计算机仿真技术-Chapter1PPT课件

.计算机模拟技术，北京交通大学电气工程学院，任菲，办公地点：电气工程大楼206东办公电话：518764-15email: linfei (提交作业：linf1975)工作文件命名惯例：学号名称工作次数。doc(例如0329003 Deng xiao01.doc，课程内容，系统模拟概述。电力电子仿真建模方法。微分方程的数值解法。基于Matlab的仿真研究。降压电路、三相桥式全控整流电路、三相电压逆变器、异步电动机等。讲课形式课堂教学，机械实践，课后作业，成绩评价作业考试，第一章介绍，电气工程研究领域：电气，电气理论，高压和绝缘，电力系统，电力电子，电力传输，新能源，汽车电子，电力系统。我们的工作：系统转换，改进，控制，工作要做好，首先要利用机器。-论语卫灵公篇，计算机模拟是重要的工具之一。模拟-模拟，1系统模拟概论，G.Golden -“系统这个术语在各个领域使用得太广，很难下一个定义。”，1.1系统定义，第一次在系统- 世界大系统-德穆拉克利特(公元前460-前370)发现，“一切都存在于系统内，系统连接规定了一切，每个连接反映了系统关系的整体外观。”，“系统是根据特定规律相互作用和相互依赖的所有实体的集合或并集。”- G.Golden 系统仿真，系统3元素：物理确定系统的配置并确定系统边界；属性(也称为说明变量)描述了每个实体的特性。活动定义系统内部实体之间的交互，以确定系统内部发生的变更进程。1.1.1系统状态被描述为系统状态，适用于指定时间内系统上的所有对象、属性和活动。1.1.2系统边界。每个系统都放置在特定的环境中。系统和环境之间的边界称为边界。边界决定系统的范围，边界外的系统角色称为系统的输入，系统对边界外的环境的作用称为系统的输出。1.1.3系统的分类，确定性系统和随机性系统，连续系统和离散系统，不同类型的系统采用不同的模拟方法。1.2系统和测试，需要对系统的复杂性确定进行测试，实践是检验真理的唯一标准。两种类型的测试，直接方法：物理系统测试，间接方法：结构模型，测试模型而不是实际测试，模型测试成为主流，系统处于设计阶段时，实际系统尚未构建，只能通过模型进行测试。在物理系统上测试可能会损坏或失败。需要多次考试的时候，很难保证每个考试的条件相同，所以不能准确判断考试结果。考试时间太长或花费太大。实际测试是必需的，1.3物理和数学模型，数学模型：用数学表达式描述系统的内部规律。物理模型：按一定比例的比例按物理系统的“外观”创建。数学模型是计算机模拟的基础。数学模型的分类，1.4模拟，1.4.1模拟定义，1961，G.W.Morgenthator，“模拟是指在物理系统尚不存在的情况下实现系统或活动的本质。”1978年，Korn“实验了一个可以代表正在研究的系统的模型”。1982年，Spriet说：“所有支持模型创建和模型分析的活动都是模拟操作。”1984年，oren，仿真的基本概念框架，建模-实验-分析框架，仿真是基于模型的活动。1.4.2系统、模型和模拟，系统是研究对象。模型是系统的抽象。仿真是通过对模型的实验，达到研究系统的目的。，1.4.3计算机模拟技术是基于相似原理、系统技术、信息技术和模拟应用领域的相关专业技术，以计算机系统、应用相关物理效果设备和模拟器为工具进行系统(现有或设想)的模型研究的多个领域的综合技术。最新的模拟技术大部分是在计算机支持下执行的，因此系统模拟也称为计算机模拟。用电脑解数学模型。1.4.4物理模拟和计算机模拟使用物理模型进行研究，直到没有计算机。也称为物理模拟。物理模拟的优点是直接、图像、容易相信，但是模型有限，容易破坏，很难重复使用。计算机仿真用数学方法描述研究对象，对建模进行编程，并在计算机上运行实现。不怕破坏、修改、重复使用的可能性。计算机模拟可以在产品或设计系统开发的整个过程中使用，如程序演示、技术指标确定、设计分析、生产制造、测试测试、维护培训、故障诊断等。计算机模拟的缺点：受系统建模技术的限制，即不容易构建系统数学模型。将半实物仿真数学模型与实际模型相结合进行实验。