摘要
太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点，受到人们越来越多的重视。光伏发电是充分利用太阳能的一种有效方式之一。由于目前光伏电池板的价格比较高，转换效率比较低，为了降低系统造价和有效地利用太阳能，该论文光伏发电进行最大功率跟踪显得尤为必要。本文针对如何提高太阳能光伏发电系统的转换效率，从建模仿真方面对具有最大功率点跟踪的控制器进行了研究，提出了一种新的最大功率点跟踪方案。
本文主要任务如下：
首先，本文介绍了论文的相关研究背景、选题意义、以及论文的主要工作。
其次，分析了太阳能电池板的工作原理，利用MATLAB/simulink模块对不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了建模、仿真。
再次，介绍并分析了最大功率点跟踪原理，以及常用的几种跟踪方法。介绍了三种常用的DC/DC变换器的工作原理。
紧接着，对干扰观察法和电导增量法进行了建模和仿真，针对电导增量法提出了一种适合车用的改进方案。仿真结果表明新的方案在一定条件下可以显著减小最大功率跟踪系统响应时间。
而后，用CATIA软件对第一代太阳能车进行了设计，建立了蓄电池驱动电机和蓄电池充电系统电路。
最后，针对充电系统的电流、电压开发了一个简单的检测分析软件。关键词：太阳能；最大功率跟踪； MATLAB仿真； DC/DC变换器
Abstract
Solar power is a new green power. It is regarded as clean, pollution-free, and inexhaustible. Photovoltaic conversion is an effective way to use solar power. Because the price of photovoltaic cell is expensive and conversion effi-ciency is low presently, the Maximum Power Point Tracking is absolutely ne-cessary, in order to decrease system cost and increase efficiency. Aims at how to increase the efficiency of conversion for the photovoltaic energy system, this paper researches the solar controller with maximum power point tracking (MPPT) and presents a novel MPPT method from the simulation.
The main work of this paper is as follows:
First, introduces the background, significance, work.
Second, analyzing the principle of the solar panel and using the MATLAB software to build the simulation of the output characteristic for the solar cell under different temperature and isolation.
Third, introduces the MPPT principle, comparing several common MPPT methods and find out their advantage and disadvantage. Then analysis three DC/DC converters?principles.
Forth, using the MATLAB software simulink toolbox to build the simula-tion of the Perturbation And Observation method, Incremental Conductance method and improved the Incremental Conductance method. The result of the simulation demonstrates that the new strategy can reduce the responding time of the system.
Fifth，using the CATIA software to build the first generation solar car 3D
model. Then build the circuit of the MPPT system.
Last, write a program to analysis the current and voltage of the system. Keywords：Solar Energy ; MPPT ; MATLAB Simulation ; DC/DC Converter
目录
第1章绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 光伏产业的发展现状 (2)
1.2.1 国外光伏产业发展现状 (2)
1.2.3 国内光伏产业发展现状 (3)
1.2.3 太阳能车发展现状 (4)
1.3 本课题的意义 (6)
1.4 本文主要内容 (7)
第2章光伏电池特性及其仿真模型的建立 (8)
2.1 光伏电池的工作原理 (8)
2.2 光伏电池等效电路 (9)
2.3 光伏电池仿真模型的建立 (10)
2.3.1 工程用光伏电池的数学模型 (10)
2.3.2 光伏电池的simulink模型 (12)
2.4 本章小结 (17)
第3章光伏发电系统最大功率点跟踪系统的研究 (18)
3.1 最大功率点跟踪的概念 (18)
3.2 最大功率点跟踪的原理 (19)
3.3 常用最大功率跟踪控制算法 (20)
3.3.1 恒定电压法 (20)
3.3.2 干扰观察法 (21)
3.3.3 电导增量法 (22)
3.4 DC/DC电路实现光伏电池最大功率点跟踪原理 (24)
3.5 典型DC/DC变换电路 (25)
3.5.1 降压式变换器（Buck） (25)
3.5.2 升压式变换器（Boost） (29)
3.5.3 升降压式变换器（Buck-Boost） (32)
3.6 最大功率跟踪控制算法simulink仿真分析 (34)
3.6.1 降压式变换器建模 (34)
3.6.2 干扰占空比的最大功率跟踪算法 (37)
3.6.3 干扰观察法 (39)
3.6.4 电导增量法 (42)
3.7 车用光伏电池最大功率跟踪仿真与分析 (44)
3.7.1 车用最大功率跟踪方案 (45)
3.7.2 车用最大功率跟踪方案仿真分析 (46)
3.8 本章小结 (49)
第4章第一代太阳能原型车制作 (49)
4.1 车辆系统原理图 (49)
4.2 原型车CATIA建模 (50)
4.3 电池驱动直流电机电路设计 (51)
4.3.1 单片机的选择 (51)
4.3.2 直流电动机脉宽调速（PWM）系统设计 (52)
4.4 最大功率跟踪电路设计 (55)
4.4.1 主回路实现 (55)
4.4.2 驱动电路 (56)
4.4.3 检测电路 (57)
4.4.4 与计算机通讯电路 (57)
4.4.5 电源电路 (58)
4.4.6 光伏发电系统主要电路原理图 (58)
第5章光伏电池电流、电压检测分析软件 (60)
5.1 MATLAB软件编程 (60)
5.2 光伏电池电流、电压检测分析软件 (61)
5.3 本章小结 (61)
结论
致谢
参考文献
第1章绪论
1.1 课题背景
