基于MATLAB的電力電子技術(shù)仿真分析

1、PAGE PAGE 44電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 基于MATLAB的電力電子技術(shù) 仿真分析 院 （系）： 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2014年1月13日至2014年1月17日華中科技大學(xué)武昌分校電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)（調(diào)查報(bào)告/論文）題目基于MATLAB的電力電子技術(shù)仿真分析二、設(shè)計(jì)（調(diào)查報(bào)告/論文）主要內(nèi)容1.晶閘管的仿真模型及以單相半波整流器為例，說明晶閘管元件應(yīng)用系統(tǒng)的建模與仿真方法。2.晶閘管三相橋式整流帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真。3.絕緣柵雙極型晶體管元件的仿真模型及一個(gè)由IGBT元件組成的Boost變

2、換器的建模與仿真。4.相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真。三、原始資料MATLAB仿真軟件四、要求的設(shè)計(jì)（調(diào)查/論文）成果編寫詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明書（附上本次設(shè)計(jì)心得體會(huì)） 說明書中完成相應(yīng)系統(tǒng)模型的建模、參數(shù)設(shè)置及仿真調(diào)試，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。1.晶閘管的仿真模型、參數(shù)設(shè)定方法、以單相半波整流器為例說明晶閘管元件應(yīng)用系統(tǒng)的建模與仿真方法，記錄相應(yīng)波形。2.晶閘管三相橋式整流帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模過程與仿真調(diào)試，記錄波形。3.絕緣柵雙極型晶體管元件的仿真模型、參數(shù)設(shè)定方法、及由IGBT元件組成的Boost變換器的建模與仿真，記錄波形。4.相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)

3、載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真，記錄波形。以上4個(gè)類型的仿真過程中皆需包含具體電路形式，工作過程分析，在MATLAB中的建模，各組成環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置過程，仿真波形，波形分析。五、進(jìn)程安排1. 下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書，講解設(shè)計(jì)要求、進(jìn)度安排、指導(dǎo)時(shí)間、注意事項(xiàng)等，提供參考資料。（0.5天）2. 學(xué)習(xí)并熟練MATLAB Simulink/Power System 工具箱等相關(guān)內(nèi)容（1.5天）3. 典型電力電子器件的仿真模型建模及仿真實(shí)例（0.5天）；4. 典型電力電子變換器的應(yīng)用仿真。（1天）5. 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（0.5天）6. 答辯。（1天）六、主要參考資料1 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)（第五版）.北京：機(jī)械

4、工業(yè)出版社，2010.2 周淵深. 電力電子技術(shù)與MATLAB仿真.北京：中國電力出版社, 2005.3 林飛,杜欣. 電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真.北京：中國電力出版社,2009.4 洪乃剛. 電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.指導(dǎo)教師（簽名）：20 年 月 日課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表成績?cè)u(píng)定項(xiàng) 目比例得 分平時(shí)成績（百分制記分）30%業(yè)務(wù)考核成績（百分制記分）70%總評(píng)成績（百分制記分）100%評(píng)定等級(jí)優(yōu) 良 中 及格 不及格指導(dǎo)教師（簽名）：20 年 月 日目錄1課程設(shè)計(jì)目的12課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容13課程設(shè)計(jì)題目描述與要求13.1課程設(shè)計(jì)題目描述13.2

5、課程設(shè)計(jì)要求24 各電路的建模與仿真24.1單相半波可控整流器24.2晶閘管三相橋式整流電路94.3Boost變換器164.4相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器 195課程設(shè)計(jì)總結(jié)221 課程設(shè)計(jì)目的通過電力電子計(jì)術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：（1）培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料；（2）培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；（3）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力；（4）提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平；（5）提高學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)測試、研究分析和完善設(shè)計(jì)的水平。2 課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容（1）晶閘管的仿真模型及以單相半波整流器為例，說明晶閘管元件應(yīng)用系統(tǒng)的

