电力电子建模与控制
基于BUCK变换器反馈控制设计
专业：电气工程
姓名：________ 荏
学号：13S053072
BUCK 变换器反馈控制设计
第一部分：设计目标
图1 Buck 变换器系统
根据给定的条件，要求完成以下设计任务：
1?建立系统的传递函数TF ;
2. 给定参数：主电感 L 50 H ,R C 0.05 ,V g 30V15V ，R 5 C 100 F ,R 0 。设计补偿网络Gc(s);
3. 画出补偿前后系统传递函数的bode 图；
4. 讨论补偿传递函数Gc(s)对于系统零点、极点、输出调节、输出阻抗及对 系统动态性能的影响。
第二部分：传递函数的建立与仿真
一、系统开环传递函数建立:
图2
统一电路模型
对于给定的buck 变换器电路，如图1所示
6
I 斗—lOw
1川
表1 BUCK 变换器统一电路模型参数
1. BUCK 变换器占空比至输出传递函数 G vd (s):
由以上模型和参数课求得占空比至输出的传递函数 G vd (s): V (R sR RC)
R (L R c RC) s LC (R R c ) s 2 2. 主拓扑参数选择：
本文控制系统中反馈电阻选择： R x 100k ,R y 100k ，即反馈系数
1
H(s)；开关频率为f s 100kHz ，参考电压为5V ，锯齿波幅值3V
3. 工作方式：
根据BUCK 变换器电流连续与断续状态的临界电感公式为
二、补偿前系统传递函数bode 图
1?原始回路增益函数G °(s)
2.补偿前系统传递函数bode 图 利用Matlab 软件画出G °(s)的bode 图，如图3所示，从图中可以看出，系
统的幅值裕度无穷大，然而，相角裕度比价小，只有
Pm=15.7deg 不符合系统的
要求。 G vd (s) (1)
I crit
1 D?V g D 2T s D ? 2L (2)
代入给定的参数值，可知，电感电流 I I crit ，电路工作在连续CCM 模式
G)(s)
H(s)G m (s)G,d (s)
% 1 V g (R sRRC & RV m 1 s(R RRC s 2LC(R R) (3)
G °(s) 100 1 30(5 2.5 10 5S) 100 100 3 5 7.5 10 5s 25.25 10 9s 2
5 2.5 10 5s 1 1.5 10 5s 5.05 109s 2
三、系统时域内实时仿真
利用 matlab/Simulink 中相关的模块，搭建开环实时仿真电路图，如图 4所示:
从仿真波形中可以看出，系统的动态特性较差，存在较大的输出超越量和较长的 调节时间，稳态时，输出结果并非精确的15V ，故存在较大的稳态误差。通常选 择相位裕度在45度左右，增益裕度在10dB 左右，因此需要加入补偿网络G 』s ），
Bode Diujidrn
Gm=W Pm=157 deg 3.46e*04 radsi
图3补偿刖系统开环系统 bode 图
图4 BUCK 主电路实时仿真图 对
应的仿真波形图如图5所示： □isaetG -r
= le-D?号.
h ___________
pZIfeTLi
提高相位裕度和增益裕度。
图5开环系统（补偿前）实时仿真波形
图中黑色线条代表输出电压波形，紫红色代表流过电感的电流波形，黄色为矩形波发生器波形。
取其中一小段观察，如图6所示：
图6稳态时系统波形图
第三部分：补偿网络的设计
、补偿器传递函数
电力电子技术仿真实训 2009年 仿真实训1——桥式整流电路仿真研究 (2) 仿真实训2——直流降压变换器仿真研究 (9) 仿真实训3——单相逆变器仿真研究 (12) 仿真实训4——单相交流调压器仿真研究 (15)
仿真实训1——桥式整流电路仿真研究 一、准备工作 1、预习Matlab/simulink 仿真软件； 2、预习整流电路的几种形式和原理，重点预习单相桥式全控整流电路。有能力的同学也可以预习其他各种形式的整流电路。 二、操作方法 1、带电阻性负载的仿真实验 启动MATLAB7.0（或6.5）, 进入SIMULINK后建新文档，绘制单相全波可控整流器结构模型图，如图1所示。双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。 图1带电阻负载单相桥式全控整流电路模型 （1）晶闸管元件参数设置 双击晶闸管模块，本例元件参数对话框如图2所示。 a）晶闸管元件内电阻R on，单位为Ω。 b）晶闸管元件内电阻L on，单位为H。注意，电感不能设置为0。
图2 可关断晶闸管元件的参数设置对话框 c）晶闸管元件的正向管压降V f，单位为V。 d）电流下降到10％的时间t f，单位为秒（s）。 e）电流拖尾时间T q，单位为秒（s）。 f）初始电流I C，单位为A，与晶闸管元件初始电流的设置相同。通常将I C 设置为0。 g）缓冲电阻R s，单位为Ω，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电阻R s 设置为inf。 h）缓冲电容C s，单位为F，为了在模型中消除缓冲电路，可将缓冲电容C s 设置为0。为了得到纯电阻R s，可将电容C s参数设置为inf。 （2）单个电阻、电容、电感元件的参数设置。 双击RLC模块，整个电阻、电容、电感元件的参数设置对话框如图3所示。
