電力電子電路仿真

電力電子電路仿真

－MATLAB和PSpice應(yīng)用第1章緒論計(jì)算機(jī)仿真是建立需研究系統(tǒng)的模型，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)上對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真方法是以計(jì)算機(jī)仿真為手段，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行模型來(lái)再現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，從而認(rèn)識(shí)系統(tǒng)規(guī)律的一種研究方法計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、控制理論和應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的一門新興技術(shù)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、圖形圖像、多媒體、軟件工程、信息處理、自動(dòng)控制等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)，是系統(tǒng)分析與研究的重要手段。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有良好的可控性、無(wú)破壞性、安全、可靠、不受外界條件的限制、可多次重復(fù)、高效和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)經(jīng)歷了模擬計(jì)算機(jī)仿真、混合計(jì)算機(jī)仿真、專用數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真、通用數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真等階段，目前已進(jìn)入基于網(wǎng)絡(luò)的分布仿真階段

第1章緒論1.1仿真的基本概念（3個(gè)基本概念）1.1.1系統(tǒng)定義為具有一定功能，按某種規(guī)律相互聯(lián)系又相互作用著的對(duì)象之間的有機(jī)組合

任何系統(tǒng)的研究都需要關(guān)注3個(gè)方面的內(nèi)容，即實(shí)體、屬性和活動(dòng)：實(shí)體組成系統(tǒng)的具體對(duì)象；屬性實(shí)體所具有的每一項(xiàng)有效特性（狀態(tài)和參數(shù)）；活動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)對(duì)象隨時(shí)間推移而發(fā)生的狀態(tài)變化。第1章緒論1.1.2模型在科學(xué)方法論中，把模型界定為人們?yōu)榱颂囟ǖ难芯磕康亩鴮?duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所做的簡(jiǎn)化描述

模型方法是通過(guò)研究模型來(lái)揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法可以把模型看作是原型物質(zhì)的或觀念上（如數(shù)學(xué)的）的類似物模型分為實(shí)物模型和抽象模型兩大類1.建?；顒?dòng)模型作為系統(tǒng)的原型在研究時(shí)的“替身”，在選擇模型時(shí)，要以便于達(dá)到研究的目的為前提模型的描述經(jīng)?？梢圆捎孟率鲆恍┰瓌t：

（1）相似性（2）切題性

（3）吻合性

（4）可辨識(shí)性

（5）簡(jiǎn)單化（6）綜合精度

第1章緒論2.模型描述的層次模型可以在不同的抽象層次上來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)

：（1）行為層次（2）狀態(tài)結(jié)構(gòu)層次（3）分解結(jié)構(gòu)層次

3.數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是根據(jù)物理概念、變化規(guī)律、測(cè)試結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式、邏輯表達(dá)式、特性曲線、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等來(lái)描述某一系統(tǒng)的表現(xiàn)形式。數(shù)學(xué)模型一般是數(shù)學(xué)方程組。

計(jì)算機(jī)仿真中采用的模型是數(shù)學(xué)模型本質(zhì)是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界一小部分和幾個(gè)方面抽象的數(shù)學(xué)“映像”系統(tǒng)的屬性用變量表示，而系統(tǒng)的活動(dòng)則用相互關(guān)聯(lián)的變量間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式來(lái)描述不可能對(duì)系統(tǒng)作完全真實(shí)的描述，而只能根據(jù)研究目的對(duì)它作某種近似簡(jiǎn)化的描述第1章緒論1.1.3仿真系統(tǒng)仿真是建立系統(tǒng)、過(guò)程、現(xiàn)象和環(huán)境的模型（物理模型、數(shù)學(xué)模型或其他邏輯模型），在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)模型進(jìn)行操作，應(yīng)用于系統(tǒng)的測(cè)試、分析或訓(xùn)練。

計(jì)算機(jī)仿真3要素和3個(gè)基本活動(dòng)

模型建立是通過(guò)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的觀測(cè)或檢測(cè)，在忽略次要因素及不可檢測(cè)變量的基礎(chǔ)上，用物理或數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行描述，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)的簡(jiǎn)化近似模型仿真模型反映了系統(tǒng)模型（簡(jiǎn)化模型）同仿真器或計(jì)算機(jī)之間的關(guān)系，它應(yīng)能為仿真器或計(jì)算機(jī)所接受，并能進(jìn)行運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)是指對(duì)模型的運(yùn)行微分方程的數(shù)字解法、離散相似法是數(shù)字仿真的基礎(chǔ)。第1章緒論1.2仿真的分類模型計(jì)算機(jī)類型時(shí)鐘比例關(guān)系系統(tǒng)模型的特性

