matlab电路仿真共16页文档

matlab电力电子仿真教程.pdfMATLAB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)1绪论1.1关于MATLAB软件作为当今世界最流行的第四代计算机语言，MATLAB软件语言系统，由于它在科学计算，网络控制，系统建模与仿真，数据分析，自动控制，图形图像处理航天航空，生物医学，物理学，通信系统，DSP处理系统，财务，电子商务，等不同领域的广泛应用以及它自身所具备的独特优势，目前MATLAB已备受许多科研领域的青睐与关注。

武汉大学电气工程学院MATL AB电路仿真实验报告班级：0810学号：2008302540299姓名：李德澳2010年7月目录实验一直流电路（1） (3)实验二直流电路（2） (9)实验三正弦稳态 (18)实验四交流分析和网络函数 (27)实验五动态电路 (32)实验六频率响应 (44)实验一直流电路（1）一实验目的1 加深对直流电路的节点电压法和网孔电流法的理解2 学习使用MATLAB的矩阵运算的方法二实验示例1节点分析电路如图所示（见书本12页），求节点电压V1,V2,V3.根据电路图得到矩阵方程，根据矩阵方程使用matlab命令为Y =0.1500 -0.1000 -0.0500-0.1000 0.1450 -0.0250-0.0500 -0.0250 0.0750节点v1，v2和v3：v =404.2857350.0000412.85712 回路分析电路如图所示（见书本13页），使用解析分析得到同过电阻RB的电流，另外求10V电压源的输出功率。

分析电路得到节点方程，根据节点方程得到矩阵方程，根据矩阵方程，使用matlab的命令为z=[40,-10,-30;-10,30,-5;-30,-5,65];v=[10,0,0]';I=inv(z)*v;IRB=I(3)-I(2);fprintf('the current through R is %8.3f Amps \n',IRB)ps=I(1)*10;fprintf('the power supplied by 10v source is %8.4fwatts\n',ps)结果为：the current through R is 0.037 Ampsthe power supplied by 10V source is 4.7531 watts三实验内容1 根据书本15页电路图，求解电阻电路，已知：R1=2Ω,R2=6Ω,R3=12Ω,R4=8Ω,R5=12Ω,R6=4Ω,R7=2Ω(1)如果Us=10V,求i3,u4,u7(2)如果U4=4V,求Us,i3,i7使用matlab命令为clear% 初始化阻抗矩阵Z=[20 -12 0;-12 32 -12;0 -12 18];% 初始化电压矩阵V=[10 0 0]';% 解答回路电流I=inv(Z)*V;% I3的计算I3=I(1)-I(2);fprintf('the current I3 is %8.2f Amps\n',I3) % U4的计算U4=8*I(2);fprintf('the voltage U4 is %8.2f Vmps\n',U4) % U7的计算U7=2*I(3);fprintf('the voltage U7 is %8.2f Vmps\n',U7)结果the current I3 is 0.36 Amps the voltage U4 is 2.86 Vmps the voltage U7 is 0.48 Vmpsclear% 初始化矩阵XX=[20 -1 0;-12 0 -12;0 0 18];% 初始化矩阵YY=[6 -16 6]';% 进行解答A=inv(X)*Y;% 计算各要求量Us=A(2)I3=A(1)-0.5I7=A(3)结果Us = 14.0000I3 = 0.5000I7 =0.33332 求解电路里的电压如图1-4（书本16页），求解V1,V2,V3,V4,V5 使用matlab命令为clear% 