本文前言 MA TLAB的简介 MATLAB是一种适用于工程应用的各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mathworks公司于1984年正式推出，1988年退出3.X（DOS）版本，19992年推出4.X（Windows）版本；19997年腿5.1（Windows）版本，2000年下半年，Mathworks公司推出了他们的最新产品MATLAB6.0（R12）试用版，并于2001年初推出了正式版。随着版本的升级，内容不断扩充，功能更加强大。近几年来，Mathworks公司将推出MATLAB语言运用于系统仿真和实时运行等方面，取得了很多成绩，更扩大了它的应用前景。MATLAB已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常见而且必不可少的工具。 MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。在MATLAB中，每个变量代表一个矩阵，可以有n*m个元素，每个元素都被看做复数摸索有的运算都对矩阵和复数有效，输入算式立即可得结果，无需编译。MATLAB强大而简易的做图功能，能根据输入数据自动确定坐标绘图，能自定义多种坐标系（极坐标系、对数坐标系等），讷讷感绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同的颜色、线形、视角等。如果数据齐全，MATLAB通常只需要一条命令即可做图，功能丰富，可扩展性强。MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分，基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分风，可以满足大学理工科学生的计算需要，扩展部分称为工具箱，它实际上使用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的问题，或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多种工具箱，并且向公式推倒、系统仿真和实时运行等领域发展。MATLAB语言的难点是函数较多，仅基本部分就有七百多个，其中常用的有二三百个。 MATLAB在国内外的大学中，特别是数值计算应用最广的电气信息类学科中，已成为每个学生都应该掌握的工具。MATLAB大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。
工业电力系统动态建模和仿真分析 (Industrial power system dynamic modeling and simulation analysis) 一、概述 工业电力系统： 大型电力系统复杂性：本身有发电机、电动机 中型工业电力系统：即使无发电机，也包括大量中压电动机 意义、内容： 1、确定通过动态建模与仿真分析验证： 1、机组的暂态稳定（极限切除时间） 2、特定的大容量电动机的电压稳定 3、校验电流电压型保护的定植 4、确定低频减载与孤网运行 二、介绍原件与组成： （一）、同步电机实用模型： 1、意义：对于dq0坐标下同步电机方程，如果单独考虑与定子d绕组、q绕组相独立的零轴绕组，则在计及d,q,f,D,Q5个绕组的电磁过渡过程（以绕组磁链或电流为状态量）以及转子机械过渡过程（以ω及δ为状态量）时，电机为七阶模型。对于一个含有上百台发电机的多机电力系统，若再加上其励磁系统、调速器和原动机的动态方程，则将会出现“维数灾”给分析计算带来极大的困难。因此在实际工程问题中，常对同步电机的数学模型作不同程度的简化，以便在不同的场合下使用。 2、对派克方程中的转子变量 若,则 可用定子侧等效量取代原来的转子量，得到用这些实用等效量表示的同步电机实用方程。原派克方程中的定子量，保留易测量及计算的和及和，而消去和两个变量。 3、三阶实用模型 其简单而又能计算励磁系统动态，因而广泛的应用于精度要求不十分高，但仍需计及励磁系统动态的电力系统动态分析中，较适用于凸极机。 模型导出基于： （1）、忽略定子d绕组、q绕组的暂态，即定子电压方程中取P=P=0 （2）、在定子电压方程中，设ω≈（p.u.）在速度变化不大的过渡过程中，其引起的误差很小。 （3）、忽略D绕组、Q绕组，其作用可在转子运动方程补入阻尼项来近似考虑。 及以下三个定子侧等效实用变量： 为消除转子励磁绕组的变量 、 定子励磁电动势 电机(q轴)空载电动势 电机瞬变电动势 （二）、励磁系统数学模型： 描述同步发电机励磁系统(包括励磁调节器)物理过程的数学方程。是电力系统机电暂态过程数学模型的重要组成部分，主要应用于电力系统稳定计算。
某某大学 《电力系统建模及仿真课程设计》总结报告 题目：基于MATLAB的电力系统短路故障仿真于分析 姓名 学号 院系 班级 指导教师
摘要：本次课程设计是结合《电力系统分析》的理论教学进行的一个实践课程。 电力系统短路故障，故障电流中必定有零序分量存在，零序分量可以用来判断故障的类型，故障的地点等，零序分量作为电力系统继电保护的一个重要分析量。运用Matlab电力系统仿真程序SimPowerSystems工具箱构建设计要求所给的电力系统模型，并在此基础上对电力系统多中故障进行仿真，仿真波形与理论分析结果相符，说明用Matlab对电力系统故障分析的有效性。实际中无法对故障进行实验，所以进行仿真实验可达到效果。 