为系统中更简单的部分或更清楚地显示其规律的部分创建数学模型，并在计算机中实现。对于比较复杂的部分或定律尚不清楚的系统，如果建立那个数学模型更困难，则采用物理模型或物理模型。模拟时将两者连接起来，完成整个系统的实验。1.4.5模拟时间，实际动态系统的时间基础称为实际时钟。用于系统模拟的时钟称为模拟时钟。实时仿真：也就是说，仿真时钟与实际时钟完全一致，模型仿真运行的速度与实际系统相同。Hardware-in-the-loop模拟通常是即时模拟。子实时模拟：模拟时钟比实际时钟慢，模型模拟运行比实际系统慢。也称为离线模拟。超实时模拟：即模拟时钟比实际时钟快，模型模拟比实际系统快。2系统模拟的一般阶段，专业背景知识确定模型边界：设定研究范围数学模型参数：实际系统和虚拟机确定实验框架：模拟的目的，建模，用计算机程序描述模型，从程序中包含实验帧的适当模拟算法编程算法程序选择解决方案模型，模拟编程，模拟模型验证，程序调试，选定算法合理性验证模型计算的正确性。运行和输出仿真程序，分析仿真结果，验证仿真的正确性：理论分析，实验验证评估系统性能，是，(1)建模，专业知识：电路理论，边界输入：电源电压UDC，负载P0/u状态(输出):容量电压u，电感电流I，数学模型，决策参数，实验框架，研究目的：r，l，c参数匹配和稳定区域关系，小扰动稳定性，大扰动稳定性，实验框架：当RLC取不同值时udc1%-10%扰动，P1%-10%，(2)编程，Matlab/Simulink，模拟算法，(3)运行调试，分析结果，(3)运行调试，分析结果，3模拟软件简介，程序设计运行调试结果输出数学建模，模拟软件，软件面包板，3.1电源电子电路模拟软件，3.1.1ORCAD/PSpice，过去开发1972年，simulationprogrammingwitricmphasis(Spice)由美国UCBerkeley开发，主要用于大型集成电路的计算机辅助设计1988年，成为美国的国家产业标准。PSpice是MicroSim公司发布的用于PC的Spice版本。1998年，ORCAD公司收购了MicroSim，发布了ORCAD/PSpice。模块和功能Capture:电路原理图设计PSpiceAD:模拟电路图LayoutPlus:设计印刷电路板图，主要优点是模拟-数字混合仿真功能。提供了许多设备型号。强大的系统分析功能。您可以通过参数、传递函数、状态方程等创建自己的设备模型。，问题设备模型主要是低功耗电子设备，高功率电子设备故障。功能扩展功能一般。仿真算法的收敛性问题。3.1.2安全器，主要优点系统级模拟：电、机、热、控制等。更灵活的MAST语言。更全面的分析功能。更丰富的软件界面。高效的模拟算法。更适用于电力电子电路仿真。美国Analogy与浙江大学电力电子应用技术国家工程研究中心合作，Analogy亚洲系统模拟中心(ZASC)。3.2电力系统模拟软件，3.2.1EMTP软件，EMTP电磁暂态模拟程序与加拿大不列颠哥伦比亚大学(UBC) H.W.Dommel教授共同成立于60年代。美国邦纳维尔电力局(BPA)、EMTP联合开发中心(DCG)和欧洲EMTP用户协会(LEC)领导了EMTP的发展。目前生成了多种商业软件，包括ATP/EMTP、PSCAD/EMTDC和NETOMAC，其功能和特性主要是用于电力系统的电磁暂态模拟。内置丰富详细的发电机、电动机、输电线路、变压器、断路器等型号。为了在电力系统中研究HVDC和FACTS，使用理想的开关模型模拟电力电子电路。适用于电力系统仿真，但不适用于普通电力电子电路的仿真。3.2.2电力系统潮流和稳定性分析软件，BPA程序：美国班纳维电气动力局(BPA)p sasp程序：电力系统分析集成程序功能：稳态分析，潮流计算错误分析，短路电流计算机电气瞬态分析，3.3电磁场仿真软件，主要目的：电磁场计算，有限元法求解偏微分方程主要软件：ANSOFT:电磁场仿真ANSYS:电磁、声学、热等仿真主要应用：电机内部电磁场计算电磁兼容性分析热设计等。3.4Matlab/Simulink，开放环境，灵活简单的语言，强大的