能源，是人类赖以生存根本，其中化石能源作为目前全球消耗的最主要能源，不仅给地球环境带来了严重的破坏，而且正在一天天走向枯竭。据中国科学院院士、中国科学院能源研究委员会副主任严陆光研究表明：地球在数十万年积聚下来的石油、煤炭、天然气等化石能源，大约可供人类使用300年。根据现在探明的储量和消耗水平计算，石油可用30至 50年，天然气可用60至80年，煤炭可用时间长一些，大约100至200年。总体上化石能源大约还可供人类使用100年左右。
化石能源终会耗尽，价格长期上涨的趋势不可改变。能源市场向来是一个充满了政治纠葛、国家利益斗争的地方。不论是2002年以来的石油价格高涨，还是2008年的石油价格暴跌，一个无法回避的现实是地球上的化石能源储量是有限的。有限的传统能源是无法支撑人类长期的经济发展要求。化石能源的价格短期内可能有涨有跌，但从长期来看，上升之势不可逆转。寻找人类合适的新能源是人类长久发展的必要条件。
与其他新能源相比，太阳能或许是真正的最终解决方案。从可用总量上来看，水能、风能、潮汐能都太小，不能满足人类需求。核能尽管具有一定的发展空间，但是安全问题总是相伴左右。地热能从理论上看也具有潜力，但是如何利用是一个天大难题。所以，太阳能是人类所知，目前已经可以利用的，清洁安全的，能够解决人类未来需要的唯一能源选择。
总之，随着世界能源短缺和环境污染问题的日益严重，能源和环境成为二十一世纪人类所面临的重大基本问题，清洁的可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注。近二、三十年来，太阳能光伏
（Photovoltaic，PV）发电技术得到了持续的发展，光伏发电已经成为利用太阳能的主要方式之一。开展太阳能光伏发电系统的研究，对于缓解能源和环境问题，开拓广阔的光伏发电市场和掌握相关领域的先进技术，具有重大的理论和现实意义。
1.2 光伏产业的发展现状
1.2.1 国外光伏产业发展现状
在能源危机和全球气候变暖的压力下，可再生能源越来越受到德、美、日等国政府的关注，并相继提出了光伏发电的“光伏屋顶计划”、“新阳光计划”等，在政府的政策、法规和行动计划推动下，全球光伏产业以一个朝阳产业的面貌高速成长。
在过去的15年中，全球光伏产业以25%的年均增长率成长。2003年以来欧洲光伏市场的迅速起动，使得2004年、2005年市场曾经一度出现供不应求的局面。随后各大厂商纷纷加大产能，尽管原料紧张，2006年世界光伏电池产量仍然达到2501 MW，比2005年增加了42.2%。
2000～2006年全球光伏系统安装量年均复合增长速度高达49.1%。2006年全年新增光伏系统安装容量达到1870.4 MW，比2005年增长35%。多年以来德国一直是全球最大的光伏市场，在德国光伏屋顶计划示范的影响下，西班牙、意大利、葡萄牙、挪威等国纷纷效仿，这些国家的市场已经兴起，其中西班牙的增长率超过200%；在亚洲，日本和韩国的安装量2007年也迅猛增加；在美国，2006年通过的加利福尼亚州“百万太阳能屋顶计划”进一步刺激了美国的市场需求。随着太阳能产业的快速发展，太阳能组件价格不断下降，但仍然较高，国际市场价格在1980年为21.83美元每峰瓦，1990、2005年分别为6.07、2.70美元每峰瓦。
值得指出的是，新型的薄膜太阳能电池由于用硅量只有硅片电池的1/100左右（有的不用硅材料，如CIGS（铜铟镓硒），CdTe（碲化镉）薄膜电池）加工工艺简化，可以大大缩短能量返还时间，提高能量再生比。如美国Nanosolar公司开发的卷筒印刷CIGS薄膜电池技术，预计的能量返还时间仅为2个月。其年产能为430 MW的薄膜电池工厂将于明年投产。
1.2.3 国内光伏产业发展现状
中国于1958年开始研究太阳能电池，于1971年首次成功应用于东方红二号卫星上，并于1973年开始用于地面。中国的光伏工业在20世纪80年代以前尚处于雏形，光伏能电池的年产量一直徘徊在10kW以下，价格也很昂贵。
但随着我国经济发展，党和政府开始越来越重视太阳能光伏发电的开发。胡锦涛同志在对“关于支持我国太阳能自主创新关键技术的建议”报告的重要批示中指出：“太阳能是重要可再生能源之一，推进科技创新，解决太阳能发电高成本问题是大规模开发利用太阳能的关键”。
自2002年起我国太阳电池制造业高速发展，年均增长率达180%。据不完全统计，全国光伏产品生产企业逾500家。2006年我国光伏电池的产量369.5MW，同比增长145.0%，产量超过美国居全球第三位，占全球产量的14.8%。全国光伏企业500多家中，已在海外上市企业有10家，但产能在5MW以上的企业仅20多家，多数企业规模小、技术水平低，尚未达到经济规模，造成资源严重浪费和无序竞争。太阳能电池制造业的迅猛发展，使国内硅材料严重短缺，多晶硅供不应求，所需多晶硅90%以上需要进口。
在太阳能电池的应用方面，我国太阳能光伏电池的市场需求较小，发展缓慢。虽然，自2001年起，在7个省区实施“送电到乡”工程，总投资达26亿元，光伏组件安装量达到16.5MWp，极大地推动了中国光伏产业和
市场的发展。但是，同国外发达国家相比，我国的市场仍然是需求较小，发展很缓慢，国内生产的电池组件95%以上出口。到2006年全国累计装机容量仅为80MW。2006年全国光伏电池的安装量为10MW，占当年光伏电池的产量369.5MW的3.7%，国内市场仅占全球市场（1744MW）的0.6%。全国累计80MW的装机容量中，边远地区农村电气化占总装机量的42.9%，工业应用和消费产品共占52.8%，城市并网发电只占4%。
在太阳能电池研究方面，国内许多高校和研究机构也长期致力于光伏发电技术领域的研究工作。其中合肥工业大学能源研究所在光伏水泵变频器、户用光伏并网发电系统和光伏照明系统等方面都进行了许多相关研究，并且在光伏技术产业化上积累了一定的经验；中国科学院电工研究所在光伏并网发电系统的开发和工程应用上也取得了很大进展，其下属机构参与设计安装的位于深圳市国际园林花卉博览园的1MW光伏并网电站是目前亚洲最大的集中式光伏并网电站；此外，中山大学、北方交通大学和新疆新能源研究所等院校和研究机构也在光伏发电领域开展了大量的研究和开发工作。
1.2.3 太阳能车发展现状
1984年9月，我国首次研制的“太阳号”太阳能汽车试验成功，并开进了北京中南海的勤政殿。该车车顶上安装了2808块单晶硅片，组成10㎡的硅板，装有三个车轮，自重159kg，车速20km／h。1996年，清华大学参照日本能登竞赛规范，研制了“追日”号太阳能汽车。重800公斤左右,最高车速达80公里每小时，造价为7.8万美元。其采用的电池板是我国第五代产品，太阳能转化率只能达到14%。 2001年，全国高校首辆可载人的太阳能电动车“思源号”在上海交通大学诞生。该车无需任何助动燃料，只要在阳光下晒三、四个小时，便能轻松跑上10多公里。之后，中
山大学太阳能系统研究所也推出了一辆酷似公园电瓶车的太阳能电动车。该车可以搭乘6 名乘客，但是国产的时速最高却只有48公里，持续行驶时间也就1个小时。 2006年，我国首辆太阳能轿车在南京亮相，这辆可以直接切换电能的太阳能汽车行驶速度最高可达每小时88公里。如果加上电能，这辆车晚上能跑220公里，白天可跑290公里。
太阳能车目前尚处于“概念车”状态。因为太阳能的不稳定性、分散性（强烈时大约1千瓦/平方米）以及太阳能收集装置效率低、成本高，太阳能直接作为汽车或自行车的动力几乎是不可逾越的瓶颈，前景并不乐观。而用固定装置大规模收集太阳能用以发电，给电瓶汽车、电瓶自行车充电作动力是比较现实的，现在就可以做到。目前，除了汽车和环保爱好者，汽车企业在太阳能汽车上的研究和开发并不多，对新能源的开发重点还是集中在混合动力上。据专家说，要突破科技瓶颈，使太阳能汽车正式走入人们的生活，还需要30至50年的时间。
曾经在日内瓦国际车展上亮相，由法国汽车厂 VENTURI所发表的Electic概念电动车款，这辆运用了太阳能与先进替代能源概念打造的新车，不久前VENTURI已经表示将在不久之后正式量产，而且也宣布相当于约2.4万欧元（折合人民币25.5万元）的接单预售价，量产初期将先试产约20辆作为法国当地某些示范小区的通勤测试使用。
图1.1太阳能车
为了扩大这辆太阳能电动汽车的销售市场，日前法国原厂还特地空运一辆原型车到美国加州进行测试，根据原厂表示这辆电动车每充满一次电力可以行驶约50公里的续航力，而且安全极速被电子限速器锁定于50km/h左右，除可连接外部电源充电外，车顶也内建大面积的太阳能收集板以储存热能的形式转换为动能，车上的电动马达最大马力输出值为21hp 左右，峰值扭力约为5.11kgm，空车总重为350公斤左右，将来发售后原厂将提供二年不限里程的新车保固服务
