基于matlabsimulink的电力变换电路仿真论文毕业设计

基于matlabsimulink的电力变换电路仿真论文毕业设计内容摘要：

ratory)是美国 MathWorks 公司开发的一套高性能的数值分析和计算软件，用于概念设计 ,算法开发 ,建模仿真 ,实时实现的理想的集成环境，是目前最好的科学计算类软件之一。 MATLAB 将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。 MATLAB 已发展成为适合众多学科，多种工作平台、功能强大的大型软件。 在欧美等国家的高校， MATLAB 已成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。 成为攻读学位的本科、硕士、博士生必须掌握的基本技能。 在设计研究单位和工业开发部门， MATLAB 被广泛的应用于研究和解决各种 具体问题。 在中国， MATLAB 也已日益受到重视，短时间内就将盛行起来，因为无论哪个学科或工程领域都可以从 MATLAB 中找到合适的功能 [2]。 MATLAB 的主要组成部分 MATLAB 系统由 5个 主要的部分构成： (1) 开发环境 (Development Environment)： 微 MATLAB 用户或程序编制员提供的一套应用工具和设施。 由一组 图形化用户接口工具和组件集成：包括 MATLAB 桌面、命令窗口、命令历史窗口、编辑调试窗口及帮助信息、工作空间、文件和搜索路径等浏览器。 (2) MATLAB 数学 函数库 (Math Function Library)： 数学和分析功能在MATLAB 工具箱中被组织成 8个 文件夹。 elmat 初 步矩阵，和矩阵操作。 中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 4 elfun 初步的数学函数。 求和、正弦、余弦和复数运算等 specfun 特殊 的数学函数。 矩阵求逆、矩阵特征值、贝塞尔函数等； matfun 矩阵函数－用数字表示的线性代数。 atafun 数据分析和傅立叶变换。 polyfun 插 值 ，多项式。 funfun 功能函数。 sparfun 稀 疏 矩阵。 (3) MATLAB 语言： (MATLAB Language)一种高级编程语言（ 高阶的矩阵/数组语言 ），包括控制流的描述、函数、数据结构、输入输出及面对对象编程； (4) 句柄图形： (Handle Graphics) MATLAB 制图系统 具有 2 维 、 三维的数据可视化，图象处理，动画片制作和表示图形 功能。 可以 对各种图形对象进行更为细腻的修饰和控制。 允许你建造完整的图形用户界面（ GUI），以及 建立完整的图形界面的应用程序。 制图法功能在 MATLAB 工具箱中被组织成 5 个 文件夹： 二 维数图表 （ graph2d）、 三维图表 （ graph3d） 专业化图表 （ specgraph）、 制图法 （ graphics）、 图形用户界面工具 （ uitools）。 (5) 应用程序接口： (Applied Function Interface) MATLAB 的应用程序接口允许用户使用 C 或 FORTRAN 语言编写程序与 MATLAB 连接。 MATLAB 的系统开发环境 (System Developing Environment) 1．操作桌面 (Operating Desktop) （ 1）桌面布局： 6 个窗口 命令窗口 （ Commend Window） 、 工作空间窗口 （ Workspace） 、 当前目录浏览器（ Current Directory ） 、 命令历史窗口 （ Commend History ） 、 启动平台 （ Launch Pad） 、 帮助窗口（ Help） 、 M 文件优化器（ Profiler）。 （ 2） 菜单和工具栏； (Menu and toolbar) 操作桌面上有 6 个菜单 和带有 9个快捷按钮的工具栏组。 中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 5 （ 3） 改变桌面设置： (Setting) File 菜单中 Preference 对话框中设置。 2． 命令窗口： (Command window)MATLAB 的主要交互窗口。 用于输入 MATLAB 命令、函数、数组、表达式等信息，并显示图形以外的所有计算结果。 还可在命令窗口输入最后一次输入命令的开头字符或字符串，然后用↑键调出该命令行。 3． 工作空间窗口： (Workspace Window) 用于储存各种变量和结果的空间，显示变量的名称、大小、字节数 及数据类型，对变量进行观察、编辑、保存和删除。 临时变量不占空间。 为了对变量的内容进行观察、编辑与修改，可以用三种方法打开 内存数组编辑器。 双击变量名；选择该窗口工具栏上的打开图标；鼠标指向变量名，点击鼠标右 键，弹出选择菜单，然后选项操作。 欲查看工作空间的情况，可以在命令窗口键入命令 whos（显示存在工作空间全部变量的名称、大小、数据类型等信息）或命令 who（只显示变量名）。 4． 当前目录浏览器： (Current Directory) 用于显示及设置当前工作目录，同时显示当前工作目录下的文件名、文件类型及目录的修改时间等信息。 只有在当前目录或搜索路径下的文件及函数可以被运行或调用。 设置当前目录可以在浏览器窗口左上角的输入栏中直接输入，或点击浏览器下拉按钮进行选择。 还可用 cd 命令在命令窗口设置当前目录，如： cd c:\mydir 可将 c 盘上的 mydir 目录设为当前工作目录。 5． 命令历史窗口： (Command History) 记录已运行过的 MATLAB 命令历史，包括已运行过的命令、函数、表达式等信息，可进行命令历史的查找、检查 等工作，也可以在该窗口中进行命令复制与重运行。 