6、建模與仿真方法。（2）晶閘管三相橋式整流帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真。（3）絕緣柵雙極型晶體管元件的仿真模型及一個(gè)由IGBT元件組成的Boost變換器的建模與仿真。（4）相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真。3 課程設(shè)計(jì)題目描述與要求3.1課程設(shè)計(jì)題目描述本次課程設(shè)計(jì)包含了六個(gè)內(nèi)容的建模與仿真：1晶閘管的仿真模型及以單相半波整流器為例，說明晶閘管元件應(yīng)用系統(tǒng)的建模與仿真方法；2晶閘管三相橋式整流系統(tǒng)的建模與仿真；3. 可關(guān)斷晶閘管的仿真模型及以可關(guān)斷晶閘管元件組成的Buck變換器為例的仿真過程；4絕緣柵雙極型晶體管元件的仿真模型及一個(gè)由IGBT元件組成的Boost變換

7、器的建模與仿真；5相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器系統(tǒng)的建模與仿真；6晶閘管三相半波有源逆變器的建模與仿真。這六個(gè)內(nèi)容基本包含了電力變換的四大類，從中能比較全面的掌握電力電子MATLAB仿真的方法。此仿真實(shí)驗(yàn)主要涉及到以下四個(gè)方面，而基于MATLAB的電力電子技術(shù)仿真則是一下幾個(gè)內(nèi)容很好的結(jié)合。電力電子器件：電力電子器件是一系列固態(tài)高電壓、大電流的電子器件，被控對(duì)象的設(shè)備功率很大。按可控性可分為三類：不控器件（二極管）、半控器件（晶閘管）、全控器件（GTR、GTO、IGBT、MOSFET等）。電力電子技術(shù)應(yīng)用：該技術(shù)廣泛應(yīng)用于多種形式的電源、電力拖動(dòng)控制、電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)提高以及大功率電能傳輸。

8、MATLAB仿真：MATLAB程序設(shè)計(jì)語言是美國Math Works公司在20世紀(jì)80年代中期推出的搞性能數(shù)值計(jì)算軟件，2005年8月該公司就推出MATLAB7.1版，現(xiàn)已成為線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)分析與處理、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等各種課程的基本數(shù)學(xué)工具。電力電子技術(shù)MATLAB實(shí)踐：電力電子技術(shù)中有關(guān)電能的變換與控制過程，有各種電路原理的分析與研究、大量的計(jì)算、電能變換的波形測量、繪制與分析等，都離不開MATLAB。首先，它的運(yùn)算功能強(qiáng)大，應(yīng)用于交流電的可控整流、直流電的有源逆變與無源逆變中存在的整流輸出的平均值、有效值、與電路功率計(jì)算、控制角、導(dǎo)通角計(jì)算。其次，MATLAB的S

9、impowerSystems實(shí)體圖形化仿真模型系統(tǒng)，把代表晶閘管、觸發(fā)器、電阻、電容、電源、電壓表等實(shí)物的特有符號(hào)連接成一個(gè)整流裝置電路或是一個(gè)系統(tǒng)，更簡單方便，節(jié)省設(shè)計(jì)制作時(shí)間和成本等。并且，交流技術(shù)討論的電能轉(zhuǎn)換與控制，需要對(duì)各種電壓與電流波形進(jìn)行測量、繪制與分析，MATLAB提供了功能強(qiáng)大且方便使用的圖形函數(shù)，特別適合完成這項(xiàng)任務(wù)。3.2課程設(shè)計(jì)要求編寫詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明書,說明書中完成相應(yīng)系統(tǒng)模型的建模、參數(shù)設(shè)置及仿真調(diào)試，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。（1）晶閘管的仿真模型、參數(shù)設(shè)定方法、以單相半波整流器為例說明晶閘管元件應(yīng)用系統(tǒng)的建模與仿真方法，記錄相應(yīng)波形。（1）晶閘管三相橋式整流帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)

10、的建模過程與仿真調(diào)試，記錄波形。（1）絕緣柵雙極型晶體管元件的仿真模型、參數(shù)設(shè)定方法、及由IGBT元件組成的Boost變換器的建模與仿真，記錄波形。（1）相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器帶電阻性負(fù)載時(shí)系統(tǒng)的建模與仿真，記錄波形。以上4個(gè)類型的仿真過程中皆需包含具體電路形式，工作過程分析，在MATLAB中的建模，各組成環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置過程，仿真波形，波形分析。4各電路的建模與仿真4.1單相半波可控整流器4.1.1晶閘管的仿真 晶閘管模型晶閘管是一種門極信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的半導(dǎo)體器件。晶閘管有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，第一個(gè)輸入與輸出是陽極媏（a）與陰極端（k），第二個(gè)輸入（g）是門極控制信號(hào)端如圖4-1，當(dāng)