1.3 本课题的意义
光伏电池在一个既定的温度和光照强度下会在一个特定的工作点达到最大输出功率，这个工作点就叫做最大功率点（Maximum Power Point）。但是因为太阳电池的输出特性是复杂的非线性形式,故而难以确定其数学模型,也就无法用解析法求得最大功率。所以，为了使电池充电过程中总是工作在最大功率点，最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking 简称MPPT)技术应运而生，其目的就是使太阳能电池板在环境变化时仍然能迅速调整它的工作点保持在最大功率点。
最早的太阳能供电仅为负载与光伏阵列的直接匹配，其功率输出比较小。后来出现的恒电压跟踪法（CVT），一定程度上弥补了直接匹配的不足。而为了实现最大功率输出出现了最大功率点跟踪（MPPT）技术。
目前，光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)技术，国内外已有了一定的研究，发展出各种控制方法常，常用的有一下几种：恒定电压跟踪法(Constant Voltage Tracking 简称CVT)、干扰观察法(Perturbation And Observation method简称P&O)、增量电导法(Incremental Conductance method简称INC)、各种变步长的电导增量法等等。
相对光伏并网发电而言，车用光伏充电系统环境变量复杂多变，既需
要符合人们日常对车辆的使用习惯又要让光伏电池处于最佳工作状态。所以寻找一种适用于这种多变环境的光伏系统最大功率算法就显得尤为重要。
1.4 本文主要内容
研究光伏发电系统关键要建立系统动态仿真模型，通过模型对其核心问题即最大功率跟踪算法进行仿真分析。本文利用MATLAB/simulink仿真工具建立了光伏电池、DC/DC转换电路以及最大功率跟踪部分的仿真模型，通过设定特定的环境变量对目前流行的两种最大功率跟踪算法进行了仿真分析和比较，通过对现有算法的分析提出了一种新的最大功率跟踪方案并进行了仿真。最后对控制电路进行了初步的设计并开发了一套电压电流监测分析软件
本文所做的工作可以总结如下：
1）在基于光伏电池工作原理的分析基础上，建立了MATLAB/Simulink 光伏阵列模型。
2）在介绍光伏电池输出特性及其仿真模型的基础上提出了最大功率点跟踪的方法和原理并介绍常见MPPT方法。并对其中的干扰观察法和电导增量法用MATLAB/Simulink进行了建模与仿真分析。针对车用光伏充电系统的使用特点提出一种新的最大功率跟踪方案，并进行了仿真分析。
3）完成了第一代太阳能车的建模、电机驱动电路、充电控制电路的初步设计工作，开发了太阳能工作电流、电压检测分析软件。
第2章光伏电池特性及其仿真模型的建立
2.1 光伏电池的工作原理
光伏发电的能量转换器件是太阳能电池，又叫光伏电池。光伏电池发电的原理是光生伏打效应。光伏电池应用P-N结的光伏效应（Photovoltaic Effect）将来自太阳的光能转变为电能。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光电子－空穴对。在电池内电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就变成了可以使用的电能。
太阳能电池的主要组成材料是半导体，其中“硅”应用最广。如图2-4所示，将较薄的N层置于较厚的P层上面，当日光照射到N层表面，在P-N 接触面就会产生漂移电流，通过P-N结上的金属连线引出即可供给负载。
图2.1 光生伏打效应原理简图
太阳能电池的单元为太阳能晶片，将若干个太阳能晶片通过串并联组合起来，再经过封装就是常见的太阳能电池板，若干个太阳能电池板在经过串并联就构成了光伏阵列。
2.2 光伏电池等效电路
在光伏发电系统的设计中，为了更好的分析光伏阵列的电性能，更好的使其与光伏控制系统匹配，达到最佳的发电效果，则有必要为光伏电池建立起数学模型。通过这些数学关系，来反映出光伏电池各项参数的变化规律。
根据电子学理论,太阳电池的等效电路如图2.2所示。
图2.2 太阳能电池等效电路
用公式表示太阳能电池发电状态的电流方程式为：
（2-1）
(2-2) 式中：：光生电流,A；
：流过二极管电流，A；
：输出电压,V；
：输出电流,A；
：等效并联负载,Ω；
：等效串联负载，Ω；
：反向饱和电流，A；
：电子电荷()；
：二极管因子；
：玻耳兹曼常数；
：绝对温度，K；
其中的值很大，而的值很小，因此在一般分析中为了简化分析过程可将其忽略。
上式（2-2）是基于物理原理的太阳能电池最基本的解析表达式,已被广泛应用于太阳电池的理论分析中,但由于表达式中的5个参数,包括I L、I0、Rs、R sh和A,它们不仅与电池温度和日射强度有关,而且确定十分困难,因此不便于工程应用,也不是太阳电池供应商向用户提供的技术参数
2.3 光伏电池仿真模型的建立
2.3.1 工程用光伏电池的数学模型
工程用模型强调的是实用性与精确性的结合，通常要求仅采用供应商提供的几个重要技术参数,如Isc、Voc、Im、Vm、Pm,就能在一定的精度下复现阵列的特性,并能便于计算机分析。
下面将在基本解析表达式(2-2)的基础上,通过两点近似,即:
1) 忽略(V+I R s)/R sh项,这是因为在通常情况下该项远小于光电流;
2)设定I L=I sc,这是因为在通常情况下R S远小于二极管正向导通电阻,并设定在开路状态下：I=0,V=Voc;最大功率点：V=Vm,I=Im。
在此条件下太阳电池的I—V方程可简化为：
(2-3)
在最大功率点处V=Vm,I=Im，可得：
(2-4)
由于在常温条件下exp[Vm/(C2V oc)] >>1,可忽略式中的“-1”项,解出C1:
(2-5)
在开路状态下，当I=0时，V=Voc，并把（2-5）带入（2-3）得：
(2-6) 由于exp(1/C2)>>1,忽略式中的“-1”项,解出C2：
(2-7)
本模型只需要输入太阳电池通常的技术参数Isc、Voc、Im、Vm,就可以根据式(2-4)、(2-6)得出C1和C2。最后的太阳电池I-V特性曲线是由(2-2)确定。
太阳电池I-V特性曲线与光照强度和电池温度有关。通常地面上光照强度S的变化范围为0-1000W/m2,太阳电池的温度变化较大,可能从10-70℃。按标准,取S ref=1000W/m2,T ref=25℃为参考光照强度和参考电池
温度。当光照强度及电池温度S()、T(℃)不是参考值时,必须考虑其对太阳电池特性的影响。设T为在任意日射强度S及任意环境温度T air下的太阳电池温度，则有：
(2-8)
对于一般情况K值可取为K=0.03()。
通过对参考日射照强度和参考电池温度下I-V特性曲线上任意点(V,I)的移动,得到新日照强度和新电池温度下的I-V特性曲线上任意点(V’,I’)为：
(2-9)
(2-10)
(2-11)
(2-12)
(2-13) 式中：：参考日照强度下的电流温度系数,A/℃；
：参考日照强度下的电压温度系数,V/℃。
对于单晶硅及多晶硅太阳电池其实测值为:=0.0012Isc(A/℃) =0.005Voc(V/℃)。
2.3.2 光伏电池的simulink模型
Simulink是MATLAB中用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件
包，它支持线性和非线性系统，连续和离散时间模型，或者是两者的混合。
下图2.3是根据上文中的数学模型建立的光伏电池simulink模型。
图2.3 simulink光伏电池模型
Simulink提供的子系统封装功能可以大大增强simulink系统模型框图的可读性。所以为方便以后最大功率跟踪整体模型的建立，对上图光伏电池模型进行封装如下图2.4。封装之后还需针对其内部可变参数进行提取和关联以便无需打开封装子系统就可以对光伏电池模型参数进行设置。
图2.4 simulink光伏电池模型封装子系统
封装之后还需针对其内部可变参数进行提取和关联以便无需打开封装
