电力电子的 MATLAB 仿真

电力电子的 MATLAB 仿真 计算机控制技术 课程设计资料 2010 年 4 月 前言 电力电子技术综合了电子电路、电机拖动、计算机控制等多学科知识，是一门实践性和应用形 很强的课程。由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路的分析带来了一定的复杂性和 困难，一般常用波形分析的方法来研究。仿真技术为电力电子电路的分析提供了崭新的方法。 我们在电力电子技术课程的教学中引入了仿真，对于加深学生对这门课程的理解起到了良好的 作用。掌握了仿真的方法，学生的想法可以通过仿真来验证，对培养学生的创新能力很有意义，并 且可以调动学生的积极性。实验实训是本课程的重要组成部分，学校的实验实训条件毕竟是有限的， 也受到学时的限制。而仿真实训不受时间、空间和物质条件的限制，学生可以在课外自行上机。仿 真在促进教学改革、加强学生能力培养方面起到了积极的推动作用。 目录 第一章 MATLAB 基础1 11 MATLAB 介绍 1 12 MATLAB 的安装与启动 2 13 MATLAB 环境 3 第二章 MATLAB/Simulink/Power System 工具箱简介7 21 Simulink 工具箱简介7 22 Power System 工具箱简介10 23 Simulink/Power System 的模型窗口 13 24 Simulink/Power System 模块的基本操作17 第三章 电力电子电路仿真实训 21 实训一 单相半波可控整流电路仿真实训 21 实训二 单相桥式半控整流电路仿真实训 29 实训三 单相桥式全控整流电路仿真实训 35 实训四 单相桥式全控有源逆变电路仿真实训 42 实训五 单相交流调压电路仿真实训 45 实训六 降压斩波电路仿真实训 48 实训七 升压斩波电路仿真实训 51 实训八 升降压斩波电路实训 54 实训九 三相半波不可控整流电路仿真实训 57 实训十 三相半波可控整流电路仿真实训 59 实训十一 三相桥式全控整流电路仿真实训 67 实训十二 三相半波可控整流电路有源逆变电路仿真实训 72 实训十三 三相桥式有源逆变电路仿真实训 75 第 1 章 MATLAB 基础 1.1 MATLAB 介绍 MATLAB 是一种科学计算软件。MATLAB 是 Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，这是一种 以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的 MATLAB 主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问 题。由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户 自行扩展的空间，因此受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教学 和科学研究的常用软件。 MATLAB 由美国 Mathworks 公司于 1984 年开始推出，历经升级，到 2001 年已经有了 60 版， 现在 MATLAB 6.1、6.5、7.0 版都已相继面世。早期的 MATLAB 在 DOS 环境下运行，1990 年推出 了 Windows 版本。 1993 年， Mathworks 公司又推出了 MATLAB 的微机版，充分支 持在 MicrosoftWindows 界面下的编程，它的功能越来越强大，在科技和工程界广为传播，是各种科学计 算软件中使用频率最高的软件。 1993 年出现了 SIMULINK，这是基于框图的仿真平台，SIMULINK 挂接在 MATLAB 环境上， 以 MATLAB 的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。SIMULINK 提供了各种 仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大便利。在 SIMULINK 平台上，拖拉和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模型框图，并对模型进行仿真。在 SIMULINK 平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在 MATLAB 窗口使用 MATLAB 命令和函数仿真时， 需要熟悉记忆大量 M 函数的麻烦，对广大工程技术人员来说，这无疑是最好的福音。