物理仿真模擬計(jì)算機(jī)仿真實(shí)時(shí)仿真連續(xù)系統(tǒng)仿真

數(shù)學(xué)仿真數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真亞實(shí)時(shí)仿真離散事件系統(tǒng)仿真半實(shí)物仿真數(shù)字模擬混合仿真超實(shí)時(shí)仿真第1章緒論1.3計(jì)算機(jī)仿真

從以下一些方面描述了“仿真”的概念：對(duì)象：仿真針對(duì)的對(duì)象是系統(tǒng)，包括客觀存在的系統(tǒng)與設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。目的：獲得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。這是仿真的直接目的。由此而分析系統(tǒng)、設(shè)計(jì)系統(tǒng)或進(jìn)行決策是仿真活動(dòng)的間接目的。方法：通過(guò)展開(kāi)系統(tǒng)的模型來(lái)獲得系統(tǒng)的行為或特性。使用模型是仿真活動(dòng)的一個(gè)重要特征：這表明獲得系統(tǒng)的行為不是直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，而是對(duì)系統(tǒng)的模型進(jìn)行操作。為此首先要建立系統(tǒng)的模型。方法的實(shí)現(xiàn)：應(yīng)用數(shù)值計(jì)算的方法來(lái)展開(kāi)模型，獲得模型在一定輸入下的輸出。這是仿真與其他基于模型分析方法的主要區(qū)別。設(shè)施：計(jì)算機(jī)。數(shù)值計(jì)算是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。第1章緒論歸納為：計(jì)算機(jī)（數(shù)字）仿真是在計(jì)算機(jī)上，建立形式化的數(shù)學(xué)模型，然后按一定的實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法展開(kāi)系統(tǒng)的模型來(lái)獲得系統(tǒng)的（動(dòng)態(tài)）行為，從而研究系統(tǒng)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)仿真涉及兩步重要的工作：①必須建立系統(tǒng)的模型；②要在計(jì)算機(jī)上對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。如加以區(qū)分，前者稱為建模，而后者可以稱為展模。第1章緒論1.3.2計(jì)算機(jī)仿真方法的特點(diǎn)（1）模型參數(shù)任意調(diào)整（2）系統(tǒng)模型快速求解（3）運(yùn)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠（4）仿真的結(jié)果形象直觀1.3.3計(jì)算機(jī)仿真方法的作用（1）優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）降低實(shí)驗(yàn)成本（3）減少失敗風(fēng)險(xiǎn)（4）提高預(yù)測(cè)能力第1章緒論1.3.4計(jì)算機(jī)仿真的步驟仿真是基于模型的活動(dòng)，首先要針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)建立其模型。然后在上述模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真建模。下一步程序設(shè)計(jì)即將仿真模型用計(jì)算機(jī)能執(zhí)行的程序來(lái)描述。最后要對(duì)仿真輸出進(jìn)行分析。第1章緒論1.4計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)的現(xiàn)狀：電力電子技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大復(fù)雜的非線性數(shù)?；旌舷到y(tǒng)成本增加設(shè)計(jì)和分析均帶來(lái)了巨大的困難安全性、經(jīng)濟(jì)性及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的可能性等在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中往往不易做到。

第1章緒論電子電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ElectronicDesignAutomation,EDA）已經(jīng)滲入到電子電路設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，例如原理圖設(shè)計(jì)、邏輯或模擬電路仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)、最壞條件分析、印刷電路板設(shè)計(jì)等電力電子電路的EDA工具也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。此類工具大體包括：①傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)軟件。通過(guò)引入新的電力電子器件模型可將軟件的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中，例如為我國(guó)電路設(shè)計(jì)人員所熟知的PSpice；②專用領(lǐng)域仿真軟件。例如在控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB中加入以理想開(kāi)關(guān)模型為代表的電力電子器件模型，從而使軟件在原有研究領(lǐng)域中面對(duì)采用電力電子裝置的問(wèn)題時(shí)仍可進(jìn)行有效的仿真；③開(kāi)發(fā)新的電力電子系統(tǒng)專用仿真軟件。例如以開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)為目的的SIMPLIS、PSIM等。第1章緒論計(jì)算機(jī)專業(yè)仿真軟件遵循一定的仿真步驟:(電路時(shí)域分析為例)第1章緒論各步驟執(zhí)行的功能如下:1．圖形數(shù)據(jù)化

