【導(dǎo)讀】斬波電路典型環(huán)節(jié)的建模與仿真，并且給出了仿真結(jié)果波形。頻率等，最終實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)在MATLAB中的仿真。仿真結(jié)果和理論分析。結(jié)果相一致，驗(yàn)證了仿真建模的有效性和正確性。最后，本文對(duì)研究成果進(jìn)行了總結(jié)，并提出了進(jìn)一步改進(jìn)建議。

　　

【正文】 的波形如圖 所示。 29 圖 負(fù)載電流和負(fù)載電壓的波形 可關(guān)斷晶閘管 GTO 的負(fù)載電流波形如圖 。 30 圖 可關(guān)斷晶閘管 GTO 的電流波形 升壓斬波電路的仿真 升壓變換器的工作原理 升壓（ Boost）變換器是一種輸出電壓等于或高于輸入電壓的單管非隔離直流變換器。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管 VT 的導(dǎo)通比，可控制升壓變換器的輸出電壓。它用于需要提升直流電 壓的場(chǎng)合，其原理電路如圖 所示。 圖 升壓（ Boost）斬波電路的原理圖 在電路中 IGBT 導(dǎo)通時(shí)，電流由電源 E經(jīng)升壓電感 L和 VT形成回路，電感L的電流增加，電感儲(chǔ)能；當(dāng) IGBT 關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓串聯(lián)共同向負(fù)載供電，由于在 IGBT 關(guān)斷時(shí)電感的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負(fù)載側(cè)得到高于電源的電壓。二極管的作用是阻斷IGBT 導(dǎo)通時(shí)，電容的放電回路。升壓斬波電路之所以能使輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個(gè)原因：一是 L 儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，二是電容 C可將輸出 電壓保持住。這些可以通過(guò)仿真來(lái)確定。 建立仿真模型 根據(jù)升壓變流器的原理電路建立仿真模型，命名為 f4，如圖 所示。 31 圖 升壓（ boost）斬波電路的仿真模型 設(shè)置模型參數(shù) （ 1）取脈沖發(fā)生器脈沖周期為 ，脈沖寬度為 50%。 （ 2）將直流電源設(shè)置為 200V。 （ 3） RLC 負(fù)載參數(shù)設(shè)置： R的值為 5Ω， L的值為 ， C 的值為 100181。F。 （ 4）設(shè)置仿真參數(shù)，取仿真時(shí)間 3ms，仿真算法采用 ode23tb。 該仿真模型中主要使用的元器件模塊提取路徑見(jiàn)表 ： 表 降壓斬波電路模型主要提取路徑 元器件名稱(chēng) 提取元器件路徑 IGBT 模塊 SimPowerSystems/Power Electronics 直流電壓源 SimPowerSystems/Electrical Sources 串聯(lián) RLC 支路 SimPowerSystems/Elements 脈沖發(fā)生器 Simulink/Sources 電流表、電壓表模塊 SimPowerSystems/Measurements 32 模型仿真 仿真參數(shù)設(shè)置完成后即可啟動(dòng)仿真，得到相應(yīng)仿真結(jié)果。 IGBT 兩端電壓和電流波形如圖 和圖 所示，負(fù)載兩端電壓波形如圖 。 圖 IGBT 兩端電壓波形 33 圖 通過(guò) IGBT 的電流波形 圖 負(fù)載兩端電壓波形 34 從圖 可見(jiàn)，選擇的參數(shù)已能滿(mǎn)足要求，輸出電壓達(dá)到 400V，脈動(dòng)在 5%以?xún)?nèi)。如果需要進(jìn)一步減少輸出電壓波動(dòng)，可以提高脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖的周期，并選擇多組 LC參數(shù)比較以得到更滿(mǎn)意的結(jié)果。 第 5 章 仿真調(diào)試 模型仿真應(yīng)注意的問(wèn)題 模型建立和仿真參數(shù)的設(shè)置 （ 1） SIMULINK 系統(tǒng)建模的過(guò)程中，在用信號(hào)線(xiàn)連接 模型中所需的模塊時(shí)，有幾點(diǎn)需要注意： ①在建模之前應(yīng)對(duì)模塊和信號(hào)線(xiàn)有一個(gè)整體、清晰和仔細(xì)的安排，這樣在建模時(shí)會(huì)省下很多不必要的麻煩； ②模塊的輸入端只能和上級(jí)模塊的輸出端相連接； ③模塊的每個(gè)輸入端必須要有指定的輸入信號(hào)，但輸出端可以空置。 （ 2）建立好仿真模型以后，選擇菜單選項(xiàng) [Simulationsimulation parameters ]，將顯示仿真參數(shù)對(duì)話(huà)框，如圖 所示。這里介紹解法設(shè)置屬性頁(yè)（ Solver）中最常用的設(shè)置項(xiàng)，讀者可以通過(guò)查閱 help 文檔了解其它項(xiàng)目的相關(guān)內(nèi)容。 