11、勾選“Show measurement port”項(xiàng)時(shí)便顯示第二個(gè)輸出端（m）如圖4-2，這是晶閘管檢測輸出向量Iak Uak端，可連接儀表檢測流經(jīng)晶閘管的電流（Iak）與晶閘管的正向壓降（Uak），晶閘管組件的符號(hào)和仿真模型圖如圖所示。 圖 4-1 圖 4-2 晶閘管參數(shù)及其設(shè)置在模型結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)鼠標(biāo)雙擊模型時(shí)，則彈出晶閘管參數(shù)對(duì)話框，如下圖4-3所示圖 4-3“Resistance Ron(Ohms)”：晶閘管導(dǎo)通電阻Ron（）?！癐nductance Lon（H）”：晶閘管元件內(nèi)電感Lon（H）。電感參數(shù)與電阻參數(shù)不能同時(shí)設(shè) 為0“Forward voltage Vf（V）”：晶閘管元件

12、的正向管壓降Vf（V）。“Initial current Ic（A）”：初始電流Ic（A）。“Snubber resistance Rs（ohms）”：緩沖電阻Rs（）。“Snubber capacitance Cs（F）”：緩沖電容Cs（F）。可對(duì)Rs與Cs設(shè)置不同的數(shù)值以改變或者取消吸收電路。“Show measurement port”為設(shè)置是否顯示檢測端（m）。需要說明的是，含有晶閘管模型的電路仿真時(shí)，最好采用特定的算法Ode23tb與Oder15s，而當(dāng)電路進(jìn)行離散化處理時(shí)，晶閘管的內(nèi)電感量應(yīng)設(shè)為0。4.1.2單相半波可控整流電路的仿真電路圖及工作原理 單相半波可控整流電路（阻感負(fù)載

13、）圖 如上圖所示，當(dāng)晶閘管VT處于斷態(tài)時(shí)，電路中電流Id=0，負(fù)載上的電壓為0，U2全部加在VT兩端，在觸發(fā)角處，觸發(fā)VT使其導(dǎo)通，U2加于負(fù)載兩端，由于電感L的存在使電流id不能突變，id從0開始增加同時(shí)L的感應(yīng)電動(dòng)勢試圖阻止id增加，這時(shí)交流電源一方面供給電阻R消耗的能量，一方面供給電感L吸收的電磁能量，到U2由正變負(fù)的過零點(diǎn)處處id已經(jīng)處于減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)id減小至零，VT關(guān)斷并承受反向壓降，電感L延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻使Ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分。（2）建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，整體模型如下圖所示單相半波晶閘管可控整流電

14、路（阻感負(fù)載）的仿真模型仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3，開始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.12，如下圖所示 模型參數(shù)簡介與設(shè)置 交流電壓源提取路徑： SimulinkSimPoweSystenElectricalAC Voltage Source “Peak amplitude”:正弦電壓峰值Um，單位V， “Phase”：正弦電壓初相角,單位 度， “Frequency”：正弦電壓頻率f，單位 Hz， “Sample time”：采樣時(shí)間 ，單位 s， 本實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為頻率50Hz，電壓幅值220V，其他為默認(rèn)設(shè)置，如下圖所示。 晶閘管提取路徑：Simu

15、linkSimPoweSystenPower Electronics Thyristor設(shè)置“Snubber resistance Rs（ohms）”緩沖電阻Rs=500，“Snubber capacitance Cs（F）”：緩沖電容Cs為無窮大inf ，其他為默認(rèn)設(shè)置，如下圖所示。 RLC元件提取路徑：SimulinkSimPoweSystenElements Series RLC Branch設(shè)置“Resistance (Ohms)”電阻R=1，“Inductance Lon（H）”電感L=5e-3H，“capacitance（F）”電容為無窮大inf，“measurements”測量選

16、None。如下圖所示 脈沖信號(hào)發(fā)生器提取路徑：SimulinkSimlinkSourcePulse Generator“Amplitude”：脈沖幅值，“Period(secs)”：周期（秒），“Pulse Width(% of Period”：脈沖寬度（周期的百分?jǐn)?shù)），“Phase delay(secs)”：相位延遲（秒）。 振幅A=3V，周期T=0.02，占空比10%，時(shí)相延遲（1/50）x（/360）s，如下圖所示， 為移相控制角示波器設(shè)置Number of axes 為5，顯示5段波形，分別為脈沖電壓Ug，晶閘管兩端電壓UVT，負(fù)載電流id，負(fù)載電壓ud，電源電壓U2，如下圖所示。 仿

