基于PSIM和MATLAB的电路联合仿真

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现代计算机（www.moderncomputer.cn）2019.09上文章编号：1007-1423（2019）25-0092-04DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2019.25.021基于PSIM和MATLAB的电路联合仿真柯奕辰1，陈国初1，许移庆2，朱志权2（1.上海电机学院电气学院，上海201306；2.上海电气风电集团，上海201306）摘要：考虑到一些复杂电路常常对于控制方面及线路方面都有较高要求，结合PSIM在线路层面的优势和MATLAB在控制仿真的优越性，使用PSIM+MATLAB进行联合仿真，并以三相异步电动机为例进行仿真。结果表明，联合仿真能够充分利用PSIM和MATLAB的优势，简化仿真过程并缩短仿真时间。关键词：电路；PSIM；MATLAB；联合仿真基金项目：上海市科学技术委员会科研项目（No.17DZ1201200）0引言随着步入互联网时代，计算机技术的持续发展和传统电力电子领域的持续热门，使得两者开始逐步结合，因此计算机仿真技术在电力电子领域得到了大量应用。目前，MATLAB、PSIM、Cadence/OrCAD/PSpice和Saber等电力电子仿真软件的不断涌现，有效缩短了系统的开发周期，研发的成本也大大降低。在上述热门的仿真软件中，Saber同时兼容模拟、数字和控制量的混合仿真，能在不同技术不同领域中使用，但是其价格高昂，操作复杂，目前多在大型企业中使用。PSpice软件的图形界面友好，简单易懂，能够实现复杂电路的仿真，但是由于在求解器收敛性方面的劣势不适合完成闭环系统的仿真。PSIM应用广泛，采用理想化建模如将半导体功率器件等效成理想开关，便于工程师对电路原理和系统本身的理解，仿真效率高[1,2]。PSIM能够解决大多数软件仿真时间长的问题，但不适用于控制系统的仿真。MATLAB中的SimPowerSystems提供了包括IGBT模块、AC和DC电机模型在内的多个模型进行建模仿真，尤其在控制策略仿真中优势明显，但是在电力电子软开关拓扑的仿真中得到的结果常与真实结果有较大出入[3,4]。因此，随着仿真要求的进一步提高，为了满足复杂电路系统的综合仿真的需要，如何利用仿真软件各自的优势完成仿真任务将是电力电子电路仿真的未来趋势。在设计电力电子线路时，由于PSIM能在线路方面产生精确的波形因此多采用PSIM作为仿真软件；而对于以优化系统参数为目标的设计时，MATLAB凭借优秀的建模能力和控制部分的便捷操作常被作为仿真软件[5,6]。但是在完成一个复杂电路的设计时，对于线路和系统两个方面都有较高的要求，例如采用SVPWM驱动的电压源逆变器等。此时单个软件很难满足仿真的要求，因此考虑到PSIM软件友好的兼容性，提出一种PSIM+MATLAB进行联合仿真的方法即在PSIM中完成拓扑结构的仿真而控制策略的仿真则在MATLAB中完成。这样可以充分利用两个软件的不同优势，完成仿真目标。1联合仿真模块PSIM自6.0版本起提供了SimCoupler交互接口模块，能够实现与MATLAB/Simulink的联合仿真。如图1所示,SimCouplerModel模块中包含输入和输出接口，在进行联合仿真时通过InLinkNode接收来自Simu⁃link的数据，通过OutLinkNode向Simulink输出数􀀩􀀬开发案例

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www.moderncomputer.cn）2019.09上据。即可实现数据的交互，完成复杂的仿真任务[7]。

图1交互接口模块2联合仿真的步骤2.1PSIM部分（1）在PSIM中完成主电路模型的搭建，然后在下拉菜单栏中依次选择Elements/Control/SimCouplerMod⁃ule/In/OutLinkNode放置输入、输出连接点。（2）在PSIM的Simulate菜单栏中选择Generatenetlistfile生成后缀为.cct的网络表文件，并与主电路模型存放在同一路径下。2.2Simulink部分（1）打开MATLAB，将PSIM中SimCoupler文件所在的目录设置为当前路径。（2）在Simulink环境中建立mdl模型文件，将S-function中SimCoupler路径下的SimCouplerBlock复制到mdl文件。（3）右键SimCoupler，将Property设置为PSIM文件中生成的cct文件所在的路径。成功设置后，Sim⁃Coupler中的输入输出引脚将与PSIM中In、OutNode的数量和位置对应。（4）修改Simulationparameters中的参数，完成设定后运行仿真，实现电力电子的联合仿真。特别地，当Simulink中设定的仿真步长和时间等参数与PSIM中设定的参数存在差异时，输出的仿真结果应按Simu⁃link为准。3三相异步电机的联合仿真本文以三相异步电动机为例，如果单独采用PSIM或者MATLAB进行仿真，很难同时满足控制与拓扑结构的要求。因此本文采用PSIM结合MATLAB/Simu⁃link进行联合仿真，并对仿真结果进行比较。图2为三相异步电动机在PSIM中建立的模型，包括主电路和虚线框内的控制电路。

图2三相异步电动机的PSIM仿真模型3.1仿真PSIM模型在PSIM中打开已完整的电路模型，删除电路中的控制部分并设置InLinkNode和OutLinkNode。如图3所示，其中左边虚线框内的InLinkNode接受来自Simulink传输的控制信号，右边两个虚线框内的OutLinkNode分别向Simulink传输数据，最终完成整个电路的闭环控制。

