开题报告基于Malab的逆变器建模与仿真.doc

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1、电气工程及其自动化系毕业设计（开题报告）毕业设计开题报告课题名称： 基于Matlab的直流-交流变换器建模与仿真 学生姓名： 学 号： XXXXX 学 院： 机械电气工程学院 专业、年级： 电气工程及其自动化 指导教师： 职 称： 毕业论文(设计)起止时间： 2011.03-2011.06 一、本课题来源及研究的目的和意义。1、课题来源石河子大学机械电气工程学院2、本课题研究的目的和意义(1）研究目的利用MatlabSimulink实现计算机仿真设计与虚拟实验，设计与实验可以同步进行本课题通过利用Matlab仿真软件对电路试验的仿真，来提高实验者实验的基本技能，提高实际操作能力，并从实验中发现

2、问题、分析问题，并运用所积累的理论和实践知识解决问题。利用计算机仿真的优越性，将一些目前暂时还无法实现的实验装霞用计算机来模拟。提高了对电力电子技术实验的兴趣，加深了对该课程的理解，同时也巩固和拓宽对计算机的应用能力便于进行综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。（2）研究意义本设计主要对有源逆变电路进行讨论 ,并应用Matlab的可视化仿真工具 Simulink对有源逆变电路进行建模 ,并对仿真结果进行了分析 ,既避免了繁琐的绘图和计算过程 ,又尝试得到了一种直观、快捷分析有源逆变电路的新方法。目的我的毕业设计的课题是基于Matlab的直流交流变换器建模与仿真，其主要目

3、的是通过此次课程设计进一步学习和巩固电力电子技术及其相关知识，并学会利用所学的知识能，在设计过程中能综合运用所学知识内容，进一步熟悉和掌握Matlab的使用方法;能对逆变原理进校较深的了解;为即将进入社会参加工作打下坚实的基础; 掌握收集资料、消化资料和综合资料的能力等等。3、考虑使用Matlab进行仿真设计的主要原因和意义 在日常电力电子技术这门专业课学习中，通常进行的是教师课本教学，学生跟从教学进度进行学习，但往往会局限于广泛的理论学习，而很少进行真正的实验研究训练和实训，会形成学生单一注重理论而不能和实际相结合，造成动手能力差，由此在电力电子技术学习过程中引入Matlab软件主要有以下好

4、处： 仿真实验的引入改变了以往单一的实验形式，使学生既掌握了一种新的电路设计软件，又掌握了一门新型的实验分析方法，大大提高了学生做实验的兴趣。尤其是利用Matlab作为仿真的综合性和设计性实验，学生不再是被动地重复教师的操作，而是主动地去探求解决问题的方法，同样的设计要求可以有不同的实现电路，能充分发挥学生的主观能动性和创造性培养他们运用所学知识分析问题和解决实际问题的能力。 仿真实验的引入能使学生实验起到比较好的效果。无论从电路的原理还是实验设备的应用上，都有相对直观，感性的认识。从而减少了在实际实验过中的盲目性。这样就可以有效避免因不会使用实验仪器或使用不当造成的仪器损坏。在电力电子电路如

5、变流装置的设计过程中，需要对设计出来的初步方案(电路)及有关元件参数选择是否合理，效果如何进行验证。如果通过实验来检验，就要将设计的系统用元件安装出来再进行调试和试验，不能满足要求时，要更换元件甚至要重新设计、安装、调试，往往要反复多次才能得到满意的结果。这样将耗费大量的人力和物力，且使设计效率低下、耗资大、周期长。采用计算机进行仿真试验，则可大大地节约开支，提高设计效率，缩短设计周期。但是用其它计算机高级语言(如 C语言，BASIC语言或仿真语言)编程实现，对电力变流电路来说，由于大功率开关器件开关转换电流换相动态过程十分复杂，过渡过程一个接一个，一个未完，新的一个又开始了要分析输出电压、电

6、流(带感性负载时)波形，特别是如大功率开关管关断时承受的尖峰电压大小形状，即阻容保护电路的保护效果如何，就要建立等效电路的数学模型。而这样的数学模型是很复杂的，即使建立起来了，用计算机编程实现得到真实的仿真结果也需要花大量的时间精力来编程和调试。然而采 MATLAB/SIMULINK可视化图形化仿真环境来对电力电子电路进行建模仿真则可使之变得直观，简单易行，效率高，真实准确。 二、本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析。MATLAB技术现状Matlab(Matrix Laboratory)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

7、,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，MA

8、TLAB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。Simulink是Matlab软件的扩展 ,它主要用于动态系统的仿真。它与用户的交互接口是基于 Windows 的图形(使用方块图)编程方法 ,在 Simulink中加入了许多Matlab函数。Simulink 提供了丰富的模型库供仿真使用 ,其中包括电力系统元件库(Power SystemBlock,简称 PSB) 。PSB 的功能非常强大 ,可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真 ,提供了一种类似电路建

9、模的方式进行模型绘制 ,在仿真前自动将其变化成状态方程描述的系统形式 ,然后在Simulink下进行仿真分析。PSB 含有丰富的元件模型 ,包括机电设备、电力电子元件、测量元件及信号显示、模块连接等模块。MatlabSimulink将原理图的刨和结果的图表显示全部集成到个界面就像一个实验下作有元件库，有测试仪器库，有操作命令。电力电子电路实验系统的simulink仿真，具有以下特点：(1) 仿真研究方法简单、灵活、多样。该仿真实验系统比实际物理系统简单，既可以在实验室教学也可以在多体教室进行，在仿真时还可以任意作参数调整，体现了仿真研究和教学的方便性和灵活性。(2)仿真结果直观。通过仿真研究可