17、真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為0、30、60、90、120。其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖所示。在波形圖中第一列為脈沖電壓Ug波形，第二列為晶閘管兩端電壓UVT波形，第三列為負(fù)載電流id波形，第四列為負(fù)載電壓ud波形，第五列為電源電壓U2 波形。 阻感負(fù)載 觸發(fā)角=0阻感負(fù)載 觸發(fā)角=30阻感負(fù)載 觸發(fā)角=60阻感負(fù)載 觸發(fā)角=90阻感負(fù)載 觸發(fā)角=1204.2晶閘管三相橋式整流電路電路圖及工作原理 以=0為例，6個(gè)晶閘管 的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，觸發(fā)脈沖為寬脈沖寬度大于60，保證了每個(gè)時(shí)刻均有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，當(dāng)VT1-VT2導(dǎo)通時(shí)橋臂輸出電壓為Uac，然后VT2-VT

18、3導(dǎo)通輸出電壓為Ubc，VT3-VT4導(dǎo)通輸出電壓為Uba，VT4-VT5導(dǎo)通輸出電壓為Uca，VT5-VT6 導(dǎo)通輸出電壓為Ucb， VT6-VT1導(dǎo)通輸出電壓為Uab。因此輸出整流電壓Ud波形為線電壓在正半周的包絡(luò)線。三相橋式整流電路原理圖建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，整體模型如下圖所示 三相橋式全控整流系統(tǒng)（電阻負(fù)載）的仿真模型仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3，開始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.05，模型參數(shù)簡介與設(shè)置交流電壓源三相交流電源通過三個(gè)頻率為50Hz、幅值為220V、相位兩兩相差120，A相的設(shè)置如右圖所示，

19、另外兩相設(shè)置為B相相位滯后A相120，Phase設(shè)置為-120，C相相位超前A相120，Phase設(shè)置為120，測量“measurements”三相都要選Voltage，以便使用萬用表測量電壓。 通用橋輸入端A,B,C為三相交流的相電壓輸入端子，輸入端g為觸發(fā)脈沖輸入端子，+,-為整流器輸出正負(fù)極端子?！癗umber of bridge arms”：通用整流橋臂的相數(shù)，“Snubber resistance Rs（ohms）”：緩沖電阻Rs（），“Snubber capacitance Cs（F）”：緩沖電容Cs（F），“Power Electronic device”：電力電子器件的種類，默

20、認(rèn)晶閘管“Ron(Ohms)”：器件內(nèi)電阻（），“Lon(H)”：器件內(nèi)電感（H），“Forward voltage Vf(V)”：整流橋門檻電壓(伏）.在測量“Measurements”選“All voltages and currents”（全部電壓和電流）以便測量橋臂內(nèi)晶閘管的電壓和電流，其他參數(shù)為默認(rèn)值.如下圖所示。 常量三相橋式全控整流系統(tǒng)仿真模型要使用兩個(gè)常量模塊，一個(gè)提供觸發(fā)角的值，一個(gè)設(shè)置為0連接同步6脈沖觸發(fā)器的使能端Block，使其能正常工作。如下圖所示。同步6脈沖觸發(fā)器輸入端alpha_deg為移相控制角給定信號(hào)，用常量模塊constant輸入控制角，輸入端AB,BC,C

21、A是同步線電壓輸入端，輸入端Block是觸發(fā)器的使能端，當(dāng)此端置0時(shí)，則輸出脈沖，輸出端Pulse是觸發(fā)脈沖的輸出，它是一個(gè)6維向量，即6個(gè)觸發(fā)脈沖 “Frequency of synchronisation voltages(Hz)”：同步電壓頻率（Hz),“Pulse width(degrees)”：脈沖寬度（度）頻率設(shè)置為50Hz，脈沖用寬脈沖設(shè)置為80，如下圖所示。萬用表三相橋式全控整流系統(tǒng)仿真模型使用了兩個(gè)萬用表，其中一個(gè)萬用表的參數(shù)如下圖所示，選中Isw1和Usw1，點(diǎn)擊【】移入右側(cè)的對(duì)話框中，分別測量iVT1，uVT1 ，另一個(gè)萬用表選擇Usrc：A，Usrc：B，Usrc：C，