子系统就可以对光伏电池模型参数进行设置。关联好的参数设置输入窗口如图2.5。
至此光伏电池内部建模结束，本文采用的光伏板数据如表2.1所示。针对此光伏板在环境温度为25℃光照强度为400,600,800,1000及环境温度为65℃光照强度为
400,600,800,1000的条件下进行仿真，其模型如图2.6所示，仿真结果曲线如图2.7(a)、(b)所示。
表2.1 仿真用光伏板参数
图2.5 simulink光伏电池模型输入参数设置对话框
环境温度为25℃，65℃光照强度为
400,600,800,1000
成都理工大学工程技术学院 《通信仿真课程设计》报告 班级：信息工程1班 姓名：寇路军 学号： 201620101133 指导教师：周玲 成绩： 2019 年 3月 23 日
目录 通信仿真课程设计报告 (2) 一.绪论 (2) 二．课程设计的目的 (2) 三．模拟调制系统的设计 (3) 3.1 二进制相移键控调制基本原理 (3) 3.2 2PSK信号的调制 (3) 3.2.1模拟调制的方法 (3) 3.3 2PSK信号的解调 (4) 3.4 2PSK的“倒∏现象”或“反向工作” (5) 3.5功率谱密度 (5) 四．数字调制技术设计 (7) 4.1 2PSK的仿真 (7) 4.1.1仿真原理图 (7) 4.1.2 仿真数据 (7) 4.1.3 输出结果 (9) 总结 (10) 参考文献 (11)
通信仿真课程设计报告 一.绪论 随着社会的快速发展，通信系统在社会上表现出越来越重要的作用。目前，我们生活中使用的手机，电话，Internet，ATM机等通信设备都离不开通信系统。随着通信系统与我们生活越来越密切，使用越来越广泛，对社会对通信系统的性能也越高。另外，随着人们对通信设备更新换代速度越来越快。不得不缩短通信系统的开发周期以及提高系统性能。针对这两方面的要求，必需要通过强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。自从现代以来，计算机科技走上了快速发展道路，实现了可视化的仿真软件。 通信系统仿真，在目前的通信系统工程设计当中。已成为了不可替代的一部分。它表现出很强的灵活性和适应性。为我们更好地研究通信系统性能带来了很大的帮助。本论文主要针对模拟调制系统中的二进制相移键控调制技术进行设计和基于Simulink进行仿真。通过系统仿真验证理论中的结论。本论文设计的目的之一是进一步加强理论知识，熟悉Matlab软件。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。 二．课程设计的目的 1.掌握模拟系统2PSK调制和解调原理及设计方法。 2.熟悉基于Simulink的通信系统仿真。
simulink中的solver各选项表示的意思ZZ 2007-05-11 21:12 | (分类:默认分类) 构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。 一、设置仿真参数和选择解法器 设置仿真参数和选择解法器，选择Simulation菜单下的Parameters命令，就会弹出一个仿真参数对话框，它主要用三个页面来管理仿真的参数。 Solver页，它允许用户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说明解法器参数及选择一些输出选项。 Workspace I/O页，作用是管理模型从MATLAB工作空间的输入和对它的输出。 Diagnostics页，允许用户选择Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。 1、Solver页 此页可以进行的设置有：选择仿真开始和结束的时间；选择解法器，并设定它的参数；选择输出项。 仿真时间：注意这里的时间概念与真实的时间并不一样，只是计算机仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长定为0.1，则需要执行100步，若把步长减小，则采样点数增加，那么实际的执行时间就会增加。一般仿真开始时间设为0，而结束时间视不同的因素而选择。总的说来，执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因素，包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速度等等。 仿真步长模式：用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步长选取方式，可供选择的有Variable-step（变步长）和Fixed-step（固定步长）方式。变步长模式可以在仿真的过程中改变步长，提供误差控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长，不提供误差控制和过零检测。用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应模式下仿真所采用的算法。 变步长模式解法器有：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb和discrete。ode45：缺省值，四/五阶龙格－库塔法，适用于大多数连续或离散系统，但不适用于刚性（stiff）系统。它是单步解法器，也就是，在计算y(tn)时，它仅需要最近处理时刻的结果y(tn-1)。一般来说，面对一个仿真问题最好是首先试试ode45。 ode23：二/三阶龙格－库塔法，它在误差限要求不高和求解的问题不太难的情况下，可能会比ode45更有效。也是一个单步解法器。 ode113：是一种阶数可变的解法器，它在误差容许要求严格的情况下通常比ode45有效。ode113是一种多步解法器，也就是在计算当前时刻输出时，它需要以前多个时刻的解。 ode15s：是一种基于数字微分公式的解法器（NDFs）。也是一种多步解法器。适用于刚性系统，当用户估计要解决的问题是比较困难的，或者不能使用ode45，或者即使使用效果也不好，就可以用ode15s。 ode23s：它是一种单步解法器，专门应用于刚性系统，在弱误差允许下的效果好于ode15s。它能解决某些ode15s所不能有效解决的stiff问题。 ode23t：是梯形规则的一种自由插值实现。这种解法器适用于求解适度stiff的问题而用户又需要一个无数字振荡的解法器的情况。 ode23tb：是TR-BDF2的一种实现， TR-BDF2 是具有两个阶段的隐式龙格－库塔公式。discrtet：当Simulink检查到模型没有连续状态时使用它。 固定步长模式解法器有：ode5，ode4，ode3，ode2，ode1和discrete。 ode5：缺省值，是ode45的固定步长版本，适用于大多数连续或离散系统，不适用于刚性系统。
基于Simulink的通信系统建模与仿真 ——模拟通信系统姓名：XX 完成时间：XX年XX月XX日
一、实验原理（调制、解调的原理框图及说明） AM调制 AM调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程。AM调制原理框图如下 AM信号的时域和频域的表达式分别为 式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值为0，即。 AM解调 AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。 AM相干解调原理框图如下。相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。 AM包络检波解调原理框图如下。AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。 DSB调制 在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB）。DSB调制原理框图如下 DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为DSB解调 DSB只能进行相干解调，其原理框图与AM信号相干解调时完全相同，如图SSB调制 SSB调制分为滤波法和相移法。 滤波法SSB调制原理框图如下所示。图中的为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。