关键词：电力系统；仿真；短路故障；Matlab；SimPowerSystems Abstract: The course design is a combination of power system analysis of the theoretical teaching, practical courses. Power system short-circuit fault, the fault current must be zero sequence component exists, and zero-sequence component can be used to determine the fault type, fault location, the zero-sequence component as a critical analysis of power system protection. SimPowerSystems Toolbox building design requirements to the power system model using Matlab power system simulation program, and on this basis, the power system fault simulation, the simulation waveforms with the theoretical analysis results match, indicating that the power system fault analysis using Matlab effectiveness. Practice can not fault the experiment, the simulation can achieve the desired effect. Keywords: power system; simulation; failure; Matlab; SimPowerSystems - 1 - 目录 一、引言 ............................................ - 3 -
《控制系统数字仿真》课程 大作业 姓名： 学号： 班级： 日期： 同组人员：
目录 一、引言 (2) 二、设计方法 (2) 1、系统数学模型 (2) 2、系统性能指标 (4) 2.1 绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性 (4) 2.2 稳定性分析 (6) 2.3 性能指标分析 (6) 3、控制器设计 (6) 三、深入探讨 (9) 1、比例-微分控制器(PD) (9) 2、比例-积分控制（PI） (12) 3、比例-微分-积分控制器（PID） (14) 四、设计总结 (17) 五、心得体会 (18) 六、参考文献 (18)
一、引言 MATLAB语言是当今国际控制界最为流行的控制系统计算机辅助设计语言，它的出现为控制系统的计算机辅助分析和设计带来了全新的手段。其中图形交互式的模型输入计算机仿真环境SIMULINK，为MATLAB应用的进一步推广起到了积极的推动作用。现在，MATLAB语言已经风靡全世界，成为控制系统CAD领域最普及、也是最受欢迎的软件环境。 随着计算机技术的发展和应用，自动控制理论和技术在宇航、机器人控制、导弹制导及核动力等高新技术领域中的应用也愈来愈深入广泛。不仅如此，自动控制技术的应用范围现在已发展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会领域中，成为现代社会生活中不可或缺的一部分。随着时代进步和人们生活水平的提高，在人类探知未来，认识和改造自然，建设高度文明和发达社会的活动中，控制理论和技术必将进一步发挥更加重要的作用。作为一个自动化专业的学生，了解和掌握自动控制的有关知识是十分必要的。 利用MATLAB软件及其SIMULINK仿真工具来实现对自动控制系统建模、分析与设计、仿真，能够直观、快速地分析系统的动态性能和稳态性能，并且能够灵活的改变系统的结构和参数，通过快速、直观的仿真达到系统的优化设计，以满足特定的设计指标。 二、设计方法 1、系统数学模型 美国卡耐尔基-梅隆大学机器人研究所开发研制了一套用于星际探索的系统，其目标机器人是一个六足步行机器人，如图(a)所示。该机器人单足控制系统结构图如图(b)所示。 要求： （1）建立系统数学模型； （2）绘制系统阶跃响应曲线、根轨迹图、频率特性； （3）分析系统的稳定性，及性能指标； （4）设计控制器Gc(s)，使系统指标满足：ts<10s,ess=0,，超调量小于5%。
《电力电子系统的计算机仿真》题目：方波逆变电路的计算机仿真
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性很强的课程。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。 【关键字】电力电子，MATLAB，仿真。
第一章电力电子与MATLAB软件的介绍 一、电力电子概况 二、MATLAB软件介绍 第二章电力电子器件介绍 一、电力二极管特性介绍 二、晶闸管特性介绍 三、IGBT特性介绍 第三章主电路工作原理 一、单相桥式逆变电路 二、三相桥式逆变电路 三、PWM控制基本原理 第四章仿真模型的建立 一、单极性SPWM触发脉冲波形的产生 二、双极性SPWM触发脉冲波形的产生 三、单极性SPWM方式下的单相桥式逆变电路 四、双极性SPWM方式下的单相桥式逆变电路第五章仿真结果分析 第六章心得体会 第七章参考文献
第一章电力电子与MATLAB软件的 介绍 一、电力电子概况 电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。 电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。 一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT 可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。 电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要