22、分別測量A,B,C三相電壓。 示波器三相橋式全控整流系統(tǒng)仿真模型使用了兩三個(gè)示波器，最主要的一個(gè)設(shè)置Number of axes 為4，顯示4段波形，分別為負(fù)載電壓ud，負(fù)載電流id，脈沖信號(hào)電壓Ug，A,B,C三相電壓，與萬用表連接的示波器，設(shè)置Number of axes 為2，顯示2段波形，分別為晶閘管VT1的電壓和電流，另一個(gè)示波器設(shè)置Number of axes 為3，顯示3段波形，分別為A,B,C三相的電流。電壓電流測量由于同步6脈沖觸發(fā)器的AB,BC,CA端為同步線電壓輸入端，而三相電源提供的是相電壓所以要通過三個(gè)電壓表進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其他電流電壓測量無需設(shè)置直接使用RLCR=10，L

23、=0H,C=inf（無窮大） 仿真結(jié)果設(shè)置觸發(fā)脈沖=0，負(fù)載電壓ud，負(fù)載電流id，脈沖信號(hào)電壓Ug，A,B,C三相電壓晶閘管VT1的電壓和電流通過A,B,C三相的電流設(shè)置觸發(fā)脈沖分別為30、60、90、110，產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖所示，第一列為負(fù)載電壓ud波形，第二列負(fù)載電流id波形，第三列脈沖信號(hào)第四列電壓Ug波形，A,B,C三相電壓波形。電阻負(fù)載 觸發(fā)角=30電阻負(fù)載 觸發(fā)角=60電阻負(fù)載 觸發(fā)角=90電阻負(fù)載 觸發(fā)角=1104.3 Boost變換器4.3.1絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的仿真絕緣柵雙極型晶體管模型絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種柵極信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的全控型器件。晶閘

24、管模型有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，第一個(gè)輸入與輸出是集電極（C）與發(fā)射極（E），第二個(gè)輸入（g）是柵極控制信號(hào)端如圖，當(dāng)勾選“Show measurement port”項(xiàng)時(shí)便顯示第二個(gè)輸出端（m）如圖，這是IGBT檢測輸出向量Iak Uak端，可連接儀表檢測流經(jīng)IGBT的電流（Iak）與正向壓降（Uak），IGBT組件的符號(hào)和仿真模型圖如下圖所示。 絕緣柵雙極型晶體管參數(shù)及其設(shè)置在模型結(jié)構(gòu)圖中，當(dāng)鼠標(biāo)雙擊模型時(shí)，則彈出晶閘管參數(shù)對(duì)話框，如下圖所示由圖可知，IGBT的參數(shù)設(shè)置與普通晶閘管的參數(shù)設(shè)置幾乎完全相同，另有2個(gè)參數(shù)類似GTO參數(shù)設(shè)置?！癈urrent 10% fall time Tf(s

25、)”：電流下降時(shí)間Tf?！癈urrent tail time Tt(s)”：電流拖尾時(shí)間Tt。對(duì)于絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）模型的電路仿真時(shí)，同樣宜采用Ode23tb與Oder15s算法。4.3.2 Boost變換器的仿真 電路圖及工作原理首先假設(shè)電路中電感L的值很大，電容C值 也很大。當(dāng)IGBT處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電。因C值很大，基本保持輸出電壓u0為恒值，記為U0 。設(shè)IGBT處于通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段電感L上積蓄的能量為EI1ton。當(dāng)IGBT處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)IGBT處于斷態(tài)的時(shí)

26、間為toff，則在此期間電感L釋放的能量為（U0 -E）I1toff。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L上積蓄的能量與釋放的能量相等 EI1ton=（U0 -E）I1toff 化簡為 U0=T*E/toff 輸出電壓高于電源電壓 升壓斬波電路（電阻負(fù)載）原理圖 建立仿真模型 仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3 開始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.004。模型參數(shù)簡介與設(shè)置直流電壓源 設(shè)置A=100V，“measurements”選None（不測量電壓），如下圖所示。 脈沖信號(hào)發(fā)生器設(shè)置振幅A=3V，周期T=0.0001，占空比40%，時(shí)相延遲0s，如下圖所示

