【VIP专享】电力电子电路仿真
电力电子技术第7章 电力电子技术的仿真
学习指导
本章将应用一些典型的电力电子电路的仿真 实例，说明一些常用典型模块的使用方法和参数 设置意义和方法。在学习本章时，应该首先熟悉 SimPower System工具箱，了解各个模块库，这样 有助于快速找到所要的元件，提高搭建仿真系统 的效率。在进行仿真之前，应该对仿真对象有正 确的理解，对系统中各个组成部分的特性也应该 有一个比较清晰的了解，并会合理地设置参数和 选择恰当的数值计算方法等。
7.2 Simulink的模型库浏览器
Simulink称为MATLAB的一个工具箱(Toolbox)。Simulink 包括Simulink仿真平台和系统仿真模型库两部分，主要 用于仿真以数学函数和传递函数表达的系统，包含连续 系统、非线性系统和离散系统的仿真。
它能够实现动态系统建模和仿真的环境集成，且可以根 据设计及使用要求，对系统进行修改与优化，以提高系 统工作的性能，实现高效开发系统的目的。
该工具箱中有主要有Electrical sources（电源）、Elements（元 件）、Power Electronics（电力电子）、Machines（电机系统）、 Measurements（测量）和Extra Library（附加）等模块组。
7.2 Simulink的模型库浏览器
Electrical sources（电源）模块组 电源模块组包括：直流电压源、交流电压源、交流电流源、
电力电子技术的仿真
7.1 概述 7.2 Simulink的模型库浏览器 7.3 仿真步骤 7.4 驱动模块 7.5 电力电子变换电路的仿真
7.1 概述
仿真的意义
基本电力电子系统还应包括负载单元（电动机或者其他机电设 备构成）以及计算机控制电路单元（由模拟或数字信号电路构 成），形成了一个复杂的非线性的数模变量混合的系统。这种 复杂系统在建立实际模型时，在设计和分析过程中会有很大的 困难，使得传统的利用硬件面包板对设计进行验证的方法越来 越不可行。
电力电子电路故障诊断方法仿真
Ｋ Ｅ ＹＷ Ｏ ＲＤ Ｓ ： Ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ； Ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｃ ｕ ｒ ｓ ｏ ｒ ； Ｐ ａ ｔ ｒ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｗ ａ ｒ ｍ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ （ Ｐ Ｓ Ｏ）
中 图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ １ １ 文献标识码 ： Ｂ
Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ Ｆａ ｕ ｌ ｔ Ｄｉ ａ ｇ ｎｏ ｓ ｉ ｓ Ｍｅ ｔ ｈｏ ｄｓ Ｓｉ ｍ ｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ＸＩ Ｅ Ｍｉ ｎ （ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｕ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ０ ０ ０ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第３ ０ 卷 第１ ２ 期
文章 编 号 ： １ ０ ０ ６— ９ ３ ４ ８ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２— ０ ３ ７ ２— ０ ４
计
算
机
仿
真
２ ０ １ ３ 年ｌ ２ 月
电 力 电子 电 路 故 障 诊 断 方 法 仿 真
谢 昊
（ 南京工业大学电子与信息工程学院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ９） 摘要 ： 研究 电力电子电路故障准确诊断 问题。一般的电力电子 电路 中的电子器件 工作在与电力相关 的高压 环境下 ， 负载 能
实验报告-电力电子仿真实验
电力电子仿真实验实验报告院系：电气与电子工程学院班级：电气1309班学号： 17学生姓名：王睿哲指导教师：姚蜀军成绩：日期：2017年 1月2日目录实验一晶闸管仿真实验........................................ 错误!未定义书签。
实验二三相桥式全控整流电路仿真实验.......................... 错误!未定义书签。
实验三电压型三相SPWM逆变器电路仿真实验..................... 错误!未定义书签。