目录 实验一：常用电力电子器件特性测试 (3) （一）实验目的： (3) 掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性； (3) 掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。 (3) （二）实验原理 (3) （三）实验内容 (3) （四）实验过程与结果分析 (3) 1．仿真系统 (3) 2．仿真参数 (4) 3．仿真波形与分析 (4) 4．结论 (10) 实验二：可控整流电路 (11) （一）实验目的 (11) （二）实验原理 (11) （三）实验内容 (11) （四）实验过程与结果分析 (12) 1．单相桥式全控整流电路仿真系统，下面先以触发角为0度，负载为纯电阻负载为例 (12) 2．仿真参数 (12) 3．仿真波形与分析 (14) 实验三：交流-交流变换电路 (19) （一）实验目的 (19) （三）实验过程与结果分析 (19) 1）晶闸管单相交流调压电路 (19) 实验四：逆变电路 (26) （一）实验目的 (26)
（二）实验内容 (26) 实验五：单相有源功率校正电路 (38) （一）实验目的 (38) （二）实验内容 (38) 个性化作业： (40) （一）实验目的： (40) （二）实验原理： (40) （三）实验内容 (40) （四）结果分析： (44) （五）实验总结： (45)
实验一：常用电力电子器件特性测试 （一）实验目的： 掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性； 掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。（二）实验原理 将电力电子器件和负载电阻串联后接至直流电源的两端，给器件提供触发信号，使器件触发导通。 （三）实验内容 ?在MATLAB/Simulink中构建仿真电路，设置相关参数。 ?改变器件和触发脉冲的参数设置，观察器件的导通情况及负载端电压、器件电流的变化情况。 （四）实验过程与结果分析 1．仿真系统 以GTO为例，搭建仿真系统如下：
仿真计算 1、在PSCAD中建立典型的同步发电机模型，对同步发电机出口三相短路进行仿真研究。要求： （1）运行“同步发电机短路”模型，截取定子三相短路电流波形，并对波形进行分析，验证与理论分析中包含的各种分量是否一致； 图一同步发电机短路模型
图二、定子三相短路电流 定子三相短路电流中含有直流分量和交流分量，其中周期分量会衰减。三相短路电流直流分量大小不等，但衰减规律相同，均按指数规律衰减，衰减时间常数为Ta，由定子回路电阻和等值电感决定，大约在0.2s。交流分量也按指数规律衰减，它包括两个衰减时间常数，分为次暂态过程、暂态过程和稳态过程。 （2）修改电抗参数Xd（Xd’，X’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析； 图一是Xd`=0.314 p.u，Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形；图二是Xd`=0.514 p.u, Xd``=0.280 p.u情况下的定子电流波形。显然，随着Xd`的增大定子的电流在减少。
图三、定子三相短路电流 （3）修改时间常数Td（Td’，T’’d），增加或者减小，截取定子三相电流，并与第一步结果对比分析。 参数Td’=6.55s ，Td”=0.039s时定子电流如图一所示；当参数变为Td’=3.55s ，Td”=0.039s是定子电流如图三所示，显然
图四、定子三相短路电流 2、利用暂态仿真软件对下面的简单电网进行建模，对模型中各元件参数进行详细说明，并进行短路计算。将故障点的电流电压波形及线路M端的电流电压波形、相量图粘贴到课程报告上。 要求：
（1）短路类型为①三相故障；②A相接地；③BC两相故障。 （2）两端系统电势夹角取15o δ=。 （3）故障点设置为线路MN中点（25km处）。 （4）仿真结果包括M、N两侧和短路点处的三相电压、电流的瞬时值波形和短路发生后时刻的三相电压、电流相量图。 三、课程学习心得 通过本课程的学习，你有哪些体会和心得，请写出来。可以从以下几个方面考虑，但不局限于这些方面：通过课程你学到了哪些知识；学会了哪些方法；对电力系统的认识；对课程的建议等。 课程的开始复习了一下简单的电力系统稳态分析部分，然后就进行了课程的重点就是电力系统的暂态分析，其中包括PARK变换、标么值下的磁链方程和电压方程、同步发电机各种电势的表达式、发电机阻抗的概述、（次）暂态电抗和（次）暂态电势、发电机三相短路电流、对称分量法、叠加定理、电力系统简单故障分析。学习了几种电力系统分析中的方法，例如分析同步发电机短路时PARK变换将静止三相坐标系的量转化为旋转坐标系dq0的量，还有分析不对称故障时对称分量法转化到相对简单的对称故障分析中。
实验报告 课程名称：MATLAB语言与控制系统仿真 实验项目：PID控制系统的Simulink仿真分析专业班级： 学号： 姓名： 指导教师： 日期： 机械工程实验教学中心
