句,以及删除等命
令。历史命令窗口也可以切换成独立窗口和嵌入窗口。
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