现在的 MATLAB 都同时捆绑了 SIMULINK，SIMULINK 的版本也在不断地升级，从 1993 年的 MATLAB 40 SIMULINK 10 版到 2001 年的 MATLAB 61SIMULINK 41 版，2002 年即推出了 MATLAB 65 SIMULINK 50 版。MATLAB 已经不再是单纯的矩阵实验室了，它已经成为一个高级计算 和仿真平台。 SIMULINK 原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中易编程、易拓展，并且可以解 决 MATLAB 不易解决的非线性、变系数等问题。它能支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离 散混合系统的仿真，也支持线性和非线性系统的仿真，并且支持多种采样频率(Multirate)系统的仿真， 也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。因此，各科学 领域根据自己的仿真需要，以 MATLAB 为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序以模块 的形式都放人 SIMULINK 中，形成了模块库。SIMULINK 的模块库实际上就是用 MATLAB 基本语 句编写的子程序集。现在 SIMULINK 模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了 SIMULINK 最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具箱(DSPBlocks)、通 信 系 统 工 具 箱 (Comm) 等 也 并 行 列 入 模 块 库 的 一 级 子 目 录 ， 逐 级 打 开 模 块 库 浏 览 器 (SIMULINKLibraryBrowser)的目录，就可以看到这些模块。 从 SIMULINK41 版开始，有了电力系统模块库(Power System Blockset)，该模块库主要由 加拿大 HydroQuebec 和 TECSIMInternational 公司共同开发。在 SIMULINK 环境下用电力系统模块 库的模块，可以方便地进行 RLC 电路、电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。本书中电 力电子电路的仿真就是在 MATLABSIMULINK 环境下，主要使用电力系统模块库和 SIMULINK 两个模块库进行。通过电力电子电路的仿真，不仅展示了 MATLABSIMULINK 的强大功能，并且 可以学习控制系统仿真的方法和技巧，研究电路的原理和性能。 本资料主要是介绍电力电子电路的仿真，因此对 MATLAB 只介绍与本书有关的内容。MATLAB 功能强大，有关 MATLAB 的书刊已经很多，对 MATLAB 更深入的要求，可以阅读其他介绍书籍。 现在因特网上有大量的 MATLAB 资源，如有关 MATLAB 的新消息，免费的工具箱下载，有关 MATLAB 的讨论和讲座等，读者可以进入这些网站，以获取更多的信息。有关 MATLAB 的网站很 netshnet、 h ttp：/wwwmathworkscom、 http：/mathtoolsnet、http：/matlabmyricecom(MATLAB 大观园)、http：/wwwhiraincom(恒 润科技，MATLAB 国内代理)、http：/matlabnetshnet 等。 1.2 MATLAB 的安装和启动 将 MATLAB 61 版插入计算机的光驱，如果操作系统是 Windows 98 或 Windows 2000，系统 会自动进入和运行安装程序，出现图 1-1 所示的 MATLAB 启动界面，并随后出现图 1-2 所示的安装 对话框，按照对话框的提示，点击 Next 键，即可完成 MATLAB 的安装过程。在安装过程中，需要 输入用户名称、公司及产品注册码等。在安装过程中，可以选择安装组件，如果计算机磁盘空间不 足，可以减少一些暂时不用组件的安装。 多，下面列举部分网站供读者参考，其中包括 http：matlab 图 1-1 MATLAB 启动界面 在 MATLAB 安装结束时，可以选择 立即重新启动计算机或暂不重启计算机。安装完成 后，在 Windows 桌面上会自动生成 MATLAB 的快捷方式图标。 图 1-2 MATLAB 安装对话框 不同版本的 MATLAB 安装过程会略有差异，但大体是相同的。 1.3 MATLAB 环境 在桌面上双击 MATLAB 快捷方式图标，或者在开始菜单里点击 MATLAB 的选项，即可进入 MATLAB 环境。进入 MATLAB 环境，即打开了 MATLAB 窗口(见图 1-3)。