電路原理圖（即畫電路圖）輸入方法輸入仿真系統(tǒng)。電連接網(wǎng)絡(luò)表是連接該電路原理圖和仿真軟件之間的橋梁，只有將電路原理圖翻譯成仿真程序可以識(shí)別的、反映電路中所有元器件性能和相互之間連接關(guān)系的文件，電路原理圖才能作為仿真軟件的輸入被調(diào)用2．?dāng)?shù)學(xué)建模

這一步根據(jù)第一步建立的點(diǎn)連接網(wǎng)絡(luò)表建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，建模的方法主要有狀態(tài)方程法、改進(jìn)節(jié)點(diǎn)法和拓?fù)浞ā?．?dāng)?shù)值積分計(jì)算機(jī)對(duì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行求解，利用數(shù)值積分方法進(jìn)行離散化，以得到對(duì)系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。

在此基礎(chǔ)上，仿真軟件通常還可以滿足對(duì)仿真結(jié)果的性能分析，波形處理的功能要求，如：諧波分析、頻域分析等。PS災(zāi)pi菊ce軟件偶安裝抹步驟適：第一找步：筑安裝話盤a放入傾計(jì)算辯機(jī)光話驅(qū)PS其pi臥ce軟件弟安裝占步驟?。旱诙剑吼B(yǎng)拷貝送文件走夾li雀ce倘ns斑e鬧Ma度na他ge即r到C:丈\根目惠錄下第三宋步：賠回到秋安裝臨盤，風(fēng)點(diǎn)擊se傻tu府p.崇ex枝e文件尸，運(yùn)雷行安撤裝PS匠pi便ce軟件扣安裝墓步驟攔：屏幕纖出現(xiàn)丹：PS毀pi味ce軟件引安裝木步驟奪：點(diǎn)擊昏“確雨定”捷：PS縱pi窯ce軟件耗安裝臭步驟舟：點(diǎn)擊躁“ne應(yīng)xt父”PS離pi霞ce軟件材安裝季步驟掉：點(diǎn)擊自”ye燥s”PS釋pi筐ce軟件弟安裝法步驟忠：點(diǎn)擊府“ne煩tw鋪or袋k疤li純ce算ns站in澇g”PS啟pi唇ce軟件逮安裝院步驟彎：選擇皆”in獨(dú)st唯al隔l之pr構(gòu)od哀uc衡ts朋”PS晶pi悄ce軟件仍安裝賭步驟魄：使用掃“br陜ow蔑se筐”選擇限拷貝林到c:讀\下的li淹ce語(yǔ)ns彼e廣ma猜na詳ge咐r文件閣夾所拴在路產(chǎn)徑即曾：PS撐pi拐ce軟件杠安裝宮步驟評(píng)：PS圈pi世ce軟件潮安裝書(shū)步驟眨：點(diǎn)擊桐”O(jiān)K貪”PS掛pi愉ce軟件例安裝鍬步驟隆：點(diǎn)擊弦“ne旨xt喉”PS柱pi完ce軟件清安裝補(bǔ)步驟桶：點(diǎn)擊“Ne坑xt頁(yè)”PS扣pi姥ce軟件枝安裝優(yōu)步驟軟：點(diǎn)擊挖“ye賠s”PS將pi跑ce軟件潛安裝申步驟拿：從安阻裝列丹表中貢選擇衫要安買裝的謙產(chǎn)品局：共五愿項(xiàng)（朝包含Ps帖pi幅ce字眼悟）PS榨pi獨(dú)ce軟件覽安裝濁步驟默：點(diǎn)擊膏“ne秀xt師”程序猴開(kāi)始尤安裝萄，程如序開(kāi)芒始安胞裝，命安裝戴到63零%，安麗裝盤a安裝進(jìn)完畢閃，提伶示放假入安斜裝盤b，將安領(lǐng)裝盤a取出攪，放濃入安禿裝盤b，選擇自好安嚷裝路渡徑，刃點(diǎn)擊懲“OK寸”，繼續(xù)戴剩余兔安裝洞。最擱后點(diǎn)志擊“fi工ni奸sh憂”。程序遼安裝吸完畢同后，國(guó)回到桃計(jì)算圖機(jī)桌隱面，小點(diǎn)擊億“開(kāi)吊始”--屠--選擇西“樸運(yùn)行庫(kù)”--覽--輸入包“sy西se朽di饞t”回車--截--在打壁開(kāi)的au催to分ex犬ec廣.b駁at文件答中鍵乘入：se蘋tlm銅_l孔ic堪en漂se權(quán)_f鞭il羊e=c般:\汽li纏ce慣ns泰e后ma犬na突ge育r\li鵝ce援ns沙e.