初始化节点电压方程矩阵Z=[0.725 -0.125 -0.1 -5 -1.25;-0.1 -0.2 0.55 0 0;-0.125 0.325 -0.2 0 1.25;1 0 -1 -1 0;0 0.2 -0.2 0 1];I=[0 6 5 0 0]';% 解答节点电压U1，U3，U4与Vb，IaA=inv(Z)*I;% 最终各电压计算V1=A(1)V2=A(1)-10*A(5)V3=A(2)V4=A(3)V5=24结果V1 =117.4792V2 = 299.7708V3 =193.9375V4 =102.7917V5 = 243 如图1-5（书本16页），已知R1=R2=R3=4Ω,R4=2Ω,控制常数k1=0.5，k2=4，is=2A，求i1和i2.使用matlab命令为clear% 初始化节点电压方程矩阵Z=[0.5 -0.25 0 -0.5;-0.25 1 -1 0.5;0 0.5 0 -1;1 -1 -4 0];I=[2 0 0 0]';% 解答节点电压V1，V2及电流I1，I2A=inv(Z)*I;% 计算未知数V1=A(1)V2=A(2)I1=A(3)I2=A(4)结果如下：V1 =6V2 =2I1 = 1I2 =1实验二直流电路（2）一实验目的1 加深多戴维南定律，等效变换等的了解2 进一步了解matlab在直流电路中的作用二实验示例如图所示（图见书本17页2-1），分析并使用matlab命令求解为clear,format compactR1=4;R2=2;R3=4;R4=8;is1=2;is2=0.5;a11=1/R1+1/R4;a12=-1/R1;a13=-1/R4; a21=-1/R1;a22=1/R1+1/R2+1/R3;a23=-1/R3;a31=-1/R4;a32=-1/R3;a33=1/R3+1/R4;A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33];B=[1,1,0;0,0,0;0,-1,1];X1=A\B*[is1;is2;0];uoc=X1(3);X2=A\B*[0;0;1];Req=X2(3);RL=Req;P=uoc^2*RL/(Req+RL)^2;RL=0:10,p=(RL*uoc./(Req+RL)).*uoc./(Req+RL), figure(1),plot(RL,p),gridfor k=1:21ia(k)=(k-1)*0.1;X=A\B*[is1;is2;ia(k)];u(k)=X(3);endfigure(2),plot(ia,u,'x'),gridc=polyfit(ia,u,1);%ua=c(2)*ia=c(1) , 用拟合函数术,c(1),c(2)uoc=c(1),Req=c(2)RL =0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10p =Columns 1 through 70 0.6944 1.0204 1.1719 1.23461.2500 1.2397Columns 8 through 111.2153 1.1834 1.1480 1.1111A ．功率随负载变化曲线01234567891000.20.40.60.811.21.4B.电路对负载的输出特性00.20.40.60.81 1.2 1.4 1.6 1.82三实验内容1 图见书本19页2-3，当RL从0改变到50kΩ，校验RL为10kΩ的时候的最大功率损耗使用matlab命令为clear% 定义电压源和电阻值Us=10;Rs=10000;RL=0:20000;p=(Us^2.*RL)./(RL+Rs).^2;plot(RL,p);输出结果为-3x 104Maximum power occur at 10000.00hmsMaximum power dissipation is 0.0025Watts2 在图示电路里(书本20页2-4)，当R1取0，2，4，6，10，18，24，42，90和186Ω时，求RL的电压UL,电流IL和RL消耗的功率。