环境包括 MATLAB 标题 栏、主菜单栏和常用工具栏。在默认显示状态时，在工具栏下有三个子窗口，左边上方窗口显示 MATLAB 联机说明书目录或工作间的内容，两者可以通过子窗口下方的 Launch Pad 和 Workspace 键 切换。左边下方窗口将显示已执行的命令(Command History)。右方窗口是 MATLAB 的命令子窗口， 这是 MATLAB 的主要工作窗口，在这个窗口中，在提示符后逐行输入 MATLAB 命令，回车 后，命令就能立即得到执行。 图 1-3 MATLAB 的工作环境 1.3.1 MATLAB 的主菜单 MATLAB 的主菜单有 File、Edit、View、Web、Window 和 Help 六项。点击菜单命令，就会显 示下拉子菜单的内容。这些菜单的内容与其他应用程序的菜单区别不大，因此只选择一些主要内容 进行说明。 1File(文件)菜单 (1)New创建一个新文件，有三种文件，即M-file、Figure、Model可选。选择Model 即可进入 SIMULINK 环境，以绘制仿真模型方式对电路和系统仿真，这是本书介绍的主要仿真方式。 (2)Open打开一个名为work的文件夹，这是 MATLAB 默认的保存文件的地方。只要文 件保存时没有另外指定文件保存的路径，MATLAB 系统就将文件保存在work文件夹中。 (3)Close Commmand Window，点击该项可以切换窗口显示。 (4)ImpoaData为打开 MATLABwork文件夹中带有mat 后缀的数据文件，并将数据放 到工作间(Workspace)中备用。 (5)SaveworkspaceAs为保存工作间(Workspace)中的数据。 (6)SetPath为打开 MATLAB 的路径浏览器，搜索 MATLAB 所有文件的路径。 (7)Preferences可以打开一个 MATLAB 的参数设置对话框，供用户改变工作环境的外观和 相关操作的属性。 (8)Print为打印。 2Edit(编辑)菜单 Edit(编辑)菜单中包括了撤消(Undo)、恢复(Redo)、剪切(Cut)、复制(Copy)、粘贴(Paste)、特殊 粘贴(Paste SpeciM)、全选(Select A11)、清除(Delete)等命令，这些命令都要在选中目标后才能操作。 另外还有窗口命令，其中包括清除命令窗口(Clear Command Window)显示的内容、清除历史命令 (ClearCommandHistory)窗口内容以及清空工作间(ClearWorkspace)。 3View(查看)菜单 View(查看)菜单中的命令主要用来改变桌面上 MATLAB 子窗口打开的个数和排列，如选择 Desktop LayoutDefault 默认方式，则 MATLAB 的窗口就如图 1-3 所示，读者只要试验几次就知道 了。 4Web(万维网)菜单 Web(万维网)菜单保存了 Mathworks 公司的三个网址，点击其中之一，即可进入该公司的相应网 站。 5Window(视窗)菜单 用来查看 MATLAB 已经打开的窗口，并选择其中某一窗口或在不同窗口之间进行切换。 6Help(帮助)菜单 Help(帮助)菜单用于打开 MATLAB 的帮助窗口，用鼠标点击窗口中的帮助主题或浏览器，可以 得到帮助的内容。 1.3.2 MATLAB 的工具栏 在 MATLAB 的工具栏上有九个按钮，为用户提供了常用命令的快捷方式，其功能如下： (1) (2) 用于打开 MATLAB 的 M 文件(M-file)编辑器，用编辑器编辑一个 M 文件的新文件。 用于打开一个已经存在的文件，它的默认方式是打开 MATLABwork 文件夹中的模型文件。 (3) (4) 用于将选中的文档剪切下来，并放到粘贴板上。 用于复制选定的文档，并放到粘贴板上备用。 (5) (6) (7) (8) (9) 用于将保存在粘贴板上的文档粘贴到指定的位置上。 用于撤消最近的一次操作。 燃用于恢复最近的一次操作。 用于打开$IMULINK 模块库浏览器，进入$IMULINK 仿真环境。 用于打开 MATLAB 帮助文件。 1.3.3 MATlAB 的命令窗口 MATLAB 的命令窗口(CommandWindow)是 MATLAB 的主要工作区，是人机对话的主要环境。 在命令窗口中键人各种命令，可以得到相应的结果。图 1-4 所示为在命令窗口中键人了一个简单的 代数计算式：10.5+3*4*(2.1+3.4)/2,回车后得到的计算结果是 43.5。 图 1.4 MATLAB 命令窗口 1.3. MATLAB 的工作间 MATLAB 的工作间(Workspace)是暂时存放 MATLAB 命令或程序的运行结果，以及程序(或命令) 中出现的常数和变量的一个空间。