电路、电力电子系统、电气控制模拟仿真新工具-PLECS工具箱

1、.电气系统仿真-PLECS工具箱：.；第 PAGE 13 页 共 NUMPAGES 13 页 提 纲 引 言. 1绪 论. 1PLECS工具箱.4优 势. 6运用领域. 7客 户. 8竞争产品. 9运用答应. 10晋级维护. 11交 货. 12未来产品. 13引 言电气系统的仿真通常采用MATLAB或者SPICE软件，但他们都有各自的缺陷。PLECS是一个运转于Simulink环境下的工具箱，适用于电气系统的仿真。当被仿真的系统既含有电路部分，又含有复杂的控制方案时，PLECS提供了一个简便的仿真手段。绪 论随着科学技术、仿真实际及计算机的不断开展，仿真技术在不断的提高,在如今的科学研讨中，仿

2、真技术大大提高了科学研讨程度，缩短了科学研讨周期、降低了科学研讨本钱及风险、促进了各不同领域学科间的交融、加速了科研成果转化为消费力。如今,越来越多的技术人员采用计算机来对电气系统来进展仿真。当前适用于电气系统的仿真软件广义上可以分为两大类:电路仿真软件和系统仿真软件。电路仿真软件以SPICE和SABER为代表。当技术人员运用这类仿真软件来对电气系统进展仿真时，必需在仿真环境中描画各个电气元件和各个元件之间的电气衔接。对此，人们通常采用网络表(netlist)来描画电气系统，或者在仿真软件中绘制电路图来描画电气系统。仿真软件将以等效的数学模型对电路进展仿真。虽然运用这类软件可以很方便地对只包含

3、电子电路的电气系统进展仿真，但是这类软件不适用于仿真含有复杂控制构造的电气系统。系统仿真软件以MATLAB为代表。它在科学研讨特别是电子信息科学中有着极为广泛的运用。它的典型运用包括：(1) 数学和计算；(2) 运算法那么；(3) 建模、仿真；(4) 数据分析、研讨等等。它的特点在于其强大的矩阵计算才干和丰富的工具箱。运用系统仿真软件时，电气系统必需采用相应的微分方程或代数方程来描画。当知系统的传送函数时，运用系统仿真软件进展仿真是非常方便的。但是当被仿真的系统含有电路部分，仿真就变得非常困难。由于假设电路部分以简化的传送函数来表示，那么很多细节会被忽略。假设采用Simulink提供的根本模块

4、(如开关和触发器)来构造模型，那么相当费时费力。在对电气系统的仿真中，我们遇到的系统经常是既含有电路部分，又含有复杂的控制方案，例如电气传动系统。为了对这样一类电气系统进展快速而准确的仿真，我们需求一个把两类仿真软件的优点结合起来的仿真工具。PLECS工具箱为我们提供了这样一个处理方案。Simulink是MATLAB运用最广泛的一个软件包，它是针对动态系统进展建模、分析、仿真物理系统和数学系统的重要工具。它以MATLAB的中心数学、图形和言语为根底，可以让用户轻松的完成从算法开发、仿真或模拟验证的全过程。 Simulink常用的模块有Sources模块库、Sinks模块库、Continues模

5、块库、Discrete模块库、Math Operations模块库等等。每个模块库又有对应的模块。如Sources模块库，它里面有Sine Wave模块、From Workspace模块等。这里就不作详细阐明。PLECS工具箱PLECS工具箱是由瑞士苏黎士工学院的Jost Allmeling和Wolfgang Hammer开发。这个工具箱是特别为电力电子系统的仿真而开发，同时，它还适用于仿真既含有电路部分又含有复杂的控制方案的系统。PLECS是基于MATLAB的Simulink为运转环境,可以与Simulink并行被运用,也可以作为Simulink的一个工具箱,和Simulink下的其他模块并

6、列存在. 熟习Simulink的用户,会很轻松的掌握PLECS软件的编辑原理.根本原理：PLECS工具箱的算法是基于形状空间的。当电路中只包含线性元件时，从数学的角度，这个电路就可以用相应的微分方程来描画。即：Dx/dt = Ax + Bu (x、u为矢量)Y = Cx + Du (x、y、u均为矢量)在建立电路模型后，PLECS工具箱会产生对应的形状方程，并把这些形状方程封装在一个子系统中，嵌入在Simulink的任务环境中。在仿真的每一步中，子系统从外部获得输入形状矢量，然后经过Simulink计算得出矢量Y。 Simulink是运转在MATLAB环境中的用来对动态系统进展建模、仿真和分析