如下图所示的电桥电路, 其中I1是16V 的电压源, I2是1A 的电流源,R1为8 , 电桥的四个臂分别为R2, R3, R4, R5电阻值如图所示, 求流过R4的电流I 的大小？解法一: 利用戴维南定理进行求解:解题思路：将A.B 两点断开, 求A.B 两点之间的等效电阻与等效电压, 等效之后的图形 如下图所示:I=? ABAB其中R6是等效电阻, I3是等效电压。

①求解等效电阻:求解等效电阻时把所有的电流源开路, 电压源短路, 得到如下所示的电路：AB则AB两端的电阻值即等效电阻R6=(R2+R3)//R1+R5②求解等效电压可以利用叠加法求解AB 两端的电压值, 先不看电压源（即电压源相当于短路）, 计算电流源对AB 两端的电压值, 再不看电流源（即电流源相当于断路）, 再计算AB 两端的电压值, 然后将俩种情况下的电压值叠加即得到AB 两端的等效电压。

不看电压源的电路图如下:则UCB+I2*R5+I2*（R1+R2）//R3=0 可以得到:UCB =-[I2*R5+I2*（R1+R2）//R3]U AB1 =-I2*R5-I2*3213)21(R R R R R R ++•++I2*R2*3213R R R R ++不看电流源的电路图如下:ABC很容易的知道AB 两端的电压值为:U AB2=321)32(*1R R R R R I +++所以UAB=UAB1+UAB2则经过戴维南等效之后的电路图如下:可以很简单的求解出II=64R R U AB+ABMatlab求解程序如下:(程序代码如下)R1=8;R2=4;R3=20;R4=3;R5=3;I1=16;I2=1;R6=R5+(R2+R3)*R1/(R1+R2+R3);UAB1=-I2*R5-I2*(R1+R2)*R3/(R1+R2+R3)+I2*R2*R3/(R1+R2+R3); UAB2=I1*(R2+R3)/(R1+R2+R3);UAB=UAB1+UAB2;I=UAB/(R4+R6);解法二: 运用叠加定理直接求解①先考虑电压源对AB两点的电流影响, 此时不看电流源, 电流源相当于断路, 电路图如下：根据电路图, 容易知道: AB 之间的电流I1 为I 1=543232)54//()32(11R R R R R R R R R R R I ++++•+++②再考虑电流源对AB 端电流源的影响, 此时不看电压源, 即将电压源短路, 电路图如下所示:根据电路图, 分析容易知道: 可以根据三角形与Y 形电路之间的转换, 将三角形电阻ACD 转换为Y 形电阻, 公式为：ABI 1BCD形电阻之和相邻电阻的乘积形电阻∆∆Y转换之后的电路图如下:可以得到:R12=32121R R R R R ++•R13=32131R R R R R ++•由于是电流源, 电流一定, 可以忽略与电流源串联的电阻R23 所以I 2=-I2*541312513R R R R R R ++++综上知道:I=I 1+I 2Matlab 求解程序如下: (程序代码如下) R1=8 R2=4;I 2R3=20; R4=3; R5=3; I1=16; I2=1;i1=[(R2+R3)/(R2+R3+R4+R5)]*I1/[R1+(R2+R3)*(R4+R5)/(R2+R3+R4+R5)];R12=R1*R2/(R1+R2+R3); R13=R1*R3/(R1+R2+R3);i2=-I2*(R13+R5)/(R12+R13+R4+R5); I=i1+i2解法三: 利用回路电流法进行求解 实验电路图如下:将无伴电流源的支路作为一个回路电流, 可以有电路图结合回路电i1i2流法列出如下方程:i1=I2I*（R2+R3+R4+R5）+i1*(R3+R5)-i2*（R2+R3）=0 -I*(R2+R3)-i1*R3+i2*(R1+R2+R3)=I1解方程可以很容易解的I 的值。

题14.14图(a)所示电路，已知u S =15cos(2t)V二端口网络阻抗参数矩阵10」6求ab端戴维南等效电路并计算电压Uo(一) 手动求解:将网络N用T型电路等效，如图(b)所示_cn——+ 5。

(10-j6)現(4-j6)0s() j6Q[](b)等效阻抗Z =4-j6j6 +15 —j6开路电压U OC 5+l0：6+j6 金2汀阪Z i j4 OC j4 j3 】26.4 j43.18148 Vj*》U oU o所以u o = 3.18cos(2t148 ) V（二）Matlab 仿真：1•分析：本次仿真需输入各阻抗 Zl 、Z1、Z2、Z3、Z4以及激励源Us 的参数值, 仿真结果需输出开路电压Uoc 、等效阻抗Zi 以及电感两端电压U0的幅值和相位 信息，并绘制Uoc ，U0的值随时间变化的波形曲线。