在进人 MATLAB 环境时，MATLAB 工作间(Workspace)就自动同 时打开。在运行 MATLAB 程序时，程序中的变量就会存放到工作间中，程序运行的结果也以变量的 形式保存在工作间中。 工作间的变量可以在窗口中看到，也可以用命令 who 或 whos 查看当前工作间中的所有变量。 其中，命令 who 只给出变量名，命令 whos 不仅给出变量名，还同时给出变量的大小和数据类型。 用命令 clear 可以清空工作间中的变量和数据。 第二章 MATLAB/Simulink/Power System 工具箱简介 Simulink 工具箱的功能是在 MATLAB 环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型； 电力系统(PowerSystem)仿真工具箱是在 Simulink 环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用 于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法， 用于系统的建模。 本章以 MATLAB61 版本为基础，首先概述 Simulink 和 PowerSystem 工具箱所包含的模块资 源和 SimulinkPowerSystem 的模型窗口；其次介绍 SimulinkPowerSystem 模块的基本操作。 2.1 Simulink 工具箱简介 在 MATLAB 命令窗口中键人Simulink命令，便可打开 Simulink 工具箱窗口，如图 2-1 所示。 图 2-1 Simulink 模型库界面 在图 2-1 所示的界面左侧可以看到，整个 Simulink 工具箱是由若干个模块组构成的。在标准的 Simulink 工具箱中，包含连续模块组 (Continuous) 、离散模块组 (Discrete)、函数与表模块组 (Function&Tables) 、 数 学 运 算 模 块 组 (Math) 、 非 线 性 模 块 组 (Nonlinear) 、 信 号 与 系 统 模 块 组 (Signals&Systems)、输出模块组(Sinks)、信号源模块组(Sources)和子系统模块组(Subsystems)等。现 介绍电力电子电路仿真要使用的模块组和模块。 电力电子电路使用的模块组有连续模块组、数学运算模块组、非线性模块组、信号与系统模块 组、输出模块组、信号源模块组和子系统模块组等。 .1 Continous 模块组及其图标 该模块组包括的主要模块及其图标如图 22 所示，共由 7 个标准基本模块。 图 22 Continous 模块组 212 Math Operations 模块组及其图标 该模块组包括的主要模块及其图标如图 23 所示，共由 25 个标准基本模块。 图 23 Math Operations 模块组 213 Discontinuities 模块组及其图标 该模块组包括的主要模块及其图标如图 24 所示，共由 8 个标准基本模块。 图 24 Discontinuities 模块组 214 Signal Routing 模块组及其图标 该模块组包括的主要模块及其图标如图 25 所示，共由 15 个标准基本模块。 图 25 Signal Routing 模块组 215 Sinks 模块组及其图标 该模块组包括的主要模块及其图标如图 26 所示，共由 9 个标准基本模块。 图 26 Sinks 模块组 216 Sources 模块组及其图标 该模块组包括的主要模块及其图标如图 27 所示，共由 18 个标准基本模块。 图 27 Sources 模块组 2.2 Power System 工具箱简介 在 MATLAB 命令窗口中键入powerlib命令，则将得到如图 28 所示的工具箱。 图 28 电力系统工具箱界面 在该工具箱中有很多模块组，主要有电源、元件、电力电子、电机系统、连接器、测量、附加、 演示等模块组。双击每一个图标都可打开一个模块组。 2.2.1 电源（Electrical sources）模块组 电源模块组包括：直流电压源、交流电压源、交流电流源、三相电源、三相可编程电压源、受 控电压源和受控电流源等基本模块。电源模块组中各基本模块及其图标如图 29 所示。 图 29 电源模块组 2.2.2 测量模块组 测量模块组包括：电压表、电流表、三相电压电流表、多用表、阻抗表和各种附加的子模块 组等基本模块。测量模块组中各基本模块及其图标如图 210 所示。 图 210 测量模块组 2.2.3 元件模块组 元件模块组包括各种电阻、电容和电感元件，各种变压器元件。元件模块组中各基本模块及其 图标如图 211 所示。 