中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 6 6．启动平台： (Launch Pad) 帮助用户方便地打开和调用 MATLAB 的各种程序、函数和帮助文件。 平台列出了系统中安装的所有的 MATLAB 产品的目录，可以通过双击来启动相应的选项。 7． MATLAB 的搜索路径： (Searching Path) MATLAB 定义的一系列文件路径的组合，缺省状态下包括当前路径和已安装的全部工具箱的路径。 搜索目录的设置通过选择主菜单 Set Path 菜单项进行。 用 Add Folder„ 按钮可以将某一目录加入搜索路径，选择 Add with Subfolder„ 按钮可将选中目录的子目录也包括在搜索路径中。 8． 内存数组编辑器： (Array Editor) 提供对数值型或字符型二维数组的显示和编辑功能，对其他数据类型都不能编辑。 通 过工作空间窗口打开所选的变量时，该编辑器启动。 SIMULINK 仿真 基础 SIMULINK 是 MATLAB 软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与 MATLAB 语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows 的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上 [3]。 1． 所谓模型化图形输入是指 SIMULINK 提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以 .mdl 文件进行存取）， 进而进行仿真与分析。 2． Simulink 可将系统分为从高级到低级的几个层次，每层又可以细分为几个部分，每层系统构建完成后，将各层连接起来构成一个完整系统。 模型创建完成后，可以启动系统的仿真功能分析系统的动态特性，其内置的分析工具包括各种仿真算法、系统线性化、寻求平衡点等。 仿真结果可以以图中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 7 形方式在示波器窗口显示，也可将输出结果以变量形式保存起来，并输入到MATLAB 中以完成进一步的分析。 3. Simulink 可以仿真线性和非线性系统，并能创建连续时间、离散时间或二者混合的系统。 支持多采样频率系统。 SIMULINK 启动 在 MATLAB 命令窗口中输入 simulink， 结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser 的窗口，在这个窗口中列出了按功能分类的各种模块的名称。 也可以通过 MATLAB 主窗口的快捷按钮来打开 Simulink Library Browser 窗口。 SIMULINK 的模块库介绍 整个 Simulink模块库是由各个模块组构成， 标准的 Simulink模块 库 中，包括 ： 信号源模块组 (Source)、仪器仪表模块组 (Sinks)、连续模块组( Continuous)、离散模块组 (Discrete)、数学运算模块组 (Math)、非线性模块组 (Nonlinear)、函数与表格模块组 (Functionamp。 Tables )、 信号与系统模块组 (Signalsamp。 Systems)和子系统模块组 (Subsystems)几个部分，此外还有和各个工具相与模块集之间的联系构成的子模块组，用户还可以将自己 编写的模块组挂靠到整个模型库浏览器下。 电力系统模块库的介绍 进入 MATLAB系统后打开模块库浏览窗口，用鼠标左键双击其中的 Power System Blocks 即可弹出电 力系统工具箱模块库，它包括连接元件库(Connectors)，电源库 (Electrical Sources)，基本元件库 (Elements)， 元件库 (Extra Library)，电机元件库 (Machines)，测量元件库 (Measurements)和电力电子元件库 (Power Electronics)。 这些模块库包含了大多数常用电力系统元件的模块。 利用这些库模块及其它库模块，用户可方便、直观地建立各种系统模型并进行仿真。 中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 8 （ 1）电路元件模型 该部分包括断路器（ Breaker)、分布参数线 (Distribute Parameter Line)、线性 变 压器 (Linear Transformer)、并联 RLC 负荷 (Parallel RLC Load)， II 型线路参数 (II Section Line)、饱和变压器 (Saturable Transformer)、串联 RLC 支路（ Series RLC Branch)、串联 RLC 负荷 (Series RLC load)、过电压自动装置（ Surge Arrester)。 这部分可以仿真交流输电线装置。 （ 2）电力电子设备模型 此部分含有二极管（ Diode)、 GT0、理想开关 (Ideal Switch)、 MOS 管(Mosfet)、可控晶闸管 (Thyristor)的仿真模型。 这些设备模型不仅可以单独进行仿真而且可以组合在一起仿真整流电路等直流输变电的电力电子设备。 （ 3）电机设备模型 此部分有异步电动机 (Asynchronous Machine)、励磁系统 (Excitation System)、水轮电机及其监测系统 (Hydraulic Turbine and Governor(HTG))、永磁同步电机（ Permanent Mag Synchronous Machine)、简 化的同步电机 (Simplified Synchronous Machine)、同步电机 (Synchronous Machine)。 