MATLAB(Simulink)在电路、电子、电拖等课程中的仿真应用.pptx

2019/4/13,甘肃农业大学工学院,1,7.1 MATLAB/Simulink在电路仿真中的应用,本章主要内容,7.2 MATLAB/Simulink在电力电子仿真中的应用,7.3 MATLAB/Simulink在电力拖动系统仿真中的应用,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,2,电类实验是配合电类课程理论教学的一个非常重要的教学环节，而实验分为实物实验和虚拟实验。实物实验的好处是学生可以直接接触到真实的实验器材，开阔眼界，锻炼动手能力，但对于现在的实验教学系统而言，很多情况下学生只能看到成品的柜子，电器元件都被封装在内，因而，学生进行物理实验并不能对整个系统有一个全面深刻的认识；虚拟实验（即仿真）虽然接触不到实物，但学生却可以经历方案确定、器件选择、控制器设计等一个相对完整的工程过程，这对于学生理解抽象概念、激发学习兴趣、培养创造性思维是大有裨益的。因而，虚拟实验是对实物实验的一个有力补充！其作用日益为高等教育界所认识。,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,3,7.1 MATLAB/Simulink在电路仿真中的应用,一、KCL及KVL定律的验证 例7-1 以下图所示电路为蓝本，参数自给，验证KCL及KVL定律。,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,4,KCL验证 1.693+0.607-2.3=0 KVL验证 -5.464-（-5.464）=0,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,5,二、叠加原理验证 由全部独立电源在线性电阻电路中产生的任一电压或电流，等于每一个独立电源单独作用所产生的相应电压或电流的代数和。 例7-2 某电路如下图所示，已知r=2，试用叠加原理求图中所示电流I和电压U。,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,6,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,7,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,8,三、动态电路分析仿真 例7-3 电路如下图(a)所示，已知电容电压uC(0-)=6V，t=0时开关闭和，求图中标出的电容电压和电容电流。,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,9,先 看 传 统 解 析 法,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,10,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,11,Simulink解决方案,理想 开关,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,12,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,13,由于Ideal Switch的采用，必须在Ideal Switch模块中的“Configure parameters”中选中“Enable use of ideal switching devices”选项，否则仿真会报错。,勾选 此项,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,14,可见，此结论与解析方法得到的结论完全一致！,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,15,四、正弦交流电路仿真,例7-4 有一正弦交流电路如下图所示，R=10，L=600mH，us=17320sin(314t)，仿真时间区段为0-0.2s,开关在t=0.01s时闭合，试观察电流的变化过程。,RL串联电路,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,16,非齐次微分方程的特解,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,17,i(0+)=0,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,18,正弦激励下电路的瞬态响应、正弦稳态响应和全响应,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,19,Simulink解决方案,2012.9.23,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,21,过度过程很明显,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,22,7.2 MATLAB/Simulink在电力电子仿真中的应用 MATLAB实际上对电子器件的支持度是不够的，在 Powersystem里 面，只有对强电的分析，没有电子元件。MATLAB实际上最擅长的是系统仿真，信号处理。所以，实际上对模拟电子的仿真在Simulink中是很难进行的，比如用现有模块来搭建三极管、来搭建集成运算放大器等都是非常困难的，而且，MATLAB/Simulink主要专注于原理性的仿真，而模拟电子中的放大、滤波、整流等要不已被抽象为一个Gain模块、一个传递函数模型，要不就是可以在电力电子中进行仿真研究，因此，本课程也不准备在模拟电子仿真中花费宝贵时间，其实，模拟电子和数字电子的仿真都可以在EWB和Multisim中进行，,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,23,这些软件是专用仿真软件，针对性很强，功能也很强大，而且非常容易上手，建议大家自己琢磨。,一、AC-DC(整流)系统仿真,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,24,例7-4 请用Simulink建立一个三相全控桥整流模型，触发角=60，电阻性负载R=10，电容滤波，电容C=3000F，对该系统进行仿真，观测相关波形。,Simulink解决方案,2012.9.23,2012.9.23,2012.9.23,2012.9.23,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,29,二、DC-DC(斩波)系统仿真,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,30,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,31,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,32,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,33,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,34,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,35,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,36,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,37,例7-5,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,38,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,39,Simulink解决方案,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,40,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,41,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,42,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,43,电感电流iL,负载电压U0,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,44,二极管电流iD,ICBT电流iT,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,45,二极管上的压降UD,ICBT上的压降UT,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,46,L=0.1mH, C=4.7uF,电感电流iL,负载电压U0,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,47,L=0.1mH, C=4.7uF,二极管电流iD,ICBT电流iT,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,48,7.3 MATLAB/Simulink在电力拖动系统仿真中的应用,一、直流传动系统仿真,例7-6 某直流转速反馈控制系统的相关参数如下 直流电动机：额定电压UN=220V，额定电流IdN=55A,额定转速nN=1000r/min，电动机电动势系数Ce=0.192Vmin/r。 晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167s。 电枢回路总电阻R=1.0，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s,电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s。 转速返回系数=0.01Vmin/r。 对应额定转速时的给定电压U*N=10V。,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,49,试利用Simulink建立一个比例积分控制系统,模拟电动机的运行。,比例积分直流调速系统原理图,比例系数,积分时间常数,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,50,Simulink解决方案,2012.9.23,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,52,2019/4/13,甘肃农业大学工学院,53,超调量大，但调节时间短,