图 211 元件模块组 2.2.4 电力电子元件模块组 电力电子模块组包括二极管、晶闸管、MOS 场效应管、可关断晶闸管、IGBT、理想开关、三电 平变流器桥等模块，此外还有 2 个附加的控制模块和一个通用变流桥。电力电子模块组中各基本模 块及其图标如图 212 所示。 图 212 电力电子模块组 2.2.5 连接器模块组 连接器模块组包括 10 个常用的连接器模块。连接器模块组各基本模块及其图标如图 213 所示。 图 213 连接器模块组 2.2.6 附加模块组 附加模块组则包括了上述各模块组中各个附加子模块组。附加模块组各基本模块及其图标如图 214 所示。 图 214 附加模块组 23 Simulink/Power System 的模型窗口 当按下File文件菜单中的New子菜单时，就弹出无标题名称的untitled新建模型窗口 （图 215 所示）。 Simulink 和/Power System 的模型窗口是相同的。 图 215 Simulink 和/Power System 的模型窗口 窗口的第二行是模型窗口的主菜单，第三行是工具栏，最下方是状态栏。在工具栏与状态栏之 间的窗口（此处作了缩小）例模型、修改模型及仿真的操作平台。 231 模型窗口的菜单 Simulink 和/Power System 的模型窗口的主菜单有文件、编辑、查看、仿真、格式设定、工具与 帮助七项菜单选项。 1 File（文件）菜单 New(Ctrl+N）：创建新的模型或模块库。 Open(Ctrl+O)：打开模型。 Close(Ctrl+W)：关闭模型。 Save(Ctrl +S)：保存当前的模型文件(路径、子目录、文件名都不变) Save as：将模型文件另外保存(改变路径、子目录、文件名)。 Sources control：源项控制。 Model properties：模型属性。 Preferences：仿真属性。 Print (Cai+P)：打印模型。 Print setup：打印机设置。 Exit MATLAB(Ctrl+Q)：退出 MATLAB 2Edit(编辑)菜单 UndoAdd(Ctrl+Z)：撤销前次操作。 Cant redo(Ctrl+Y)：恢复前次操作。 Cut(Ctrl + X)：剪切当前选定的内容，并放在剪贴板上。 Copy(Ctrl +C)：将当前选定的内容复制到剪贴扳。 Paste(Ctrl +V)：将剪贴扳上的内容粘贴到当前光标所在位置。 Clear(Delete)：清除选定内容。 Select all(Ctrl +A)：选择整个窗口。 3View (查看)菜单 Status bar：，显示或隐藏状态栏。 Model browser options：模型浏览器。 Block data options：当鼠标位于模块上方时显示模块内部数据. Zoom in：放大模型显示比例。 Zoom out：缩小模型显示比例. Fit system view：自动选择最合适的显示比例。 Normal(100)：以正常工作比倒(100)显示模型 4Simulation(仿真)菜单 start (Ctrl +T)：启动或暂停仿真。 stop：停止仿真。 Simulation parameters (Ctrl +E)：设置仿真参数 Normal：常规标准仿真。 Accelerator：加速仿真。 5Format(格式设定)菜单 Font：字体选择。 Text alignment ：文字对齐方式。 Flip name：模块标题名称上下换位。 Hide name：显示隐藏模块名。 Flip block(Ctrl+1)：将功能模块图旋转 180。 Rotate block(Ctrl +R)：将功能模块图顺时针旋转 90*。 Show drop Shadow：显示或隐藏模块的阴影。 Show port labels：显示或隐藏子系统输入输出字符与空框或有示意图框 Foreground color：设置前景颜色。 Background color：设置背景颜色。 Screen color：设置屏幕颜色。 Library link display：库的联接显示。 Sample time colors：给不同采样时间序列填加颜色 Wide nonscalar lines：用宽信号线表示向量信号。 Signal dimensions：设置向量信号的宽度。 Port data types：标明端口数据的类型。 6Tools(工具)菜单和 Help(帮助)菜单 由于工具菜单应用较少，帮助菜单容易看懂，故此处不作具体介绍。 232 模型窗口工具栏 模型窗口中主菜单下面是工具栏(见图 215)，工具栏有 15 个按钮，用来执行最常用的 15 个功 能，归纳起来可分为 5 类。 图 215 所示的 Simulink 模型窗口工具栏自左到右有 15 个按钮，其功能分述如下。 