注：1、请实验学生及指导教师实验前做实验仪器设备使用登记； 2、请各位学生大致按照以下提纲撰写实验报告，可续页； 3、请指导教师按五分制（优、良、中、及格、不及格）给出报告成绩； 4、课程结束后，请将该实验报告上交机械工程实验教学中心存档。 一、实验目的和任务 1．掌握PID 控制规律及控制器实现。 2．掌握用Simulink 建立PID 控制器及构建系统模型与仿真方法。 二、实验原理和方法 在模拟控制系统中，控制器中最常用的控制规律是PID 控制。PID 控制器是一 种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差。PID 控制规律写成传递 函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++==)1 1()() ()( 式中，P K 为比例系数；i K 为积分系数；d K 为微分系数；i p i K K T =为积分时间常数； p d d K K T =为微分时间常数；简单来说，PID 控制各校正环节的作用如下： （1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积 分时间常数i T ，i T 越大，积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大 之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调 节时间。 三、实验使用仪器设备（名称、型号、技术参数等） 计算机、MATLAB 软件 四、实验内容(步骤） 1、在MATLAB 命令窗口中输入“simulink ”进入仿真界面。 2、构建PID 控制器：（1）新建Simulink 模型窗口（选择“File/New/Model ”）,在 Simulink Library Browser 中将需要的模块拖动到新建的窗口中，根据PID 控制器的 传递函数构建出如下模型：
前言 MATLAB的简介 MATＬＡＢ是一种适用于工程应用的各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mａｔｈworks公司于1984年正式推出，１988年退出3.Ｘ（DOS）版本,1９992年推出4.X（Ｗinｄows）版本;1９997年腿5.1(Wｉndoｗs)版本，2000年下半年，Matｈwｏrks 公司推出了他们的最新产品ＭＡTLAB６.0(Ｒ１２)试用版，并于20０1年初推出了正式版。随着版本的升级,内容不断扩充，功能更加强大。近几年来,Mathwoｒkｓ公司将推出MAＴＬAB语言运用于系统仿真和实时运行等方面,取得了很多成绩,更扩大了它的应用前景。MＡTLAB已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常见而且必不可少的工具。 MATLAB是“矩阵实验室”(Mａtｒｉx Laboraｔｏry)的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。在ＭATLAＢ中，每个变量代表一个矩阵,可以有n＊m个元素,每个元素都被看做复数摸索有的运算都对矩阵和复数有效，输入算式立即可得结果,无需编译。MＡＴLAB强大而简易的做图功能,能根据输入数据自动确定坐标绘图，能自定义多种坐标系(极坐标系、对数坐标系等）,讷讷感绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同的颜色、线形、视角等。如果数据齐全，MＡTLAB通常只需要一条命令即可做图,功能丰富，可扩展性强。MATＬAB软件包括基本部分和专业扩展部分,基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分风，可以满足大学理工科学生的计算需要，扩展部分称为工具箱，它实际上使用ＭＡTLAB的基本语句编成的各种子程序集,用于解决某一方面的问题,或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多种工具箱，并且向公式推倒、系统仿真和实时运行等领域发展。MAＴLＡＢ语言的难点是函数较多,仅基本部分就有七百多个,其中常用的有二三百个。 MATLAＢ在国内外的大学中，特别是数值计算应用最广的电气信息类学科中,已成为每个学生都应该掌握的工具。MＡTLＡB大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。
开题报告 电气工程及其自动化 基于MATLAB/simulink的船舶电力系统建模与故障仿真 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、本课题国内外研究动态 船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，主要由电源设备、配电系统和负载组成。船舶电站是船上重要的辅助动力装置，供给辅助机械及全船所需电力。它是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。船舶电站是由原动机、发电机和附属设备（组合成发电机组）及配电板组成的。最近几年，船舶电站采用电子技术、计算机控制技术，实现船舶电站自动化和船舶电站的全自动控制，实现无人值班机舱。船舶自动化技术正朝着微机监控、全面电气、综合自动化方向发展。船舶电站运行的可靠性、经济性及其自动化程度对保证船舶的安全运营具有极其重要的意义。 国外的某些造船业发达的国家在二十世纪中叶就着手船舶电力系统领域的探索，在船舶电力系统稳态、暂态过程等方面进行了细致的研究。近些年来，挪威挪控公司困.R.co咖l)、英国船商公司(TRANSS)、德国西门子公司(SIEMENS)、-日本三菱公司(MITSUBISHD等大公司开始进行船舶电力系统的建模与分析方面的研究工作。