《信息系统仿真课程设计》 课程设计报告 题目：信息系统课程设计仿真 院（系）：信息科学与技术工程学院 专业班级：通信工程1003 学生姓名： 学号： 指导教师：吴莉朱忠敏 2012 年 1 月 14 日至2012 年 1 月 25 日 华中科技大学武昌分校制
信息系统仿真课程设计任务书
目录 摘要 (5) 一、Simulink仿真设计 (6) 1.1 低通抽样定理 (6) 1.2 抽样量化编码 (9) 二、MATLAB仿真设计 (12) 2.1、自编程序实现动态卷积 (12) 2.1.1 编程分析 (12) 2.1.2自编matlab程序： (13) 2.1.3 仿真图形 (13) 2.1.4仿真结果分析 (15) 2.2用双线性变换法设计IIR数字滤波器 (15) 2.2.1双线性变换法的基本知识 (15) 2.2.2采用双线性变换法设计一个巴特沃斯数字低通滤波器 (16) 2.2.3自编matlab程序 (16) 2.2.4 仿真波形 (17) 2.2.5仿真结果分析 (17) 三、总结 (19) 四、参考文献 (19) 五、课程设计成绩 (20)
摘要 Matlab 是一种广泛应用于工程设计及数值分析领域的高级仿真平台。它功能强大、简单易学、编程效率高，目前已发展成为由MATLAB语言、MATLAB工作环境、MATLAB图形处理系统、MATLAB数学函数库和MATLAB应用程序接口五大部分组成的集数值计算、图形处理、程序开发为一体的功能强大的系统。本次课程设计主要包括MATLAB和SIMULINKL 两个部分。首先利用SIMULINKL 实现了连续信号的采样及重构，通过改变抽样频率来实现过采样、等采样、欠采样三种情况来验证低通抽样定理，绘出原始信号、采样信号、重构信号的时域波形图。然后利用SIMULINKL 实现抽样量化编码，首先用一连续信号通过一个抽样量化编码器按照A律13折线进量化行，观察其产生的量化误差，其次利用折线近似的PCM编码器对一连续信号进行编码。最后利用MATLAB进行仿真设计，通过编程，在编程环境中对程序进行调试，实现动态卷积以及双线性变换法设计IIR数字滤波器。 本次课程设计加深理解和巩固通信原理、数字信号处理课上所学的有关基本概念、基本理论和基本方法，并锻炼分析问题和解决问题的能力。
1.变步长(Variable—Step)求解器 可以选择的变步长求解器有：ode45，ode23，ode113，odel5s，ode23s和discret．缺省情况下，具有状态的系统用的是ode45；没有状态的系统用的是discrete． 1)ode45基于显式Runge—Kutta(4，5)公式，Dormand—Prince对．它是—个单步求解器(solver)。也就是说它在计算y(tn)时，仅仅利用前一步的计算结果y(tn-1)．对于大多数问题．在第一次仿真时、可用ode45试一下． 2)ode23是基于显式Runge—Kutta(2，3)．Bogackt和Shampine对．对于宽误差容限和存在轻微刚性的系统、它比ode45更有效一些．ode23也是单步求解器．3)odell3是变阶Adams-Bashforth—Moulton PECE求解器．在误差容限比较严时，它比ode45更有效．odell3是一个多步求解器，即为了计算当前的结果y(tn），不仅要知道前一步结果y(tn-1)，还要知道前几步的结果y(tn-2)，y(tn-3)，…； 4)odel5s是基于数值微分公式(NDFs)的变阶求解器．它与后向微分公式BDFs(也叫Gear方法)有联系．但比它更有效．ode15s是一个多步求解器，如果认为一个问题是刚性的，或者在用ode45s时仿真失败或不够有效时，可以试试odel5s。odel5s是基于一到五阶的NDF公式的求解器．尽管公式的阶数越高结果越精确，但稳定性会差一些．如果模型是刚性的，并且要求有比较好的稳定性，应将最大的阶数减小到2．选择odel5s求解器时，对话框中会显示这一参数．可以用ode23求解器代替。del5s，ode23是定步长、低阶求解器． 5)ode23s是基于一个2阶改进的Rosenbrock公式．因为它是一个单步求解器，所以对于宽误差容限，它比odel5s更有效．对于一些用odel5s不是很有效的刚性问题，可以用它解决． 6)ode23t是使用“自由”内插式梯形规则来实现的．如果问题是适度刚性，而且需要没有数字阻尼的结果，可采用该求解器． 7)ode23tb是使用TR—BDF2来实现的，即基于隐式Runge—Kutta公式，其第一级是梯形规则步长和第二级是二阶反向微分公式．两级计算使用相同的迭代矩阵．与ode23s相似，对于宽误差容限，它比odtl5s更有效． 8)discrete(变步长)是simulink在检测到模型中没有连续状态时所选择的一种求解器．
理工大学工程技术学院 《通信仿真课程设计》报告 班级：信息工程1班 姓名：寇路军 学号： 3 指导教师：周玲 成绩： 2019 年 3月 23 日
目录 通信仿真课程设计报告 (2) 一.绪论 (2) 二．课程设计的目的 (2) 三．模拟调制系统的设计 (3) 3.1 二进制相移键控调制基本原理 (3) 3.2 2PSK信号的调制 (3) 3.2.1模拟调制的方法 (3) 3.3 2PSK信号的解调 (4) 3.4 2PSK的“倒∏现象”或“反向工作” (5) 3.5功率谱密度 (5) 四．数字调制技术设计 (7) 4.1 2PSK的仿真 (7) 4.1.1仿真原理图 (7) 4.1.2 仿真数据 (7) 4.1.3 输出结果 (9) 总结 (10) 参考文献 (11)
通信仿真课程设计报告 一.绪论 随着社会的快速发展，通信系统在社会上表现出越来越重要的作用。目前，我们生活中使用的手机，，Internet，ATM机等通信设备都离不开通信系统。随着通信系统与我们生活越来越密切，使用越来越广泛，对社会对通信系统的性能也越高。另外，随着人们对通信设备更新换代速度越来越快。不得不缩短通信系统的开发周期以及提高系统性能。针对这两方面的要求，必需要通过强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。自从现代以来，计算机科技走上了快速发展道路，实现了可视化的仿真软件。 通信系统仿真，在目前的通信系统工程设计当中。已成为了不可替代的一部分。它表现出很强的灵活性和适应性。为我们更好地研究通信系统性能带来了很大的帮助。本论文主要针对模拟调制系统中的二进制相移键控调制技术进行设计和基于Simulink进行仿真。通过系统仿真验证理论中的结论。本论文设计的目的之一是进一步加强理论知识，熟悉Matlab软件。 Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。 二．课程设计的目的 1.掌握模拟系统2PSK调制和解调原理及设计方法。 2.熟悉基于Simulink的通信系统仿真。
, 第12章 MATLAB Simulink系统仿真 习题12 一、选择题 1．启动Simulink后，屏幕上出现的窗口是（）。A A．Simulink起始页 B．Simulink Library Browser窗口 C．Simulink Block Browser窗口 D．Simulink模型编辑窗口 2．模块的操作是在（）窗口中进行的。D A．Library Browser B．Model Browser ( C．Block Editer D．模型编辑 3．Integrator模块包含在（）模块库中。B A．Sources B．Continuous C．Sinks D．Math Operations 4．要在模型编辑窗口中复制模块，不正确的方法是（）。B A．单击要复制的模块，按住鼠标左键并同时按下Ctrl键，移动鼠标到适当位置放开鼠标 B．单击要复制的模块，按住鼠标左键并同时按下Shift键，移动鼠标到适当位置放开鼠标 C．在模型编辑窗口选择Edit→Copy命令和Edit→Paste命令 D．右键单击要复制的模块，从快捷菜单中选择Copy命令和Paste命令 | 5．已知仿真模型如图12-41（a）所示，示波器的输出结果如图12-41（b）所示。 （a）仿真模型