1文件管理类 文件管理类包括 4 个按钮： 第 1 个按钮：单击该按钮将创建一个新模型文件，相当于在主菜单File中执行New命 令。 第 2 个按钮：单击该按钮将打开一个已存在的模型文件，相当于在主菜单File中执行Open 命令。 第 3 个按钮：单击该按钮将保存模型文件，相当于在主菜单File中执行Save命令。 第 4 个按钮：单击该按钮将打印模型文件，相当于在主菜单File中执行Print命令。 2对象管理类 对象管理类包括以下 3 个按钮： 第 5 个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件剪切到剪贴板上，相当于在主菜单Edit 中执 行Cut命令。 第 6 个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件复制到剪贴板上，相当于在主菜单Edit中执行 Copy命令。 第 7 个按钮：单击该按钮，将剪贴板上的内容粘贴到模型窗口的指定位置，相当于在主菜单Edit 中执行Paste命令。 3命令管理类 命令管理类包括以下两个按钮： 第 8 个按钮：单击该按钮将撤销前次操作，相当于在主菜单Edit中执行Undo Delete命 令。 第 9 个按钮：单击该按钮将重复前次操作，相当于在主菜单Edit中执行Redo Delete命 令。 4窗口切换类 窗口切换类包括以下 4 个按钮： 第 10 个按钮：单击该按钮将打开 Simulink 库浏览器，相当于在主菜单项View中执行Show Library Browser命令。 第 11-13 个按钮：此 3 个按钮用来切换到触发模型浏览器。 5仿真控制类 仿真控制类包括以下两个按钮： 第 14 个按钮：单击该按钮将启动或暂停仿真，相当于在主菜单项Simulation中执行Star/Pause 命令； 第 15 个按钮：单击该按钮将停止仿真，相当于在主菜单项Simulation中执行Stop命令。 24 Simulink/Power System 模块的基本操作 Simulink 和 Power System 模块的基本操作是相同的。下面的操作方法对 Simulink 和 Power Power System 模块的操作均适用。 241 模块的选定、复制、移动与删除等 1模块的选定 模块选定(即选中)是许多其他操作如删除、剪切、复制的前导性操作。选中模块的方法有以 下两种： （1)用鼠标左键单击待选模块，当模块的四个角处出现小黑块时，表示模块被选中。 （2)如果要选择一组模块，可以按住鼠标左键拉出一个矩形虚线框，将所有要选的模块框在其 中，然后松开鼠标左键，当矩形里所有模块的四个角处都出现小黑块时，表示所有模块被同时选中。 关于模块的选取还有以下两点需说明： 1)如果在被选中模块的图标上再次单击左键，取消了对该模块的选取。 2)如果想选取不连续的多个模块，但是用拖曳方框的方式又会选取到我们不想要的模块此时可 以按住Shift，键，再按住鼠标左键来拖动一个矩形虚线框，这样一个一个地选取。 2模块的复制 从模块组中复制模块的操作方法是：在模块组中将鼠标箭头指向待选模块，用鼠标左键单击它， 当待选模块四个角处出现小黑块时，表示已经被选中，校住鼠标左键不放，将所选模块拖动到 untitled模型窗门里的目标位置，松开鼠标左键，则在untitled，模型窗口里的某个位置上就有 一个与待选模块完全相向的模块图标，这样就完成了从模块组中复制模块的操作。 在untitled模型窗口里复制模块的方法有以下两种： （1)首先选中待复制模块，运行Edit菜单中的Copy命令；然后将光标移到要粘贴的地 方，控下鼠标左键；看到选定的模块恢复原状，在选定的位督上再运行Edit菜单中的Paste 命令即可：新复制的模块和原装模块的名称会自动编号，以示区别。 （2)另一种简单的复制操作是先按下键不放，然后将鼠标移到需复制的模块上，注意鼠标 指针的变化，如果多厂一个小小的加号，就表示可以复制了。把鼠标光标拖动到目的位置后，松 开鼠标左键，这样就完成了复制工作。 3模块的移动 模块移动操作非常简单：将光标置于待移动模块的图标上，然后按住鼠标左键不放，将模块图 标拖动到目的地放开鼠标左键，模块的移动即可完成，、注意：模块移动时，它与其他模块的连线也 随之移动， 4模块的删除和粘贴 对选中模块的删除和粘贴可以按如下方法操作： （ 1）按Delete键，把选定模块删除。 （ 2）选择Edit菜单中的Cut命令将选定的模块移到剪贴板后，重新粘贴。 5改变模块对象的大小 用鼠标选样对象模块图标，再将鼠标移到模块对象四周的控制小块处，鼠标指针将会变成双箭 头的，、或形状，此时按住鼠标左键不放，拖曳鼠标，待对象图标大小符合 要求时放开鼠标左键，这样就可改变模块对象田标的大小。 