国内针对船舶电力系统的研究起步相对较晚，虽然取得了一定成果，但在理论先进性、系统完整性等方面还存在一定差距，这也在一定程度上导致了目前国产船电设备与世界主要造船国家船电设备存在一定差距、装船率偏低等一系列问题。 目前,国内外最常用的建模软件有四中：分别是：matlab、lingo、Mathematica 和SAS。MATLAB用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Matlab开发效率高，自带很多数学计算函数，对矩阵支持好。Lingo可以用于求解非线性规划，也可以用于一些线性和非线性方程组的求解等，功能十分强大，是求解优化模型的最佳选择。Mathematica是一款科学计算软件，很好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统、和与其他应用程序的高级连接。SAS 是一个模块化、集成
本文前言 MATLAB的简介 MATLAB是一种适用于工程应用的各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mathworks公司于1984年正式推出，1988年退出3.X（DOS）版本，19992年推出4.X（Windows）版本；19997年腿5.1（Windows）版本，2000年下半年，Mathworks公司推出了他们的最新产品MATLAB6.0（R12）试用版，并于2001年初推出了正式版。随着版本的升级，内容不断扩充，功能更加强大。近几年来，Mathworks公司将推出MATLAB语言运用于系统仿真和实时运行等方面，取得了很多成绩，更扩大了它的应用前景。MATLAB已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常见而且必不可少的工具。 MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。在MATLAB中，每个变量代表一个矩阵，可以有n*m个元素，每个元素都被看做复数摸索有的运算都对矩阵和复数有效，输入算式立即可得结果，无需编译。MATLAB强大而简易的做图功能，能根据输入数据自动确定坐标绘图，能自定义多种坐标系（极坐标系、对数坐标系等），讷讷感绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同的颜色、线形、视角等。如果数据齐全，MATLAB通常只需要一条命令即可做图，功能丰富，可扩展性强。MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分，基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分风，可以满足大学理工科学生的计算需要，扩展部分称为工具箱，它实际上使用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的问题，或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多种工具箱，并且向公式推倒、系统仿真和实时运行等领域发展。MATLAB语言的难点是函数较多，仅基本部分就有七百多个，其中常用的有二三百个。 MATLAB在国内外的大学中，特别是数值计算应用最广的电气信息类学科中，已成为每个学生都应该掌握的工具。MATLAB大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。
电 力 系 统 仿 真 作 业 论 文 电控学院 电气0903 刘娟 0906060301
离散可编程三相电压源PLL和可变频率正序电压和功率测量 the Discrete 3-Phase Programmable Voltage Source PLL and Variable-Frequency Positive-Sequence Voltage and Power Measurements 线路图： 线路结构： 一个25KV，100MVA的短路等效电路网络给一个5MW，5Mvar的负载供电。电源的内部电压通过离散的三相可编程电压源装置来提供。三相电压电流测量装置用来检测三个负载电压和电流。 离散的三相PLL装置用来测量频率，也产生一个基于频率变化的系统电压信号。PLL用来驱动两个测量装置，并把变化的频率考虑在内。其中一个用来计算正序负载电压的标幺值，另外一个用来计算负载的有功和无功功率。这两个装置和PLL必须初始化，以保证初始处在稳态。 PLL和两个测量装置分别在Extras/Discrete in the Control Block 和 Extras/Discrete Measurements中可以找到。 整个系统（包括网络，PLL和测量装置）以50us的采集时间来离散。仿真时间4.0秒，仿真参数ode45(Dormand-Prince)。
基本原理： PLL的概念 PLL其实就是锁相环路，简称为锁相环。许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。目前锁相环主要有模拟锁相环，数字锁相环以及有记忆能力（微机控制的）锁相环。 PLL的特点 锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 PLL的组成 锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如下图所示。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。