图3联合仿真的PSIM仿真模型3.2MATLAB/Simulink模型在Simulink中建立的仿真模型如图4所示，黄色部分为SimCoupler模块，在Simulink中代替PSIM中的电路，进行数据交互。3.3联合仿真结果图5为联合仿真得到的IGBT的控制电流波形，观察可得与PSIM单独仿真得到的波形一致，但是使用PSIM联合MATLAB大大简化了细致建模的过程。此外，为显示联合仿真的优势，在同样的参数条件下分别􀀩􀀭开发案例

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（www.moderncomputer.cn）2019.09上在PSIM和MATLAB中单独建立完整电路图。并在同一PC的相同条件下进行仿真，最终可得联合仿真的时间最短。

图4联合仿真的MATLAB仿真模型4结语为了同时满足控制策略和电子线路方面的要求，通过PSIM与MATLAB进行联合仿真，充分发挥了各自的优势并缩短了仿真时间。由仿真范例可知，联合方法操作简单，为其他复杂电路的仿真提供了一种新的方法。此外，由于控制策略单独在MATLAB\Simu⁃link中完成，可通过例如粒子群算法等优化算法对控制参数进行优化，这对于电力电子设计与仿真的开发来说具体积极的意义。

图5仿真波形

参考文献：[1]张晓波，王占霞，张新燕，王维庆.基于PSIM和MATLAB的变频器故障仿真分析[J].电网技术，2010，34（03）:79-84.[2]周志燕，李声晋，卢刚，张玉峰，祁芬芬，焦军武.PSIM与MATLAB/Simulink联合仿真无刷直流电动机调速系统[J].微特电机，2014，42（05）:63-65.[3]周明理.基于PSIM/MATLAB的异步电机矢量控制系统的设计[D].广西大学，2014.[4]李洁，王伟，钟彦儒.电力电子系统的PSIM+MATLAB联合仿真方法[J].电力电子技术，2010，44（05）:86-88.[5]陈爽，段国艳，唐伟.基于SVPWM的感应电机矢量控制PSIM/MATLAB联合仿真[J].制造业自动化，2014，36（01）:95-97.[6]李芳，王志浩，肖亮.基于PSIM与MATLAB的双向能量变换器仿真研究[J].电气开关，2016，54（03）:61-64+67.[7]刘生建，马桂芳，邱晓芬.基于PSIM和MATLAB/Simulink的Buck电路的联合仿真[J].淮阴师范学院学报（自然科学版），2017，16（03）:218-221.作者简介：柯奕辰（1995-），女，浙江台州人，硕士，研究方向为并网逆变器建模与控制陈国初（1971-），男，江西都昌人，博士，教授，研究方向为复杂系统建模、仿真、优化与控制许移庆（1978-），男，硕士，高级工程师，上海电气风电公司副总工程师，研究方向为风力发电朱志权（1979-），男，汉族，河南漯河人，硕士，高级工程师，研究方向为风力发电检测技术、变流器控制和电网接入技术收稿日期：2018-07-11修稿日期：2019-08-10􀀩􀀮开发案例

现代计算机（www.moderncomputer.cn）2019.09上Co-SimulationofCircuitBasedonPSIMandMATLABKEYi-chen1,CHENGuo-chu1,XUYi-qing2,ZHUZhi-quan2（1.SchoolofElectricEngineering,ShanghaiDianjiUniversity,Shanghai225300;2.ShanghaiElectricWindPowerGroup,Shanghai200241）Abstract:Consideringthatsomecomplexcircuitsoftenhavehighrequirementsoncontrolaspectsandlines,combinedwiththeadvantagesofPSIMatthelinelevelandthesuperiorityofMATLABincontrolsimulation,jointsimulationusingPSIM+MATLAB,andthree-phaseasynchro⁃nousmotorforexample,simulationisperformed.Theresultsshowthatco-simulationcantakefulladvantageofPSIMandMATLAB,sim⁃plifyingthesimulationprocessandshorteningthesimulationtime.Keywords:Circuit;PSIM;MATLAB;Co-Simulation

ResearchonControlofDC-DCConverterBasedonExponentialReachingSlidingModeControlZHANGPeng-xiang1，CHENGuo-chu1，YUQing2（1.ShanghaiDianjiUniversityElectricalEngineering，Shanghai201306；2.ShanghaiElectricWindPowerEquipmentCo.，Ltd.，Shanghai200241）Abstract:Theever-changingoutputloadofDC/DCBoostconvertersinreal-worldapplicationsrequireshigherrobustness.Aslidingmodevariablestructurecontrollerbasedonpulsewidthmodulationisproposed.TheoperationofBoostcircuitincontinuousconductivemodeisanalyzedandastatespacemodelisestablished.Basedonthis，theslidingmodeswitchingsurfaceisestablished.Theexponentialapproachlawisintroducedtoimproveitsdynamicperformance.Theexistenceconditionsandstabilityconditionsoftheslidingmoderegionaretheoretical⁃lyanalyzed.Andsimulationsexperimentisdesignedtocomparethecontroleffectsofslidingmodecontrolandvoltage-currentdoubleclosed-loopPIcontrolonloadstart-up，loadsuddenchangeandoutputvoltagesuddenchange.Theexperimentalresultsshowthatcom⁃paredwiththedoubleclosed-loopcontrol，theslidingmodecontrolhasfasterresponsespeedandrobustnesswhentheoutputloadisinawiderange.Keywords:BoostConverter;SlidingModeController;