7、的软件包。对于建模，Simulink提供了一个图形化的用户界面。Simulink被广泛地用于控制系统的仿真。但是Simulink不能接受用户以网络表或电路图方式输入的电路系统。PLECS工具箱扩展了Simulink的功能，使我们可以在Simulink的环境中以网络表的方式建立电路部分的模型。建模后的电路模型将以子系统的方式呈如今Simulink中。系统中控制部分的建模可以经过调用Simulink中的各种工具箱来完成。在对仿真系统进展建模以后，电路部分可以接纳控制部分的电压、电流信号及开关信号。而在仿真过程中，电路部分又将仿真的结果以电压量、电流量的方式传送给控制部分。经过两个部分的交互作用，可

8、以完成比较复杂的仿真义务，并且可以利用MATLAB强大的计算功能来分析仿真的结果。PLECS提供了涵盖了电路、电力电子、电气传动等电气系统中常见的根本元件和仿真模型，主要由两大部分组成:内建元件和库元件。内建元件包括:电阻、电感、电容、电流源、电压源、变压器、安培表、伏特表，开关等元件;而库元件那么主要有:IGBT、GTO、晶闸管、二极管、双路开关、三路开关、异步电机等的仿真模型。用户也可以根据本人的需求用内建元件来构建所需的电路元件。实践上，PLECS的库元件正是采用内建元件来构成的。PLECS区别于以往传统的模拟仿真运用软件,主要有以下一些显著特点:兼容性好：与Simulink结合高效的编

9、辑原理元器件的理想化:A 便于操作:一个理想的开关转化，不会让我们担忧诸如导通电阻或吸收电容这样的参数问题.通常,我们能够不知道这些数值,特别是系统模拟所能够产生的寄生效应,也是很少被关注的,这样,PLECS元件理想化优势就表达在这里.B 稳定性好: 在模拟电路的搭建时，运用吸收电路往往使模拟系统复杂性添加,弹性系数也会上升.有些模块通常会要求固定时步模拟或运用弹性系数解算器.而PLECS在没有缓冲器的条件下,就可以让您在Simulink的一切固定时步和可变时步解算器中进展自在选择.C 速度快: 传统的一些电路模拟程序,转化瞬间的计算非常繁琐.有限斜率强迫缩短了程序运转步骤的时间.在PLECS

10、中,这个问题就容易处理.只需求经过理想开关的即时运转就可以实现.每个转化过程只需求两步.在某种程度上大大加快了模拟速度.特殊的程序库除了规范的参数如电流电压,有源器件外,PLECS还提供了一些特别的元件.在程序库里,他可以找到很多半导体元器件,如开关,断路器.变流器和三相变压器等等.为了模拟电子驱动,我们在PLECS里还可以找到交流或直流发电机,如感应发电机或永磁同步发电机.优 势PLECS软件具有强有力的竞争性,其优势如下:将本人的功能集成在Simulink中，仿真系统电路部分的仿真由PLECS工具箱完成，而控制部分仍可以利用Simulink本身强大的功能，两者的结合使各自的优点得到了充分发

11、扬;描画电路的言语简单明了，易于编程，易于修正;由于采用了形状空间的方法，仿真速度快本钱低；在时间和步骤上，简化了传统的系统模拟软件 支持固定时步、可变时步方式一切的电路元件都被理想化，甚至还包括能够产生的寄生效应规范平台，无挪动本钱，不受计算机根底设备变化的影响兼容性好 (作为Simulink的工具箱或与Simulink独立并行运用熟习Simulink的用户很容易掌握)快速模拟工程技术及研发上的新构思新理念提供更快的模拟系统和所要求的无微调参数综上所述，采用PLECS工具箱，可以在Simulink任务环境中高效率地完成对电气系统的仿真和分析，为分析和设计复杂的电气系统提供了一个强有力的仿真手