哈尔滨理工大学实验报告 控制系统仿真 专业：自动化12-1 学号：1230130101 姓名：
一．分析系统性能 课程名称控制系统仿真实验名称分析系统性能时间8.29 地点3# 姓名蔡庆刚学号1230130101 班级自动化12-1 一．实验目的及内容： 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程； 2. 熟悉闭环系统稳定性的判断方法； 3. 熟悉闭环系统阶跃响应性能指标的求取。 二．实验用设备仪器及材料： PC, Matlab 软件平台 三、实验步骤 1. 编写MATLAB程序代码； 2. 在MATLAT中输入程序代码，运行程序； 3.分析结果。 四．实验结果分析： 1.程序截图
得到阶跃响应曲线 得到响应指标截图如下
2.求取零极点程序截图 得到零极点分布图 3.分析系统稳定性 根据稳定的充分必要条件判别线性系统的稳定性最简单的方法是求出系统所有极点,并观察是否含有实部大于0的极点，如果有系统不稳定。有零极点分布图可知系统稳定。
二．单容过程的阶跃响应 一、实验目的 1. 熟悉MATLAB软件的操作过程 2. 了解自衡单容过程的阶跃响应过程 3. 得出自衡单容过程的单位阶跃响应曲线 二、实验内容 已知两个单容过程的模型分别为 1 () 0.5 G s s =和5 1 () 51 s G s e s - = + ，试在 Simulink中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。 三、实验步骤 1. 在Simulink中建立模型，得出实验原理图。 2. 运行模型后，双击Scope，得到的单位阶跃响应曲线。 四、实验结果 1．建立系统Simulink仿真模型图，其仿真模型为
MATLAB在电力电子技术中的应用 目录 MATLAB在电力电子技术中的应用 (1) MATLAB in power electronics application (2) 目录 (4) 1绪论 (6) 1.1关于MATLAB软件 (6) 1.1.1MATLAB软件是什么 (6) 1.1.2MATLAB软件的特点和基本操作窗口 (7) 1.1.3MATLAB软件的基本操作方法 (10) 1.2电力电子技术 (12) 1.3MATLAB和电力电子技术 (13) 1.4本文完成的主要内容 (14) 2MATLAB软件在电路中的应用 (15) 2.1基本电气元件 (15) 2.1.1基本电气元件简介 (15) 2.1.2如何调用基本电器元件功能模块 (17) 2.2如何简化电路的仿真模型 (19) 2.3基本电路设计方法 (19) 2.3.1电源功能模块 (19) 2.3.2典型电路设计方法 (20) 2.4常用电路设计法 (21) 2.4.1ELEMENTS模块库 (21) 2.4.2POWER ELECTRONICS模块库 (22) 2.5MATLAB中电路的数学描述法 (22) 3电力电子变流的仿真 (25) 3.1实验的意义 (25) 3.2交流-直流变流器 (25)
3.2.1单相桥式全控整流电路仿真 (26) 3.2.2三相桥式全控整流电路仿真 (38) 3.3三相交流调压器 (53) 3.3.1无中线星形联结三相交流调压器 (53) 3.3.2支路控制三角形联结三相交流调压器 (59) 3.4交流-交流变频电路仿真 (64) 3.5矩阵式整流器的仿真 (67)
实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些 2、 如何判断系统稳定性 3、 系统的动态性能指标有哪些 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为： ) ()()()(1 )(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,(); ,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
自控式同步电动机的matlab系统仿真
中文摘要 电力电子技术是电气工程及其自动化专业的专业基础课,因此对于电气工程及其自动化专业的学生，学好电力电子技术尤其重要。随着交流传动电动机调速的理论问题的突破和调速装置(主要指变频器)性能的完善，交流电动机调速系统的性能差的缺点已经得到了克服，目前，交流调速系统的性能已经可以和直流系统相媲美，甚至可以超过直流系统。由于交流调速不断显示其本身的优越性和巨大的社会效益，使变频器具有越来越旺盛的生命力。各种性能优越的新型电力半导体器件的出现，如既能控制导通又能控制关断的门极可关断晶闸管GTO；具有良好功率转换效率和适于在高频大功率情况下工作的MOSFET；既有MOS管栅极驱动电压功率小和驱动线路简单，又有双极性功率晶体管导通饱和压降小优点的绝缘栅双极性大功率管IGBT；以及内部既有大功率开关器件，又有各种驱动电路和过压、过流等保护电路的智能型功率模块IPM等器件的应用，不仅使交流调速系统控制装置体积小，效率高，而且还更容易实现各种功能复杂但在结构上简单的控制方案，更加充实和推动了变频器理论的进一步发展。 