27、。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT） 勾選“Show measurement port”項(xiàng)，其他為默認(rèn)設(shè)置，如下圖所示。二極管勾選“Show measurement port”項(xiàng)，其他為默認(rèn)設(shè)置，如下圖所示。RLC元件 R=50,L=0H，C=3e-6F，如下圖所示。示波器設(shè)置Number of axes 為5，顯示5段波形，如下圖所示。 仿真結(jié)果產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖所示。在波形圖中第一列為通過電感的電流i1波形，第二列為負(fù)載電流i0波形，第三列為負(fù)載電壓u0波形，第四列為IGBT電流iV波形，第五列為脈沖電壓Ug波形。4.4相位控制的晶閘管單相交流調(diào)壓器電路圖及工作原理在交流電源U1的正半周和

28、負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的觸發(fā)延遲角進(jìn)行控制，使得輸出電壓波形為正弦電壓的一部分，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，負(fù)載阻抗角=arctan(L/R),負(fù)載電壓相位滯后于晶閘管輸出電壓相位，把=0的時(shí)刻定在電源電壓過零的時(shí)刻，顯然阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)時(shí)的移相范圍為-。 建立仿真模型根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，整體模型如下圖所示。仿真參數(shù)：選擇ode23tb算法，將相對(duì)誤差設(shè)置為1e-3,開始仿真時(shí)間設(shè)置為0，停止仿真時(shí)間設(shè)置為0.12。模型參數(shù)設(shè)置交流電壓源 參數(shù)設(shè)置為頻率50Hz，電壓幅值220V,“measurements”測量選“Voltage”，其他為默認(rèn)設(shè)置，如下圖所示

29、。 脈沖信號(hào)發(fā)生器振幅A=1.1V，周期T=0.02，占空比0.001，時(shí)相延遲（1/50）x（/360）其他為默認(rèn)設(shè)置，為移相控制角兩個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器相位相差180,如下圖所示。晶閘管 不勾選“Show measurement port”其他均為默認(rèn)設(shè)置。RLC元件R=1，H=0，C=inf。示波器設(shè)置Number of axes 為5，顯示5段波形，如下圖所示 仿真結(jié)果設(shè)置Pulse1觸發(fā)脈沖角1分別為60、90，Pulse2觸發(fā)脈沖角2則應(yīng)對(duì)應(yīng)為240、270，產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如下圖所示，第一列為交流電源U1波形，第二列負(fù)載電流i0波形，第三列電壓u0波形，第四列晶閘管兩端電壓uVT波

30、形。電阻負(fù)載 觸發(fā)角=60電阻負(fù)載 觸發(fā)角=905.課程設(shè)計(jì)總結(jié)我們這次的課題是應(yīng)用Matlab軟件對(duì)一些典型的電路進(jìn)行仿真，剛拿到題目時(shí)有些無從下手，畢竟從來沒有學(xué)過Matlab的使用，后來在查閱輔導(dǎo)書后我基本明白了仿真方法，感覺并不太難，于是以為做起來應(yīng)該沒什么問題，但在實(shí)際動(dòng)手的過程中我才發(fā)現(xiàn)，想起來容易做起來難，理論到實(shí)踐之間還有著巨大的努力空間。在這次的課程設(shè)計(jì)中，通過在Matlab軟件對(duì)一些典型的電路進(jìn)行仿真，我極大地鍛煉了對(duì)于Matlab的應(yīng)用能力。在實(shí)際操作過程中我由于不熟練、粗心以及對(duì)理論知識(shí)的掌握不到位，遇到了形形色色的問題，為了使電路正常工作，必須靈活運(yùn)用原理找出解決方法

31、。在同學(xué)的幫助下，我一一解決了這些問題。有很多課堂上并沒有講授的知識(shí)應(yīng)用中需要用到，我則通過去圖書館借閱資料、在網(wǎng)上搜索等形式自己吸收補(bǔ)充。這整個(gè)過程很好地鞏固了我們學(xué)過的專業(yè)知識(shí)，使我對(duì)電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有了更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)Matlab等系列知識(shí)都有了一定的了解，也使我們把理論與實(shí)踐從真正意義上相結(jié)合了起來,考驗(yàn)了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料、和組織材料的綜合能力。這次的課程設(shè)計(jì)使我受益良多，最后我謹(jǐn)向在這個(gè)過程中給予我?guī)椭睦蠋熞约案魑煌瑢W(xué)們致以最誠摯的謝意。附錄資料：matlab繪圖指令大全繪圖指令1 二維曲線圖1.1 繪制折線圖plot指令圖例Y=1,3,6,5,9,