合da朝tPS森pi斜ce軟件柄安裝彈步驟羊：--貌--咳--鍵入鉗完畢津保存--核--重啟晨計(jì)算披機(jī)，顆是設(shè)期置生鼓效。椒全部面安裝棵完畢迫。第2章酒系邪統(tǒng)建番模方平法系統(tǒng)遵仿真評(píng)建模問(wèn)的基油本要四求：（1）清名晰（2）切題（3）精密（4）集合系統(tǒng)勁仿真晴建模桿的基熔本途耕徑：（1）機(jī)理娛建模繞法（2）實(shí)驗(yàn)蒜建模作法（3）綜合用建模匙法第2章鞋系盤統(tǒng)建謝模方嬸法系統(tǒng)串的數(shù)掏學(xué)模卸型一滿般是處非線歡性連東續(xù)狀株態(tài)空烈間模晚型，促其通鼠用形洽式是蹄常微分分方做程組醉形式子：（2-犯1）式中稍，x為n維狀悼態(tài)向緊量；u為m維輸嚼入向次量；y為l維輸盛出向認(rèn)量；h為約自束方涌程；w和v是維拍數(shù)適齊當(dāng)?shù)尿v噪聲欲向量步。第2章勤系嗽統(tǒng)建倆模方撈法2.婦2.殲1連續(xù)湯時(shí)間密系統(tǒng)祖模型顆（四膜種）微分顛方程如果降系統(tǒng)冠是線熱性定枕常系爭(zhēng)統(tǒng)，懷則微施分方管程可段寫成私如下韻形式籃：式中講及低為術(shù)常系舊數(shù)；；展為y(t)和u(t)的各紀(jì)階導(dǎo)呢?cái)?shù)。第2章狐系閱統(tǒng)建渡模方末法2.傳遞洽函數(shù)3.權(quán)函目數(shù)4.狀態(tài)耗空間證方程第2章佳系笛統(tǒng)建獸模方葵法2.嗓2.旁2離散葛時(shí)間稻系統(tǒng)自模型抵（四雷種）差分歷方程2.離散非傳遞汪函數(shù)3.權(quán)序外列模閥型4.離散汽狀態(tài)收空間林方程第2章厚系悼統(tǒng)建乓模方工法2.吧2.餐3連續(xù)羊－離齒散混急合模邁型為數(shù)染字控勿制系刑統(tǒng)的舉離散燦傳遞撤函數(shù)為保濾持器率的傳揭遞函叢數(shù)為被煤控對(duì)卷象的敞連續(xù)示傳遞鬧函數(shù)努。第2章苦系門統(tǒng)建轟模方子法2.歇3數(shù)學(xué)惡模型憲之間墾的相轎互轉(zhuǎn)豆換2.繳3.軌1微分吐方程弱轉(zhuǎn)換零為狀情態(tài)方降程兩種槳情況象：1.系統(tǒng)襖輸入譜量不積含導(dǎo)檢數(shù)項(xiàng)迫的情哨形2.系統(tǒng)進(jìn)輸入貓量中衰含有夢(mèng)導(dǎo)數(shù)局項(xiàng)的靈情形（參茫見(jiàn)控諒制理且論相感關(guān)內(nèi)責(zé)容）第2章遭系祖統(tǒng)建究模方沈法2.獄3.悲2結(jié)構(gòu)晃圖轉(zhuǎn)書(shū)換為椅狀態(tài)浙方程1.積分爽環(huán)節(jié)對(duì)于退積分超環(huán)節(jié)其對(duì)姻應(yīng)的仆狀態(tài)雕空間踏方程焦為2.慣性廢環(huán)節(jié)見(jiàn)書(shū)3.二階糕振蕩進(jìn)環(huán)節(jié)見(jiàn)書(shū)第2章壯系啞統(tǒng)建除模方鍛法2.就3.宋3傳遞計(jì)函數(shù)何轉(zhuǎn)換逝為狀創(chuàng)態(tài)方尖程1.直接判法傳遞功函數(shù)輝為的系登統(tǒng)，盾可根絨據(jù)上罪述分計(jì)析直衛(wèi)接推糕導(dǎo)出國(guó)如下債的狀彩態(tài)方簽程：第2章雜系草統(tǒng)建功模方駱?lè)?.串聯(lián)踩法將系視統(tǒng)傳騰遞函個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)甲化成佳若干端環(huán)節(jié)怎的乘掀積絲式，然巖后再綁轉(zhuǎn)化桌成狀男態(tài)方卡程（露例見(jiàn)姻