圖 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框 ①設(shè)置仿真時(shí)間 35 設(shè)置仿真時(shí)間非常重要，它決定了模型仿真的時(shí)間或取值區(qū)域，其設(shè)置完全根據(jù)待仿真系統(tǒng)的特性確定，反映在輸出顯示上就是示波器的橫軸坐標(biāo)值的取值范圍?！?Start time”和“ Stop time”項(xiàng)分別用以設(shè)置仿真開(kāi)始時(shí)間（或取值區(qū)域下限）和終止時(shí)間（或取值區(qū)域上限），默認(rèn)值分別為 和 。 ②選擇仿真算法 在 SIMULINK 的仿真過(guò)程中選擇合適的算法是很重要的。仿真算法是求常微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程的數(shù)值計(jì)算方法，主要有歐拉法（ Eular）、阿達(dá)姆斯法（ Adams）和龍格 — 庫(kù)塔法（ RungeKutta）。由于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的差異性，使得某種算法對(duì)某類(lèi)問(wèn)題比較有效，而另外算法對(duì)另一類(lèi)問(wèn)題更有效。因此，對(duì)不同的問(wèn)題，可以選擇不同的適應(yīng)算法和相應(yīng)的參數(shù)，以得到更準(zhǔn)確、快速的解。 根據(jù)仿真步長(zhǎng)， SIMULINK 中提供的常微分方程數(shù)值計(jì)算的算法大致可以分兩類(lèi)： Variable Step：可變步長(zhǎng)類(lèi)算法，在仿真過(guò)程中可以自動(dòng)調(diào)整步長(zhǎng)，并通過(guò)減小步長(zhǎng)來(lái)提高計(jì)算的精度。 Fixed Step：固定步長(zhǎng)類(lèi)算法，在仿真過(guò)程中采取基準(zhǔn)采樣時(shí)間作為固定步長(zhǎng)。一般而言，使用變步長(zhǎng)的自適應(yīng)算法 是比較好的選擇。這類(lèi)算法會(huì)按照設(shè)定的精確度在各積分段內(nèi)自適應(yīng)地尋找最大步長(zhǎng)進(jìn)行積分，從而使得效率最高。 仿真運(yùn)行和觀測(cè)仿真結(jié)果 （ 1）在模型仿真過(guò)程中如果出現(xiàn)錯(cuò)誤， SIMULINK 將會(huì)終止仿真并彈出一個(gè)標(biāo)題為“ Error Dialog”的帶有明顯出錯(cuò)圖標(biāo)的錯(cuò)誤提示框。點(diǎn)擊提示框中的“ OK”按鍵，將顯示如圖 的錯(cuò)誤信息對(duì)話(huà)框。該對(duì)話(huà)框分如下四個(gè)部分： 36 圖 錯(cuò)誤信息對(duì)話(huà)框 ① Message：信息類(lèi)型，如模塊錯(cuò)誤，連線(xiàn)警告等； ② Source：模型中出錯(cuò)的模塊名； ③ Reported by：出錯(cuò)信息來(lái)源，如 SINMULINK、 Stateflow、 Workshop 等； ④ Summary：出錯(cuò)信息概括。 （ 2）示波器（ Scope）模塊是 SIMULINK 仿真中非常重要的一個(gè)模塊，不僅可以實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果波形的顯示，而且可以同時(shí)保存波形數(shù)據(jù)，是人機(jī)交互的重要手段。如圖 所示，示波器模塊屬性的設(shè)置對(duì)用戶(hù)觀察和分析仿真結(jié)果影響很大，必須進(jìn)行合適的屬性設(shè)置才能得到滿(mǎn)意的顯示效果。 圖 示波器窗口界面 點(diǎn)擊“示波器參數(shù)”按鍵，彈出示波器參數(shù)對(duì)話(huà)框，該對(duì)話(huà)框中含有兩個(gè)標(biāo)簽頁(yè)，分別是“常規(guī)”（ General）和“數(shù)據(jù)” （ Data history）標(biāo)簽頁(yè)，在 37 此只對(duì)后者中的“保存數(shù)據(jù)至工作區(qū)間”（ Save data to workspace）復(fù)選框做簡(jiǎn)單介紹。 “保存數(shù)據(jù)至工作區(qū)間”復(fù)選框：數(shù)據(jù)在顯示的同時(shí)被保存到 MATLAB 工作區(qū)間中。若選中該項(xiàng)，將激活該復(fù)選框下的另兩個(gè)參數(shù)設(shè)置項(xiàng)：“變量名”文本框用于設(shè)置保存數(shù)據(jù)的名稱(chēng)，以便在 MATLAB 工作空間中識(shí)別和調(diào)用該數(shù)據(jù)；“格式”文本框用于設(shè)置數(shù)據(jù)的保存格式。數(shù)據(jù)的保存格式有三種：“數(shù)組”（ Array）格式，用于只有一個(gè)輸入變量的數(shù)據(jù)保存格式；“帶時(shí)間變量的 結(jié)構(gòu)”（ Structure with time） 格式，用于同時(shí)保存波形數(shù)據(jù)和時(shí)間；“結(jié)構(gòu)”（ Structure）格式，用于僅保存波形數(shù)據(jù)。 當(dāng)用戶(hù)采用 plot 繪圖命令來(lái)繪制仿真的結(jié)果時(shí)，需要首先將仿真的結(jié)果變量存放到 workspace 中，然后再進(jìn)行調(diào)用。這時(shí)，用戶(hù)需要保證示波器中變量的格式和仿真參數(shù)設(shè)置中變量的格式保持一致。 