32、0,2;plot(Y);X=0: pi/10: pi*2;Y=sin(X);plot(X,Y);X=0: pi/10: pi*2;Y1=sin(X);Y2=cos(X);Plot(X,Y1,X,Y2);調(diào)整坐標(biāo)范圍：axisaxis(0,300,0,2)1.2 繪制自定義函數(shù)DrawCircle.mfunction DrawCircle(Point,Radius) Hold on t=0: pi/10: 2*pi; x=Point(1)+ Radius*cos(t); y=Point(2)+ Radius*sin(t); plot(x,y);DrawCircle(10 10,1)DrawCir

33、cle(20 10,2)DrawCircle(10 20,3)1.3 繪制符號(hào)函數(shù)顯函數(shù)ezplot(sin(x),0,2*pi)隱函數(shù)ezplot(x2+y2-10,-5,5,-6,6)參數(shù)方程ezplot(cos(t)3,sin(t)3,0,2*pi)1.4 繪制自定義函數(shù)function y=myf1(x) y=sqrt(100-x2);fplot(myf1,-15 15)fplot(sin(x) cos(x) myf1(x),-15 15)1.5 圖形修飾 設(shè)置顏色 y m c r g b w k 設(shè)置線型 - : -. - 設(shè)置標(biāo)記 . o x + * 指令圖例Y=1,3,6,5,9

34、,0,2;plot(Y, r-+);X=0: pi/10: pi*2;Y=sin(X);plot(X,Y, b-.);X=0: pi/10: pi*2;Y1=sin(X); Y2=cos(X);plot(X,Y1,r+-, X,Y2,b-*); 在指定坐標(biāo)處，書寫文字：text(3.5, 0.6, 曲線比較);x=1.6*pi, 1.6*pi; y=-0.3, 0.8;s=曲線cos; 曲線sin; text(x,y,s);1.6 更多類型的二維圖指令圖例bar直方圖X=0:pi/10:2*pi;Y=sin(X);bar(X,Y);polar極坐標(biāo)圖T=0: pi/10: 4*pi;R=T;p

35、olar(T, R);誤差棒棒圖X=0:pi/10:2*pi;Y=sin(X);e=0.2*rand(size(X);errorbar(X,Y,e);火柴桿圖X=0:pi/10:2*pi; Y=sin(X);stem(X,Y);stairs樓梯圖X=0:pi/10:2*pi; Y=sin(X);stairs(X,Y);多邊形填色圖X=1,2,3,4,5; Y=3,5,2,1,6;fill(X,Y,r);hold on; % 保持圖形plot(X,Y,o)1.7 數(shù)值函數(shù)的二維圖 可用于繪圖，更可用于采樣取點(diǎn)。 fplot(0.5*cos(x),-pi,pi) % 繪圖X,Y = fplot(0

36、.5*cos(x),-pi,pi); % 返回點(diǎn)坐標(biāo)fplot(cos(x),-pi,pi,r-+); % 觀察點(diǎn)的位置控制采樣點(diǎn)的密度fplot(cos(x),-pi,pi,r-+,0.05);fplot(cos(x),-pi,pi,r-+,0.1); 可繪制系統(tǒng)函數(shù)，也可繪制自定義函數(shù)的圖形。2 三維曲線圖2.1 三維曲線plot3指令圖例X=0: 0.1: 8*pi;Y=sin(X);Z=cos(X); plot3(X,Y,Z,r);X=0: 0.1: 8*pi;Y=sin(X);Z1=cos(X);Z2=2*cos(X); plot3(X,Y,Z1,r, X,Y,Z2,b);2.2 三

37、維面填色fill3指令圖例X1=2,2,1;Y1=0,2,1; Z1=0,0,1;fill3(X1,Y1,Z1,r);hold on;X2=1,0,0;Y2=1,2,0;Z2=1,0,0;fill3(X2,Y2,Z2,r);X3=0,2,1;Y3=2,2,1;Z3=0,0,1;fill3(X3,Y3,Z3,b);text(1,1,1,1,1,1);3 曲面圖形3.1 網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)的表示x=1:2:7y=2:2:6X,Y = meshgrid(x,y)X = 1 3 5 7 1 3 5 7 1 3 5 7Y = 2 2 2 2 4 4 4 4 6 6 6 63.2 三維網(wǎng)格mesh、meshc、m