12、段，提高了仿真和系统开发的效率。运用领域有电力电子系统研发和消费的公司,驱动系统和自动控制的实验室等都是PLECS的潜在客户.见下表:领域公司典型运用关建字航空飞机制造商系统供应商飞机电力供应发动系统直流变频器汽车汽车制造商系统供应商工程技术维修机车电力系统X-by-wire起动机混合电力机车燃油汽车金属氧化物半导体场效应晶体管无刷直流电机开关磁阻电动机驱动&自动化驱动制造商自动化控制工程技术变速驱动传动控制机器人机电IGBT感应式电机无传感控制电子电脑制造商电讯医疗系统电子消费产品主要适配器不延续电源UPS电池照明声频放大器电磁兼容性功率要素补偿软开关高变频交通铁路机车系统制造商铁路电气化电

13、车地铁机车高速列车铁路串联和并联逆变器衔接参差调谐开关工业设备重工业发电电力传输和分配感应加热风力和太阳能分配发电高压直流衔接设备管理控制与时间调度程度有源滤波器晶闸管，GTO,IGCT同步发电机双馈感应发电机客 户目前全球曾经运用PLECS软件的客户有：工业领域：ABBWideHiltiSiemensA&D (自动化领域) Philips Research Laboratories (研讨实验室)Alstom Power Conversion(电子领域)Bombardier Transportation交通领域 Panasonic Electronic Devices (驱动领域) Smit

14、hs Aerospace航空领域Vestas Wind System工业设备：风力发电系统 全球重点大学及实验室： Florida State University,CAPS (USA) Colorado School of Mines (USA)DLR,Institude of Robotics and Mechatronics (D)Universiteit Gent,EELAB (B) Paul Scherrer Institut (CH)Imperial College London,EE-C&P (UK) 竞争产品用于Simulink的工具箱Power System Blockset

15、是The Math Works最有名的范例，这个工具箱是为了电行业所开发研制的；它不是非常适宜复杂的电力电子系统。德国一名教授所开发的SimuPec就是一个工具箱，用于模拟电力电子系统。柏林的ALSTOM电力转化就是它的其中的一个客户。独立的程序大多数独立程序都是和Simulink共同进展模拟运用的。欧洲的PSIM是一个低本钱的模拟软件，它专为电力电子和电机控制而设计的。它只支持固定时步模拟。和Simulink共同进展模拟不能满足它的任务要求。Ansoft的Simplorer专门用于电力电子方面。它支持在规范系统和模块中，同时每个安装步骤都要求严厉。它与Simulink结合运用的共同模拟效果不

16、是很好，而且本钱也很高。SABER是专门用于详密安装的模拟中，造价极高。SPICE的研制是用于集成电路上面，它通常被电力电子领域所采用，由于许多制造商可以在模块上采用很多他们本人的元器件，但是，控制方面不断还是个问题，而且还会产生一些如下问题：PSpice from OrCADSIMetrix from CatenaIntusoftSIMPLIS from Transim and CatenaPSCAD/EMTDC from Manitoba HydroEMTP and Caspoc from Simulation Research比较,见下表:PLECSSimPower SystemsPSI

17、MSimplorerPSpiceSABER用于电力电子设计是否是是否否与Simulink 相结合是是否否否否开式模块构造是否否是是是固定时步是是否否否否可变时步是是是是是是理想转化是否否否否否易于运用是否否是否否快速是否是否否否本钱低低低中中高运用答应商业客户允许安装型号答应权独立用户名指定电脑网络用户名MATLAB答应号MAC地址Dongle答应效力器个人单独运用是1能够能够能够多人共同运用是学术客户允许安装型号答应权独立用户名指定电脑MATLAB答应号MAC地址Dongle答应效力器个人单独运用是1能够是多人共同运用是教学运用能够是晋级维护运用答应选择个人单独运用答应：个人单独运用答应允许

18、一个单独用户名运用PLECS软件。PLECS可以安装运转在一个和多个电脑上例如，公司，家里，或者是笔记本电脑，但是用户名必需是同一个。PLECS个人运用答应可以与单独一个或者一组MATLAB答应软件共同运用。多人共同运用答应：每个运用者在电脑上都可以运用PLECS软件，但前提是在同一个效力器上。PLECS不限制运用用户；而且它还可以让共同运用的客户在局域网的任何电脑上运转此软件。它的价钱根据共同运用此软件用户的人数来决议。答应运用期限PLECS的运用权永久有效，但是需求定期的进展维护。最开场的费用包含了PLECS软件的运用答应，以及12个月内的软件维护效力费用。超越了这个期限，维护费用就要重新支付，不过这个的维护效力包含了产品的更新以及相关的技术支持。软件维护效力产品更新：用户有权要求进展产品的晋级，每年