（b ）示波器输出结果 图12-41 习题仿真模型及仿真结果 则XY Graph 图形记录仪的输出结果是（ ）。C A ．正弦曲线 B ．余弦曲线 C ．单位圆 D ．椭圆 】 二、填空题 1．Simulink （能/不能）脱离MATLAB 环境运行。 2．建立Simulink 仿真模型是在 窗口进行的。模型编辑窗口 3．Simulink 仿真模型通常包括 、系统模块和 三种元素。 信号源（Source ），信宿（Sink ） 4．由控制信号控制执行的子系统称为 ，它分为 、 和 。 条件执行子系统，使能子系统，触发子系统，使能加触发子系统。 5．为子系统定制参数设置对话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，这种操作称为子系统的 。封装（Masking ） % 三、应用题 1．利用Simulink 仿真来实现摄氏温度到华氏温度的转换：9325f c T T = +。 2．利用Simulink 仿真)5cos 2513cos 91(cos 8)(2t ωt ωt ωπ A t x ++= ，取A=1，ω=2π。 3．设系统微分方程为 '(1)2y x y y =+??=? 试建立系统模型并仿真。 4．设计一个实现下面函数模块的子系统并对子系统进行封装。 Output = (Input1+ I nput2)×Input3-Input4
本文由qpadm贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 25 卷第 4 期 2009 年 4 月 电 力 For personal use only in study and research; not for commercial use 科 学 与 For personal use only in study and research; not for commercial use 工 程 Vol.25, No.4 Apr., 2009 11 For personal use only in study and research; not for commercial use Electric Power Science and Engineering 基于 MATLAB 的光伏电池通用数学模型 王长江 For personal use only in study and research; not for commercial use （华北电力大学电气与电子工程学院，北京 102206）摘要：针对光伏电池输出特性具有强烈的非线性，根据太阳能电池的直流物理模型，利用 MATLAB 建立了太阳能光伏阵列通用的仿真模型。利用此模型，模拟任意环境、太阳辐射强度、电池板参数、电池板串并联方式下的光伏阵列 I-V 特性。模型内部参数经过优化，较好地反应了电池实际特性。模型带有最大功率点跟踪功能，能很好地实现光伏发电系统最佳工作点的跟踪。关键词：光伏电池；MPPT；I-V 特性中图分类号：TM615 文献标识码：A 引 言 1 光伏电池特性 随着化石能源的消耗，全球都在面临能源危机，太阳能依靠其清洁、分布广泛等特点成为当今发展速度居第二位的能源 [1] 。光伏阵列由多个单体太阳能电池进行串并联封装而成，是光伏发电的能源供给中心，其 I V 特性曲线随日照强度和太阳能电池温度变化，即 I=f ( V, S, T ) 。目前而厂家通常仅为用户提供标准测试的短路电流 I sc 、开路电压 Voc、最大功率点电流 I m 、最大功率点电压 V m 值，所以如何根据已有的标准测试数据来仿真光伏阵列在不同日照、温度下的 I V，P V 特性曲线，在光伏发电系统分析研究中显得至关重要 [2] 。文献 [ 3~4 ] 介绍了一些光伏发电相关的仿真模型，但这些模型都需要已知一些特定参数，使得分析研究有一些困难。文献 [ 5 ] 介绍了经优化的光伏电池模型，但不能任意改变原始参数。文献 [ 6 ] 给出了光伏电池的原理模型，但参数选用典型值，会造成较大的误差。本文考虑工程应用因素，基于太阳能电池的物理模型，建立了适用于任何条件下的工程用光伏电池仿真模型。
《matlab通信仿真设计》课程设计指导书 11月
课程设计题目1: 调幅广播系统的仿真设计 模拟幅度调制是无线电最早期的远距离传输技术。在幅度调制中, 以声音信号控制高频率正弦信号的幅度, 并将幅度变化的高频率正弦信号放大后经过天线发射出去, 成为电磁波辐射。 波动的电信号要能够有效地从天线发送出去, 或者有效地从天线将信号接收回来, 需要天线的等效长度至少达到波长的1/4。声音转换为电信号后其波长约在15~1500km之间, 实际中不可能制造出这样长度和范围的天线进行有效信号收发。因此需要将声音这样的低频信号从低频率段搬移到较高频率段上去, 以便经过较短的天线发射出去。 人耳可闻的声音信号经过话筒转化为波动的电信号, 其频率范围为20~20KHz。大量实验发现, 人耳对语音的频率敏感区域约为300~3400Hz, 为了节约频率带宽资源, 国际标准中将电话通信的传输频带规定为300~3400Hz。调幅广播除了传输声音以外, 还要播送音乐节目, 这就需要更宽的频带。一般而言, 调幅广播的传输频率范围约为100~6000Hz。 任务一: 调幅广播系统的仿真。 采用接收滤波器Analog Filter Design模块, 在同一示波器上观察调幅信号在未加入噪声和加入噪声后经过滤波器后的波形。采用另外两个相同的接收滤波器模块, 分别对纯信号和纯噪声滤波, 利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率, 继而计算输出信噪比, 用Disply显示结果。 实例1: 对中波调幅广播传输系统进行仿真, 模型参数指标如下。
1.基带信号: 音频, 最大幅度为1。基带测试信号频率在100~6000Hz 内可调。 2.载波: 给定幅度的正弦波, 为简单起见, 初相位设为0, 频率为550~1605Hz 内可调。 3.接收机选频放大滤波器带宽为12KHz, 中心频率为1000kHz 。 4.在信道中加入噪声。当调制度为0.3时, 设计接收机选频滤波器输出信噪比为20dB, 要求计算信道中应该加入噪声的方差, 并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。 仿真参数设计: 系统工作最高频率为调幅载波频率1605KHz, 设计仿真采样率为最高工作频率的10倍, 因此取仿真步长为 8max 1 6.2310(1-1)10step t s f -==? 相应的仿真带宽为仿真采样率的一半, 即 18025.7(1-2)2step W KHz t == 设基带测试正弦信号为m(t)=Acos2πFt, 载波为c(t)=cos2πf c t, 则调制度为m a 的调制输出信号s(t)为 ()(1cos 2)cos 2(1-3)a c s t m Ft f t ππ=+ 容易求出, s(t)的平均功率为 21(1-4)24a m P =+ 设信道无衰减, 其中加入的白噪声功率谱密度为N 0/2, 那么仿真带宽(-W, W)内噪声样值的方差为 2002(1-5)2N W N W σ=?=
1.太阳能电池建模 1.1太阳能电池的等效电路图 1.2太阳能电池模型仿真图 sc I 为短路电流，oc U 为开路电压，mp I 、mp U 为最大功率点电流和电压，则当太阳能电池电 压为U ，其对应点电流为I ：