38、eshz 用途：數(shù)據(jù)場的觀察分析命令圖例隨機(jī)數(shù)據(jù)的網(wǎng)格Z=rand(5,5);mesh(Z);% 設(shè)置顏色colormap(1,0,0);自定義函數(shù)的網(wǎng)格x=-4: 1: 4;y=-5: 1: 5;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.2+Y.2;mesh(X,Y,Z); 消影開關(guān)：hidden on / hidden off 利用peaks(50)作為模擬數(shù)據(jù)矩陣;命令圖例 帶等高線的網(wǎng)格Z=peaks(50);meshc(Z);Z=peaks(50);meshc(Z);colormap(1,0,0);帶基準(zhǔn)面的網(wǎng)格Z=peaks(50);meshz(Z);剪孔Z=peaks(50);

39、Z(30:45,15:30)=NaN*ones(16,16);meshc(Z);3.3 著色表面圖surf、surfc命令圖例表面著色的網(wǎng)格Z=peaks(50);surf(Z);自定義函數(shù)的著色網(wǎng)格x=-2: 0.1: 2;y=-2: 0.1: 2;X,Y=meshgrid(x,y);Z=sqrt(X.2+Y.2);surfc(X,Y,Z);3.4 二元函數(shù)的偽彩色圖pcolor 用途：污染濃度場的觀察分析。命令圖例Z=peaks(50); pcolor(Z);colorbar(hor);colorbar(vec);3.5 等高線contour不僅可用于繪圖，更可以用以求截面數(shù)據(jù)。命令圖例以

40、矩陣下標(biāo)為x、y分量的等高線Z=peaks(50);C=contour(Z);colormap(1,0,0);C：保存了全部等高線上的點(diǎn)坐標(biāo)。均分n條等高線，并標(biāo)注之Z=peaks(50);n=5;C=contour(Z,n);colormap(1,0,0);clabel(C);在指定高度繪制等高線Z=peaks(50);V=-10: 2: 10;C=contour(Z, V);colormap(1,0,0);clabel(C);完整圖形數(shù)據(jù)的等高線x=-2: 0.1: 2;y=-2: 0.1: 2;X,Y=meshgrid(x,y);Z=sqrt(X.2+Y.2);n=5;C=contour

41、(X,Y,Z,n);三維等高線x=-2:0.1:2;y=-2:0.1:2;X,Y=meshgrid(x,y);Z=sqrt(X.2+Y.2);n=10;C=contour3(X,Y,Z,n); 3.6 矢量場圖quiver用于挖掘數(shù)據(jù)變化趨勢。命令圖例構(gòu)造起伏跌宕的曲面x=-2:0.2:2;y=-1:0.2:1;X,Y=meshgrid(x,y);Z=X.*exp(-X.2-Y.2);mesh(X,Y,Z);xlabel(X軸);ylabel(Y軸);colormap(1,0,0);計(jì)算曲面的梯度px,py= gradient(Z,0.2,0.2);繪制矢量場圖quiver(x,y,px,py

42、);3.7 視角控制view視點(diǎn)控制方式及效果：view(1 1 1)view(2 1 1)view(3 1 1)view(1 1 1)view(1 2 1)view(1 3 1)view(1 1 1)view(1 1 2)view(1 1 3)方位角、仰角控制方式及效果：缺省為(-37.5,30)。view(-37.5,30)view(-17.5,30)view(-5.5,30)view(-37.5,30)view(-37.5,45)view(-37.5,60)3.8 多視區(qū)控制subplotsubplot(2,1,1); mesh(X,Y,Z);subplot(2,1,2); quiver(x,y,px,py);3.9 制作、播放動(dòng)畫x,y,z=peaks(30); surf(x,y,z)% 制作動(dòng)畫m=moviein(5); % 5幀畫面的動(dòng)畫變量for i=1:5 view(1 1 i) % 不斷調(diào)整視點(diǎn) m(:,i)=getframe; % 將當(dāng)前畫面作為幀保存到序列中end% 播放動(dòng)畫movi