6改变模块对象的方向 一个标准功能模块就是一个控制环节。在绘制控制系统模迎方框图即连接模块时，要特别注意 模块的输入、输出口模块间的信号流向。在 SiamlinkPower System 中，总是由模块的输入端口接 受信号，其端口位于模块左侧；输出端口发送(出)信号，其端口位于模块右侧。但是在绘制反馈通道 时则会有相反的要求，即输入端口在模块右侧，输出端口在模块左侧。这时可按以下操作步骤来实 现：用鼠标选中模块对象，利用untitled的主菜单项Format下拉菜中的Flip Block或者Rotate Block命令，如果选择Flip Block或者直接按键，即可将功能模块旋转 180 度；如果选择 Rotate Block或者直接按健，即可将功能模块顺时针旋转 90 度。 242 模块的连接 当把组成一个控制系统所需的环节模块都复制到untitled模型窗口后，如果不用信号线将这 些模块图标连接起来，则它并不描述一个控制系统。当用信号线将各个模块图标连接成一个控制系 统后，即得到所谓的系统模型。要说明模块的连接首先需要介绍信号线的使用。 1信号线的使用 信号线的作用是连接功能模块。在模型窗口里，拖动鼠标箭头可以在模块的输入与输出之间 连接信号线。为了连接两个模块的端口，可撞住鼠标的左健，单击输入或输出端口，看到光标变为 +字形以后拖曳+字图形符号到另外一个端口，鼠标指针将变成双+字形状然后放 开鼠标左健。则一根最简单的信号线就连成了，带连线的箭头表示信号的流向。 对信号线的操作和对模块操作一样，也需先选中信号线(鼠标左健单击该线)，被选中的信号线的 两端出现两个小黑块，这样就可以对读信号线进行其他操作了，如改变其粗细、对其设置标签，也 可以把信号线折弯、分支，甚至删除。 2向量信号线与线型设定 对于向量信号线在untitled模型窗口里，可选中主菜单Format下的signal dimensions 命令，对模型执行完Simulation下的Start命令后，传输向量的信号线就会变粗。变粗了的线 段表示诙连接线上的信号为向量形式。 3信号线的标签设置 在信号线上双击鼠标左键，即可在信号线的下部拉出一个矩形框，在矩形框内的光标处可输入 该信号线的说明标签，既可输入西文字符，也可辖入汉字字符。标签的信息内容如果很多，还可以 用键换行输人。如果标签信息有错或者不妥，可以重新选中再进行编辑修改。 4信号线折弯 选中信号线，按住键，再用鼠标左健在要折弯的地方单击一下现一个小圆圈，表示折点， 利用折点就可以改变信号线的形状。 选中信号线将鼠标指到线段端头的小黑块上，直到箭头指针变为O形，按住鼠标左键。 拖曳线段，即可将线段以直角的方式折弯。 如果不想以直角的方式折弯，也可以在线段的任一位置将线段以任意角度折弯。 5信号线分支 选中信号线，按住健，在要建立分支的地方按住鼠标左键并拉出即可。另外一种方法是： 将鼠标指到要引出分支的信号线段上，按住鼠标右健拖曳鼠标，即可拉出分支线。 6信号线的平行移动 将鼠标指到要平行移动的信号线段上，按住鼠标左健不放鼠标指针变为十字箭头形水平成垂 直方向拖曳鼠标移到目的位置，松开鼠标左健，信号线的平行移动即完成。 7信号线与模块分离 将鼠标指针放在想要分离的模块上，按住(Shift)健不放，再用鼠标把模块拖曳到别处，即可把模 块与连接线分离。 8信号线的删除 选定要删除的信号线，按(delete)键，即可把选中的信号线删除。 243模块标题名称、内部参数的修改 在实际工程中，那些被复制的标准模块的标题名称和内部参数常常需作一定的修改。 1标题名称的修改 模块标题名称是指标识模块图标的字符串，通常模块标题名称设置在模块图标的下方，也可以 将模块标题名称设置在模块图标的上方。对用户所建模型窗口中模块标题名称进行修改的方法如下： （1)用鼠标左键单击功能模块的标题，在原模块标题外拉出一矩形框，按住鼠标左键，选取要 修改的标题字符部分，使之增亮呈反相显示。 （2)按(Enter)键，反相显示的、要修改的部分字符立即被删除，重新输入新的标题信息(中西文 字符均可)。 (3)用鼠标左键单击窗口中的任一地方，修改工作结束。 如果重新输入新的标题信息内容很多，可以按Enter)键换行输入。 2模块内部参数设置 在模型窗口中，双击待修改参数的模块图标，打开功能模块内部参数设置对话框，然后通过改 变对话框相关栏目中的数据便可。 第三章 电力电子电路仿真实训 运用现代仿真技术是学习、研究和设计电力电子电路的高效便捷的方法。 实训一 单相半波可控整流电路仿真实训 一、电路原理图 单相半波可控整流电路如图 3-1 所示。电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成。改 变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型、 设置模型参数 和观察仿真结果。 