关键词电力电子变频器IGBT IPM 控制 外文摘要 Title the Matlab System Simulation of Self-Controls synchronous motor Abstract Power electronics technology is a basic course in Electrical Engineering and Automation, for students of electrical engineering and automation, to learn the power electronics technology is especially important. With the theoretical breakthrough of the AC drive motor speed control and speed control device (the inverter) performance improvement of the performance of the AC motor speed control system shortcomings have been overcome, AC variable speed system performance and DC systems is comparable, or even more than the DC system. AC variable speed display its own advantages and social benefits, so that the inverter has vitality. Various properties of the excellent new power semiconductor devices, such as conduction but also control the shutdown of the door both to control the very turn-off thyristor the GTO; good power conversion efficiency and is suitable for working in high-frequency high-power case MOSFET; both small and drive of the MOS transistor gate drive voltage power circuit is simple, there are small advantages by bipolar power transistor is turned on the saturation voltage insulated gate bipolar high-power tube IGBT; as well as both internal high-power switch the application of the device, there are a variety of driving circuit and overvoltage, overcurrent protection circuit and intelligent power module IPM device, not only to speed the exchange system control devices, small size, high efficiency, but also easier to
飞行控制系统大作业 一、飞机纵向俯仰角与速度控制系统设计 某飞机的纵向线性小扰动方程为： l o n l o n x A x B u =+ 其中 状态[]T x u q h αθ =?????，控制量[]T e T u δδ=?? 问题： 1、 分析飞机纵向动力学模态，求飞机的长周期与短周期阻尼与自然频率。 2、 对升降舵及油门单位阶跃输入下的飞机自然特性进行仿真，画出相应的状态曲线。 3、 采用短周期简化方法，求出传递函数()e q G s δ??。采用根轨迹方法设计飞机的 俯仰角控制系统，并进行仿真。 4、 基于长周期简化方法，求出传递函数()T u G s δ??，设计飞机的速度控制系统， 并进行仿真。 5、 基于纵向线性模型（状态方程），分别对速度控制与俯仰角控制进行仿真。 假设作动器特性为 10 10 s +。 要求：给出相应的传递函数，画出相应的结构图根轨迹图及仿真曲线。 二、飞机侧向滚转角控制系统设计 某飞机的侧向线性小扰动方程为： l a t l a t x A x B u =+ 其中 状态[]T x p r βφψ=?????，控制量[]T a r u δδ=?? 问题： 1、 求出侧向运动方程的特征根，及对应的模态，求出荷兰滚模态的阻尼及自然频率。 2、 对副翼与方向舵单位阶跃输入下的自然特性进行仿真。 3、 采用简化方法，求出传递函数()a p G s δ??。采用根轨迹方法设计飞机的滚转角
控制系统，并进行仿真。 4、设计飞机航向控制系统，并进行仿真。 5、设计飞机方向舵协调控制律，基于侧向线性模型（状态方程），进行航向控制系统的仿真。 假设作动器特性为 10 10 s 。 要求：给出相应的传递函数，画出相应的结构图根轨迹图及仿真曲线，提交word 打印稿。 1.数据文件在dataX.mat文件中，按照学号的最后一位选择相应的数据文件。 如学号最后一位为5，则选择data5.mat文件作为你设计的数据。 2.在matlab中输入load data5 则可将数据导入， 其中alon为纵向系统阵，blon为纵向控制输入阵 alat为侧向系统阵，blat为侧向控制输入阵 控制量的单位为deg，状态变量的单位为（deg，deg/s，m） 3、由状态方程求传递函数用ss2tf（）函数。 4、仿真可以用simulink搭建仿真图。 5、仿真的输入采用单位阶跃。 6、曲线要标注单位，用plot画，不能直接copy scope中的图。 例：