%清空自定义变量z1=4-6j;z2=6j;z3=10-6j;z4=5;us=15*exp(j*0);zl=4j;瀚入各元件参数 zi=z1+(z2*(z3+z4)/(z2+z3+z4)); uoc=us*z2/(z2+z3+z4); u0=zl/(zi+zl)*uoc; %在屏幕上显示“ The magnitude of zi is' %显示等效阻抗zi 的模%在屏幕上显示“ The phase of zi is %显示等效阻抗zi 的辐角%在屏幕上显示“ The magnitude of uoc is" %显示开路电压uoc 的模%等效阻抗zi 的计算表达式 %开路电压uoc 的计算表达式 %电感两端电压uo 的计算表达式disp('The magn itude of zi is'); disp(abs(zi))disp('The phase of zi is'); disp(a ngle(zi)*180/pi)disp('The magn itude of uoc is'); disp(abs(uoc))disp('The phase of uoc is');clear 其中各元件与原图的对应关系如下图所示：2•编辑M 文件的源程序如下:%在屏幕上显示“ The magnitude of uoc is"disp(a ngle(uoc)*180/pi) %显示开路电压uoc的辐角disp('The magn itude of u0 is'); disp(abs(u0))disp('The phase of u0 is'); disp(a ngle(u0)*180/pi) %在屏幕上显示“ The magnitude of u0 is”%显示电感两端电压u0的模%在屏幕上显示“ The magnitude of u0 is”%显示电感两端电压u0的辐角t=0:pi/100:2*pi;Yu0=abs(u0)*cos(2*t+a ngle(u0)); Yuoc=abs(uoc)*cos(2*t+angle(uoc)); plot(t,Yu0,t,Yuoc) %生成时间变量t%生成变量Yu0%生成变量Yuoc%绘制u0, uoc随时间t变化的波形曲线以下是源程序的截图:FNe Edit Text Cell Tooh Debug desktop Windofw H&lp1- cLea.r22- il=^6j ；2：3=6jL^=10-fl j ;3- si=zH(72*(Z3+E4)/(Z2+Z3+Z4));4- / (z2+z3+zl)；5- uD=zl/(zi+zl);7B - disp (T The mafiiitude of zi is F);9 - disp (abe(£L))10 - di第p『THo Rh阴弓of si 》i11- diip (anglflXri) «；180/pi)1212- disp (1 The magnitude of uoc i衬)；13- disp tabs(uoc))14- disp (1The pha.se of uoc is ),15一diep (angle (uoc) > 180/p i)1716- di^p The magnitude of u£) is* );17- disp(abE(uD))18- di^p ( The pha^e of u j is* ;19- disp (angle (uO) # 130/pi)2220r t=0:pi/100:2#pi;21- YuO-abs (uO) #ecs (2#t+afLgle (uO)); 22- Yuo(;=-abs(UQC) *ccs(2*t + aixgleCuQC)), 23- plot (t^YuO, t, Yucc) 档熾罐'电1 ■過懂Stack：| Base —*活空自走文基塑= 15^eK P(j*C0 .zl=4j 元件變黝实等啟阻抗注的计算裘达武黑开路电压sc的计算耒达式页电感腐请电压口口的计算表达贰乐在屏葛上显示"Tlrw *a£nitude of zi is 監昼示專效阻械注的按茶在屏幕上显示"Th目phase o£ zi i尹乐显示尊效阻抗"的辐角乐在屏莓上显示(*Ihe niagnitude of uoc is " 麻昼示并踏电压的種韓在屏幕上显示H Ths juagnitude of uoc is n 第显乐开路电圧uoc的辐甬sftSS上显不"Th巳nt^^mtLide of uO is 乐显示电感两端电压的種銘在屏菴上显示"The nLagnitude trf uO is !，35显示电感两喘电JEuQ的辐角纸生成时间SSt轴生JS^SY U O箔生寤叢里Ywu乐经制龍时闾t賞化的试魁曲绒3•程序运行结果如下:The magn itude of zi is 6.4000The phase of zi isThe magn itude of uoc is6 The phase of uoc is90The magn itude of u0 is 3.1800 The phase of u0 is 147.9946 以下是输出结果的截图：Commahd WindowTostarted, select MATLAB HmEp ot DentDE fron the Help menu.The element type "nane" nust be tarminated by the matching end-t ag ，v </nam&>，v . Could rot parse the file: d:\tocilboM\ccElinltVccElink\info.uni The TaagnitudE of si is6,4000The phase of zi isThe magnitude of uoc is6The phase o£ ucc isSOrhe itiagititude cf uC ±s3. 1300 The phase of u£i is147, 0945（zi 的幅值）（zi 的辐角）（Uoc 的幅值）（Uoc 的辐角） （U0的幅值）以下是UO、Uoc随时间t变化的波形:注：以上Uoc与U0的幅值都是最大值4•根据仿真结果，将各待求量用相量表示如下:此结果与手动运算结果完全一致，仿真结束（三）心得体会:1.本次仿真原计划用Orcad/Pspice进行。

Boost升压电路及MATLAB仿真一、设计要求1.输入电压（VIN）:12V2.输出电压（VO）：18V3.输出电流（IN）:5A4.电压纹波：0.1V5.开关频率设置为50KHz需设计一个闭环控制电路，输入电压在10—14V或负载电流在2—5A范围变化时，稳态输出能够保持在18V 。

根据设计要求很显然是要设计一个升压电路即Boost电路。

Boost电路又称为升压型电路,是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。

其工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和电路稳定后的稳态工作过程。

二、主电路设计图1主电路2.1 Boost电路的工作原理Boost升压电路电感的作用：是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当MOS开关管闭合后，电感将电能转换为磁场能储存起来，当MOS断开后电感将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在和输入电源电压叠加后通过二极管和电容的滤波后得到平滑的直流电压提供给负载，由于这个电压是输入电源电压和电感的磁场能转换为电能的叠加后形成的，所以输出电压高于输入电压，既升压过程的完成。

Boost升压电路的肖特基二极管主要起隔离作用，即在MOS开关管闭合时，肖特基二极管的正极电压比负极的电压低，此时二极管反向截止，使此电感的储能过程不影响输出端电容对负载的正常供电；因在MOS管断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时二极管正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端。

闭合开关会引起通过电感的电流增加。

打开开关会促使电流通过二极管流向输出电容因储存来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，结果输出电压高于输入电压。

接下来分两部分对Boost电路作具体介绍即充电过程和放电过程。

充电过程在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图二，开关（三极管）处用导线代替。

这时，输入电压流过电感。

二极管防止电容对地放电。

由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。

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。