21=1-(1))r oc U c U sc I I c e I -+?（ 其中 21(1)m p oc U m p c U sc I c e I - =-， 2( 1)ln(1)m p m p oc sc U I c U I =--， ()r ref s U U T T R I β=+-+?， ()()ref sc ref I S T T I S S α?=-+-。 ref S 、ref T —太阳辐射和太阳能电池温度参考值，一般取为1kW/m 2 、25℃；α—在参考 日照下，电流变化温度系数（A mps /℃）；β—在参考温度下，电压变化温度系数（V/℃）；s R —太阳能电池的串联电阻（Ω），它由下面式子决定： ref m ref oc ref m ref sc ref m ref p ref s p s I V V I I A N N R N N R ,,,,,,/1ln ???? ??+-??? ? ??-== ， 3 -+-= Lref cref Isc s ocref V cref ref I T N V T A oc μεμ。 其中，ε为材料带能，eV 12.1=ε。 r e f m I ,，ref m V ,：参考条件下，光伏阵列最大功率点电流跟电压； r e f sc I ,，ref oc V ,：参考条件下，光伏阵列短路电流与开路电压； sc I μ，oc V μ：参考条件下，光伏阵列短路电流与开路电压温度系数； s N ：光伏阵列各模块的单元串联数； N ：光伏阵列模块的串联数； p N ：光伏阵列模块的并联数； cref T ：参考条件下，光伏电池温度，一般设定为25℃。
班级：通信工程 姓名：曾浩 学号：201007302123 实验四 Simulink系统仿真 一、实验目的 1、熟悉SIMULINK工作环境及特点 2、掌握SIMULINK 的建模与仿真方法 4、掌握Simulink模型的建立及系统仿真方法。 二实验基本知识 1．了解SIMULINK模块库中各子模块基本功能
2. SIMULINK 的建模与仿真方法 （1）打开模块库，找出相应的模块。鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中即可。 （2）创建子系统：当模型大而复杂时，可创建子系统。 （3）设置仿真控制参数。 三、实验内容 （1）系统的仿真与分析 1.创建一个正弦信号的仿真模型 在MATLAB 的命令窗口运行simulink 命令单击工具栏上的图标或选择菜 单“File”——“New”——“Model”，新建一个名为 “untitled”的空白模型窗口。 添加模块 仿真
2.建立二阶系统的仿真模型。 方法一： 输入信号源使用阶跃信号，系统使用开环传递函数s s 6.012 ，接受模块使用示波器来 构成模型。 (1) 在“Sources ”模块库选择“Step ”模块，在“Continuous ”模块库选择“Transfer Fcn ”模 块，在“Math Operations ”模块库选择“Sum ”模块，在“Sinks ”模块库选择“Scope ”。 (2) 连接各模块，从信号线引出分支点，构成闭环系统。 仿真并分析 单击工具栏的“Start simulation ”按钮，开始仿真，在示波器上就显示出阶跃响应。 在 Simulink 模型窗口，选择菜单“Simulation ”——“Simulation parameters …”命令，在 “Solver ”页将“Stop time ”设置为15，然后单击“Start simulation ”按钮，示波器显示的就到15 秒结束。
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
目录 一、摘要.......................................................... - 3 - 二、课程设计任务 .................................................................................................... - 3 - 三、课程设计内容 .................................................................................................... - 3 - 1、PID控制原理及PID参数整定概述.................................................................... - 3 - 2、基于稳定边界法（临界比例法）的PID控制器参数整定算法 ............................ - 5 - 3、利用Simulink建立仿真模型............................................................................ - 8 - 4、参数整定过程 .................................................................................................- 12 - 5、调试分析过程及仿真结果描述.........................................................................- 16 - 四、总结 ...................................................................................................................- 17 - 五、参考文献 ...........................................................................................................- 17 -
光伏电池的仿真建模 1、simulink模型 图1 光伏电池铭牌 图2 光伏阵列simulink仿真封装模型 如图2，“T”代表外界环境温度，“S”代表太阳辐射强度，“Vpv”代表光伏电池板的实际工作电压，“Iout”代表光伏电池板的实际工作电流，“Vm”代表光伏电池板在最大功率点时的输出电压。
图3 光伏阵列仿真模型用户参数设置界面 如图3所示，根据系统是否带有MPPT功能，输出电流可以是最大功率点时的Im（此时Iout即为Im）或者是对应Vpv的实际电流Iout。 2、光伏电池的特性曲线 仿真所用参数如图1所示，不进行最大功率跟踪（图3“最大功率跟踪”前 面的对号去掉）。
图4 光伏电池特性仿真模型 0.0.0.0.1.1.光伏电池板的输出电压（V ） 光伏电池板的输出电流（A ） 图5 温度变化时的光伏电池I-V 变化曲线
0.0.0.0.1.1.光伏电池板的输出电压(V ) 光伏电池板的输出电流（A ） 图6 辐射强度变化时的光伏电池I-V 变化曲线 光伏电池板的输出电压（V ） 光伏电池板的输出功率（W ） 图7 温度变化时的光伏电池P-V 变化曲线
光伏电池板的输出电压（V ） 光伏电池板的输出功率（W ） 图8 辐射强度变化时的光伏电池P-V 变化曲线 3、带有MPPT 功能的光伏电池仿真 图9 T 、S 变化时的光伏电池仿真 如图9所示，通过“Singal ”模块实现不同温度T1和T2、不同辐射强度S1和S2的选择。本次仿真取值T1 =25~30℃,T2=20~25℃，S1=800~1000w/m 2，S2=600~800w/m 2，
通信工程专业《通信仿真综合实践》研究报告 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 学生：*** 学生学号：20***** 指导教师：** 所在学院：信息技术学院 专业班级：通信工程 中国 2016 年 5月
信息技术学院 课程设计任务书 信息技术院通信工程专业 20** 级，学号 201***** **** 一、课程设计课题： 基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真设计 二、课程设计工作日自 2016 年 5 月 12 日至 2016 年 5 月 24 日 三、课程设计进行地点：图书馆 四、程设计任务要求： 1.课题来源: 指导教师指定题目 2.目的意义:. 1）综合应用《掌握和精通MATLAB》、《通信原理》等多门课程知识，使学生建立通信系统的整体概念 2）培养学生系统设计与系统开发的思想 3）培养学生独立动手完成课程设计项目的能力 3.基本要求: 1) 数字基带信号直接送往信道： 2）传输信道中的噪声可以看作加性高斯白噪声 3）可用滤波法提取定是信号 4）对传输系统要有清楚的理论分析 5）把整个系统中的各个子系统自行构造，并对其性能进行测试 6）最终给出信号的仿真结果（信号输出图形） 课程设计评审表