結(jié) 論 本文主要研究了電力電子電路典型環(huán)節(jié)的 MATLAB 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果的運(yùn)行效果證實(shí)了本文設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，取得了比較滿(mǎn)意的效果。 應(yīng)用 Matlab／ Simulink 仿 真 設(shè)計(jì)的方法來(lái)對(duì)電力電子電路進(jìn)行分析和計(jì)算，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計(jì)算過(guò)程 , 得到了一種較為直觀、快捷分析電路的新方法。不僅可以節(jié)約計(jì)算時(shí)間、方便修改和調(diào)試參數(shù)，而且還可以非常直觀地觀察和測(cè)量模型電路中的電壓、電流等物理量的實(shí)時(shí)變化曲線(xiàn)。 38 參考文獻(xiàn) [1] 林飛 ,杜欣 . 電力電子應(yīng)用技術(shù)的 MATLAB 仿真 [M]. 北京 :中國(guó)電力出版社 ,2021： 93120. [2] 施曉紅 ,周佳 . 精通 GUI 圖形界面編程 [M]. 北京 :北京大學(xué)出版社 ,： 164175. [3] 王兆安 ,黃俊 . 電力電 子技術(shù) [M]. 第 4 版 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [4] 洪乃剛 ,陳堅(jiān) . 電力電子技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 北京 :清華大學(xué)出版社， 2021：110119. [5] 王云亮主編 . 電力電子技術(shù) [M]. 北京 :電子工業(yè)出版社， . [6] 洪乃剛等編著 . 電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 [M]. 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,. [7] 陳伯時(shí) . 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) [M]. 第 3 版 .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [8] 陳堅(jiān) . 電力電子學(xué) 電力電子變換和控制技術(shù) [M]. 北京 :高等教育出版社 ,2021. [9] 賈正春 ,馬志源 . 電力電子學(xué) [M]. 北京 :中國(guó)電力出版社 ,2021. [10] 潘湘高 . 基于 MATLAB 的電力電子電路建模仿真方法的研究 [J]. 常德師范學(xué)院學(xué)報(bào) . 2021 年第 05 期： 7983. [11] 張建民 ,何怡剛 ,龍佳樂(lè) . 基于 MATLAB 整流電路的建模仿真方法研究[J]. 湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院學(xué)報(bào) .2021： 3640. [11] 韓芝俠 . Matlab／ Simulink 仿真的電力電子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J]. 陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào) .2021 年第 02期 ： 5861. [12] 蘇海濱 ,王繼東 . 基于 Simulink/MATLAB 電力電子系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) [J]. 華北水利水電學(xué)院學(xué) .2021 年第 01 期 . [13] Power System Blockset User′s Guide[M]. Math Work Inc,2021. 39 [14]NED MOHAN, Electronics[M]. New York:John Wileyamp。Sons,. [15] , Width Modulation For Power Converters [M]. Hoboken,:IEEE Press,2021. [16]Leonhard, of Electronical Drives[M]. SpringVerlag,Berlin,1996. [17]Peter ventor and direct torque control[M]. New York:Oxford University Press,1998. 40 致 謝 大學(xué)生的學(xué)習(xí)生活已經(jīng)緩緩落下帷幕，在這四年的時(shí)里為了實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)我付出了許多，同時(shí)也體驗(yàn)了許多、收獲了許多。在這里我要忠心的感謝一直以來(lái)在我身邊關(guān)心我、幫助我的老師、同學(xué)、朋友和家人。 同時(shí)，非常感謝我的舍友們?cè)趯W(xué)習(xí)和生活上給予的莫大的關(guān)心和 幫助。他們?cè)谖矣龅嚼?，情緒低落的時(shí)候安慰我、鼓勵(lì)我，給我信心與力量，讓我能夠很好的解決問(wèn)題，從而順利的完成課題的研究及論文的編寫(xiě)工作。此外，感謝幫助過(guò)我的其他同學(xué)、朋友和我親愛(ài)的家人。 41