10、以得到有关系统设计的大量、充分而且直观的曲线与数据，方便对系统进行分析、改进。(3) 教学成本低。实验室MatlabSimulink研究和仿真教学的低成本是毋庸置疑的。实际上，仿真的对象是物理系统的数学模型，而不是物理系统本身。三、对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析。建收集前人相关研究成果，并进行研究分析，从较先进的研究成果中汲取营养。对基于Matlab/Simulink软件对直流交流变换己有的模与仿真方法进行分析与讨论，并通过Simulink仿真模型开展仿真研究，设计仿真内容，特别对单相桥式全控整流及有源逆变电路、三相半波整流及有源逆变电路、三相桥式整流及有源逆变电路、正弦波脉宽

11、调制逆变器及滞环控制三相电流跟踪型逆变器等进行仿真设计与分析。在规定时间内独立完成所指定的设计内容2、在试验中应用仿真软件进行研究的可行性（1）Matlab具有和实验室一样的设备，甚至比实验室的设备更齐全。而且它可以进行常见的故障设置：如短路、断路、漏电等以求和真实的实验更接近。 (2）Matlab还可以对所有其中的设备进行参数设置，且比实际实验更安全和省时。（3）先用几分钟的时间进行仿真，再去做实验不仅省时，而且对实验原理和过程更加娴熟，而且对实验设备的损坏也少。四、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路。1、重点研究的、关键的问题如何娴熟的运用Matlab，并且在仿真前熟悉所要操作的

12、实验原理。将仿真软件与电路原理结合起来是关键。对己有的建模与仿真方法进行分析与讨论，考虑其不足，提出相应的改进措施，指出相应建模方法的使用和适用范围, 也是本课题的难点。2、Matlab引入仿真解决的问题的思路我设计的实验系统，其电力电子电路的Simulink仿真建模流程如图l所示数学建模阶段：将实际对象的动态特性用微分方程、传递函数、状态方程或结构图等方式描述出来。模型转换阶段：Matlab环境下选择仿真算法将数学模型转化成能被计算机接受的离散化模型，即仿真模型。用户可以采用鼠标点击或拖放模块图标的方法来建模。通过图形用户界面(GuI)，用户可以像用铅笔在纸上画图一样画模型图。建立模型后，设

13、定每个模块参数。运行仿真阶段：在Simulink环境下设置仿真参数，包括仿真时间、仿真步长、解算器算法类型等。采取快速仿真算法或离散相似法，既能达到实时仿真的目的，又能满足一定的精度要求。分析仿真结果：使用Scope8(示波器)或者其它的显示模块，可以观察仿真结果。并且能在仿真运行过程中随时改变参数，观察其变化情况。仿真的结果可以放在Matlab的工作空间(workspace)中，以待用户做进一步的分析处理。五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法。1、完成本课题所必须的工作条件（1）个人pc机一台且具有一般的操作系统；（2）具有Matlab仿真软件；（3）能够进行设计安装的工作环境；（4）

14、需要有相关的电力电子知识和设计电力电子实验的能力（5）相关的书籍和学习资料。2、解决的办法（1）通过网络搜索，和大学图书馆和学院资料室借阅解决。（2）遇到问题及时和龚立娇老师交流六、完成本课题的工作方案及进度计划。113周 阅读有关的Matlab仿真有关的文献和资料、进行必要的课题调研，文献综述，开题报告。2.4周 着手进行电力电子实验的设计和电力电子知识的复习。3. 57周 仿真实验和现实实验之间进行对比研究，归纳之间的差别以及仿真的优点。 48周 结合仿真实验资料，进行理论分析。 5910周 整理实验资料，总结所得结论。 61112周 撰写论文，对论文排版和打印，完成毕业论文。七、主要参考

15、文献1.周渊深，电力电子技术与Matlab仿真M，北京：中国电力出版社，2005 2.陈晓平, 李长杰, 毛彦欣编著，MATLAB在电路与信号及控制理论中的应用M，合肥：中国科学技术大学出版社，2008 3.葛哲学编著，精通MATLABM，北京：电子工业出版社，2008 4.沈辉编著，精通SIMULINK系统仿真与控制M. 北京：北京大学出版社，2003 5. 潘湘高. 基于MATLAB的电力电子电路建模仿真方法的研究. 计算机仿真，第20卷 第5期.6.薛定宇，陈阳泉.基于MATLABSimulink的系统仿真技术与应用.北京：清华大学出版社，2002.7.洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统

16、的MATLAB仿真.北京：机械工业出版社，2007. 8. 贺益康，潘再平.电力电子技术基础.浙江：浙江大学出版社，2003.9. 李维波.MATLAB在电气工程中的应用.北京：中国电力出版社，2007. 10.郑亚民，蒋保臣.基于MatlabSimulink的整流滤波电路的建模与仿真Jl.电子技术，2002.11. 郭龙钢，刘兆魁.基于MatlabSimulink的电力电子电路仿真.河南科技大学学报(自然科学版)，第 26卷 第 5期.12.惠杰，王相锋，何国锋.基于 MATLAB的电力电子仿真.山东电力高等专科学校学报，2006：57-59.13. 邓国扬，盛义发.基于Matlab/ Simulink的电力电子系统的建模与仿真.南华大学学报（理工版)，第17卷 第1期.14. 张占松，孙时生，伍言真电路和系统的仿真实践M北京：科学出版社，2000