基于MATLAB 的数字基带传输系统的仿真 概述 ：本课程设计主要研究了数字信号的基带传输的基本概念及数字信号基带传输的传输过程和如何用MATLAB 软件仿真设计数字基带传输系统。首先介绍了本课题的理论依据及相关的基础知识，包括数字基带信号的概念，数字基带传输系统的组成及各子系统的作用，及数字基带信号的传输过程。最后按照仿真过程基本步骤用MATLAB 的仿真工具实现了数字基带传输系统的仿真过程，对系统进行了分析。 第一部分 原理介绍 一、数字基带传输系统 1）数字基带传输系统的介绍 未经调制的数字信号所占的频谱是从零频或很低频率开始,称为数字基带信号。在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下,基带信号可以不经载波调制而直接传输。这种不经载波调制直接传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。 数字基带系统的基本结构可以由图1 的模型表示.其中包括发送滤波器、传输信道、接收滤波器、抽样判决等效为传输函数为H (w) 基带形成网络,对于无码间干扰的基带传输系统来说, H (w) 应满足奈奎斯特第一准则, 在实验中一般取H (w) 为升余弦滚降特性.在最佳系统下, 取C(w) = 1,GT (w) 和GR(w) 均为升余弦平方根特性.传输信道中的噪声可看作加性高斯白噪声, 用产生高斯随机信号的噪声源表示. 位定时提取电路,在定时精度要求不高的场合, 可以用滤波法提取定时信号,滤波法提取位定时的原理可用图2表示。 图1 基带传输系统模型 设发送滤波器的传输特性 , 则 ω ωπ d e H t g jwt R ? ∞ ∞ -= )(21 )()(ωT G
实验四 SIMULINK 仿真实验 一、 实验目的 1. 学习SIMULINK 的实验环境使用。 2. 掌握SIMULINK 进行结构图仿真的方法。 二、 实验内容 1．控制系统结构图仿真 给定被控对象) 1(10 )(+= s s s G ,控制器111.0145.0)(++=s s s D ,按以下两种情 况设计SIMULINK 仿真结构图（给定信号是单位阶跃信号）。 （1） 无控制器时被控对象单位负反馈。 （2） 控制器与被控对象串连接成单位负反馈。 给定的仿真参数： （1） 信号源参数设置: 阶跃信号（Step ）的Step time 设为0秒。 （2）仿真参数设置: 仿真时间 0～10秒，求解器选定步长(Fixed-step)的ode5,仿真步长（Fixed step size ）设为0.02秒。 实验要求： (1) 在SIMULINK 中对设计的结构图进行仿真，观察输入信号，输出信号和控制信号。 (1) 记录保存两种情况下的响应波形（适当调整时间轴和纵轴坐标，使图形显示适中，同时在图中求出系统的超调和调节时间（按2％的误差带）。
123 45678910 00.20.40.60.8 1 1.2 1.4 时间 (seconds) d a t a 时序图: 0123 45678910 0.20.40.60.81 1.21.41.6 1.8时间 (seconds) d a t a 时序图:
2．动态系统微分方程仿真 在SIMULINK 中求解下列二阶微分方程代表的动态系统在阶跃信号作用下的状态响应。 给定的仿真参数： （1） 信号源参数设置：阶跃信号（Step ）的Step time 设为0秒。 （2） 仿真参数设置：仿真时间 0～8秒，求解器选变步长 (Variable-step)的ode45,最大仿真步长（Max step size ）设为0.01秒。 实验要求： （1） 据微分方程构造结构图。 （2） 结构图仿真。 a) 零状态仿真：x 1=0,x 2=0， b) 非零状态仿真：x 1=1，x 2=-1， c) 记录保存两种情况下的响应波形（适当调整时间轴和纵轴坐 标，使图形显示适中）。 1 22122110) (1,||210x y t u u x x x x x x ==++--==
《MATLAB与通信仿真》课程设计指导老师: 张水英、汪泓 班级:07通信(1)班 学号:E07680104 姓名:林哲妮
目录 目的和要求 (1) 实验环境 (1) 具体内容及要求 (1) 实验内容 题目一 (4) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目二 (8) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目三 (17) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 题目四 (33) 题目内容 流程图 程序代码 仿真框图 各个参数设置 结果运行 结果分析 心得与体会 (52)
目的和要求 通过课程设计，巩固本学期相关课程MATLAB与通信仿真所学知识的理解，增强动手能力和通信系统仿真的技能。在强调基本原理的同时，更突出设计过程的锻炼。强化学生的实践创新能力和独立进行科研工作的能力。 要求学生在熟练掌握MATLAB和simulink仿真使用的基础上，学会通信仿真系统的基本设计与调试。并结合通信原理的知识，对通信仿真系统进行性能分析。 实验环境 PC机、Matlab/Simulink 具体内容及要求 基于MATLAB编程语言和SIMULINK通信模块库，研究如下问题： (1)研究BFSK在加性高斯白噪声信道下（无突发干扰）的误码率性能与信噪比之间的关系； (2)研究BFSK在加性高斯白噪声信道下（有突发干扰）的误码率性能与信噪比之间的关系； 分析突发干扰的持续时间对误码率性能的影响。 (3)研究BFSK+信道编码（取BCH码和汉明码）在加性高斯白噪声信道下（无突发干扰） 的误码率性能与信噪比之间的关系；分析不同码率对误码率性能的影响。比较不同信道编码方式的编码增益性能。 (4)研究BFSK+信道编码（取BCH码和汉明码）在加性高斯白噪声信道下（有突发干扰） 的误码率性能与信噪比之间的关系；分析突发干扰的持续时间对误码率性能的影响。分析不同码率对误码率性能的影响。比较不同信道编码方式的编码增益性能。
PSIM9.0学习笔记1——光伏电池板模型的使用 今天看了看PSIM9.0里面的光伏板模型，顺带测试了一下，感觉非常简单实用，以后要做光伏这方面研究的童鞋就不用纠结怎么建光伏电池板的模型了，直接拿来用就可以了。1.光伏板模型就在PSIM9.0的elements-power-renewable energy里面，有两种，一种是物理模型的，一种是功能模块的，物理模型更接近于真实的板子，有两个输入，分别对应照度和温度，正负输出端，还有一个可以观测最大功率的接口，如下图所示 功能模块顾名思义就是只用来实现光伏板电池功能的模块了，只有正负端输出，只需要给定他的开路电压，短路电流，最大功率点电压和电流即可，那么在不要看光照温度影响的条件下可以简单的来用，如下图所示 我个人觉得要研究光伏电池特性，最大功率跟踪，以及更实际一点儿的研究的时候就用物理模块，而光伏板只是最为一个输入电压来看的话那就用功能模块应该就能满足了……当然我还没往后做，仅仅是感觉哈……
同时PSIM9.0里面还有一个计算光伏板物理参数的工具，叫solar module，可以通过电池板的参数，也就是一般电池板所提供的最大功率，开路电压那些参数，计算出那些光伏板等效电路里面的诸如串联电阻、饱和电流，温度系数之类的值，同时能够看到该参数下的电流电压和功率电压关系曲线，方便我们使用物理模块时对参数进行设置，如上图所示 那么基于以上，我把我用的电池板参数填上去，用物理模块测试，同时光强由400-1000每200变化一次做了一下仿真，以下就是测试电路和测试波形。 输出波形 以上就是我刚对PSIM9.0里面的光伏板做的学习，当然只是很简单的学习并且用了一下，各位大侠们看了之后不要鄙视哈……如果有有错的或者理解不对的地方还请各位大侠帮忙指正！~~ 后续继续做MPPT实验和逆变器的实验，慢慢做，然后再发上来大家一起讨论学习哈