图 3-1 单相半波可控整流电路原理图 二、建立仿真模型 1建立一个仿真模型的新文件。在 MATLAB 的菜单栏上点击 File，选择 New，再在弹出菜单 中选择 Model，这时出现一个空白的仿真平台，如图 32 所示。在这个平台上可以绘制电路的仿真 模型。 图 32 仿真模型窗口 2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击 图标调出模型库浏览器，在模型库中 提取所需的模块放到仿真窗口。组成单相半波整流电路的元器件有交流电源、晶闸管、RLC 负载。 3将电路元器件模块按单相整流的原理图连接起来组成仿真电路。如图 33 所示。 图 33 单相半波整流电路电阻负载模型 三、设置模型参数 设置模型参数时保证仿真准确和顺利的重要一步。有些参数由仿真任务决定，如电压、电流等， 有些参数是需要通过通过仿真来确定的。设置模型参数可以 双击模块图标弹出参数设置对话框，然 后按框中提示输入，若有不清楚的地方可以借助 help 帮助。在本例中，参数设置如下： 1交流电源。电压为 220V，频率 为 50Hz，初始相位为 0，如图 34 所示。 图 34 电源电压参数设置对话框 2晶闸管。晶闸管直接使用了模型的默认参数，也可以另外设置，如图 35 所示。 图 35 晶闸管参数设置对话框 3负载 RLC。根据负载要求设置。如图 36 所示。 图 36 负载 RLC 参数设置对话框 4晶闸管的触发电路。本实训晶闸管的触发采用简单的脉冲发生器来产生。控制角以脉冲的延 迟时间来表示，如图 37 所示。 图 37 脉冲发生器参数设置对话框 四、模型仿真 在模型开始仿真前还必须首先设置仿真参数。在菜单中选择 Simulation，在下拉菜单中选择 Simulation parameters，在弹出的对话框中设置的项目很多。主要有开始时间、终止时间、仿真类型 等。本实训的仿真参数设置如图 38 所示。 图 38 仿真参数设置对话框 在参数设置完毕后即可以开始仿真。在菜单 Simulation 下选择 Start，立即开始仿真，若要中途 停止仿真可以选择 Stop。 在仿真计算完成后即可以通过示波器来观察仿真的结果。在需要观察的点上放置示波器，双击 示波器图标，即弹出示波器窗口显示输出波形。 1 电阻性负载时的仿真波形。 图 39、图 310、图 311、图 312 分别是a0、a30、a90、a150时 仿真波形。 图 39 a0时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形 图 310 a30时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形 图 311 a90时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形 图 312 a150时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形 2电阻电感负载接续流二极管时的仿真。 如果要研究电感性负载时电路工作情况，只需重新设置负载参数。设 R 的值为 2，L 的值为 0.01H，在负载并接二极管，仿真模型如图 313 所示。再次启动仿真得到图 314、图 315 和图 316 所示波形。如图所建，电感中电流在启动时，有一上升过程，一个周期后进入稳态，电流是 连续的。 图 313 单相半波整流电路电阻电感负载接续流二极管模型 图 314 a0时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形 图 315 a90时电源电压、触发脉冲、负载两端电压和电流波形 图 316 a90时晶闸管、二极管两端电压及流过晶闸管、二极管电流波形 实训二 单相桥式半控整流电路仿真实训 一、电路原理图 单相桥式半控整流电路如图 3-17 所示。电路由交流电源、晶闸管、负载以及触发电路组成。改 变晶闸管的控制角可以调节输出直流电压和电流的大小。该电路的仿真过程可以分为建立仿真模型、 设置模型参数 和观察仿真结果。 图 3-17 单相桥式半控整流电路原理图 二、建立仿真模型 1建立一个仿真模型的新文件。在 MATLAB 的菜单栏上点击 File，选择 New，再在弹出菜单 中选择 Model，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2提取电路元器件模块。在仿真模型窗口的菜单上点击 图标调出模型库浏览器，在模型库中 提取所需的模块放到仿真窗口。组成单相半波整流电路的元器件有交流电源、晶闸管、RLC 负载。 3将电路元器