这些模型可以仿真电力系统中发电机设备，电力拖动设备等。 （ 4）接线设备模型 这一部分包括一些电力系统中常用的接线设备。 如接地设备、输电线母线等。 （ 5）测量设备模型 该部分模型是用来采集线路的电压或电流值的电压表和电流表。 这 一部分还起着连接 SIMULINK 模型与 POWERLIB 模型的作用。 （ 6） Powerlib 扩展库 扩展模块组包含了上述各个模块组中的各个附加子模块组用 户可以根中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 9 据自己的电力系统结构图使用 POWERLIB和 SLMULINK中相应的模型来组成仿真的电路模型。 SIMULINK 简单模型的建立 1． 简单模型的建立 （ 1）建立模型窗口。 （ 2）将功能模块由模块库窗口复制到模型窗口。 （ 3）对模块进行连接，从而构成需要的系统模型。 2． 模型的特点 （ 1） 在 SIMULINK 里提供了许多如 Scope 的接收器模块，这使得用SIMULNK 进行仿真具有像做实验一般的图形化显示效果。 （ 2） IMULINK 的模型具有层次性，通过底层子系统可以构建上层母系统。 （ 3） SIMULINK 提供了对子系统进行封装的功能，用户可以自定义子系统的图标和设置参数对话框。 SIMULINK 功能模块的处理 功能模块的基本操作，包括模块的移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号等。 1． 模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理。 2． 在模型窗口中，选中模块，则其 4 个角会出现黑色标记。 此时可以对模块进行以下的基本操作。 （ 1） 移动：选中模块，按住鼠标左键将其拖曳到所需的位置即可。 若要脱 离线而移动，可按住 shift 键，再进行拖曳。 （ 2） 复制：选中模块，然后按住鼠标右键进行拖曳即可复制同样的一个 功能模块。 （ 3） 删除：选中模块，按 Delete 键即可。 若要删除多个模块，可以同中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 10 时按住 Shift 键，再用鼠标选中多个模块，按 Delete 键即可。 也可以用鼠标选取某区域，再按 Delete 键就可以把该区域中的所有模块和线等全部删除。 （ 4） 转向：为了能够顺序连接功能模块的输入和输出端，功能模块有时需要转向。 在菜单 Format 中选择 Flip Block 旋转 180 度，选择 Rotate Block 顺时针旋转 90 度。 或者直接按 Ctrl+F 键执行 Flip Block，按 Ctrl+R键执行 Rotate Block。 （ 5） 改变大小：选中模块，对模块出现的 4 个黑色标记进行拖曳即可。 （ 6） 模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。 名称在功能模块上的位置也可以变换 180 度，可以用 Format菜单中的 Flip Name 来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。 Hide Name可以隐藏模块名称。 （ 7） 颜色设定： Format 菜单中的 Foreground Color 可以改变模块的前景颜色， Background Color 可以改变模块的背景颜色；而模型窗口的颜色可以通过 Screen Color 来改变。 （ 8） 参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口，从而对模块进行参数设定。 参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的 help 按钮。 通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块。 （ 9） 属性设定：选中模块，打开 Edit 菜单的 Block Properties 可以对模块进行属性设定。 包括 Description 属性、 Priority 优先级属性、Tag 属性、 Open function 属性、 Attributes format string 属性。 其中Open function 属性是一个很有用的属性，通过它指定一个函数名，则当该模块被双击之后， Simulink 就会调用该函数执行，这种函数在 MATLAB中称为回调函数。 中国石油大学 （华东） 本科毕业设计 （ 论文 ） 11 （ 10） 模块的输入输出信号：模块处理的信号包括标量信号和向量信号；标量信号是一种单一信号，而向量信号为一种复合信号，是多个信号的集合，它对应着系统中几条连线的合成。 缺省情况下，大多数模块的输出都为标量信号，对于输入信号，模块都具有一种 “ 智能 ” 的识别功能，能自动进行匹配。 某 些模块通过对参数的设定，可以使模块输出向量信号。 SIMULINK 线的处理 SIMULINK 模型的构建是通过用线将各种功能模块进行连接而构成的。 用鼠标可以在功能模块的输入与输出端之间直接连线。 所画的线可以改变粗细、设定标签，也可以把线折弯、分支。 1． 改变粗细：线所以有粗细是因为线引出的信号可以是标量信号或向量信号，当选中 Format 菜单下的 Wide Vector Lines 时，线的粗细会根据线所引出的信号是标量还是向量而改变，如果信号为标量则为细线，若为向量则为粗线。 选中 Vector Line Widths 则。