实验四单相交-直-交变频电路仿真实验.......................... 错误!未定义书签。
实验五 VSC轻型直流输电系统仿真实验.......................... 错误!未定义书签。
实验一晶闸管仿真实验实验目的掌握晶闸管仿真模型模块各参数的含义。
理解晶闸管的特性。
实验设备：MATLAB/Simulink/PSB实验原理晶闸管测试电路如图1-1所示。
u2为电源电压，ud为负载电压，id为负载电流，uVT 为晶闸管阳极与阴极间电压。
图1-1 晶闸管测试电路实验内容启动Matlab，建立如图1-2所示的晶闸管测试电路结构模型图。
图1-2 带电阻性负载的晶闸管仿真测试模型双击各模块，在出现的对话框内设置相应的模型参数，如图1-3、1-4、1-5所示。
图1-3 交流电压源模块参数图1-4 晶闸管模块参数图1-5 脉冲发生器模块参数固定时间间隔脉冲发生器的振幅设置为5V，周期与电源电压一致，为（即频率为50Hz），脉冲宽度为2（即º），初始相位（即控制角）设置为（即45º）。
串联RLC分支模块Series RLC Branch与并联RLC分支模块Parallel RLC Branch的参数设置方法如表1-1所示。
表1-1 RLC分支模块的参数设置元件串联RLC分支并联RLC分支类别电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻R0inf R inf0单个电感0L inf inf L0单个电容00C inf inf C 在本系统模型中，双击Series RLC Branch模块，设置参数如图1-6所示。
电力电子电路仿真-MATLAB和PSpice应用.pptx
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
6.6.2基本分析举例及仿真波形的处理
例6-1：二极管半波整流电路仿真（仿真参数为瞬态分析print step:1us, run to time:100ms。使用元件分别为：Vsin、Dbreak、Cbreak、
Rbreak ） 练习打印及保存波形
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
仿真结果
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
波形显示窗口内各标示的含义
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
打印或保存波形结果 ：
首先要在PSpice窗口调整好输出波形，然后选 Window\Copy to Clipboard...选项，设置选项， 这里可以保持原来Probe显示的本来颜色，也可 以把背景反白，也可以将所有颜色变为黑白色， 点选后按”OK”按钮键即可将目前工作窗口内的 波形送至剪贴板内，可将波形图直接粘贴到文 档中，也可用图形处理程序再行处理后使用。
6.4 PSpice文件
6.4.3 .OUT .DAT文件 .OUT内容包含有电路的网络连接描述、PSPice指令与选
项、仿真结果、仿真过程中所产生的错误信息。另外经设 置，它也可包含有一些仿真后的输出结果。 .DAT为仿真完后的输出结果，主要是供Probe程序来观测 仿真结果之用。 6.4.4 .PRB .STL .STM .INC文件 . PRB自动记录最后一次的屏幕波形，用户也可以自行设 置存档。 使用激励源编辑程序(Stimulus Editor)来作信号时，.STL 文件内放置这些信号数据。如果使用模型编辑程序 （Model editor)的Model Text View产生文字式输入信号描
364.00us
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《电力电子技术仿真实验》指导书
《电力电子技术实验》指导书合肥师范学院电子信息工程学院实验一电力电子器件仿真过程：进入MATLAB环境，点击工具栏中的Simulink选项。
进入所需的仿真环境，如图1.1所示。
点击File/New/Model新建一个仿真平台。
点击左边的器件分类，找到Simulink和SimPowerSystems，分别在他们的下拉选项中找到所需的器件，用鼠标左键点击所需的元件不放，然后直接拉到Model平台中。
图1.1实验一的具体过程：第一步：打开仿真环境新建一个仿真平台，根据表中的路径找到我们所需的器件跟连接器。
提取出来的器件模型如图1.2所示：图1.2第二步，元件的复制跟粘贴。
有时候相同的模块在仿真中需要多次用到，这时按照常规的方法可以进行复制跟粘贴，可以用一个虚线框复制整个仿真模型。
还有一个常用方便的方法是在选中模块的同时按下Ctrl键拖拉鼠标，选中的模块上会出现一个小“+”好，继续按住鼠标和Ctrl键不动，移动鼠标就可以将模块拖拉到模型的其他地方复制出一个相同的模块，同时该模块名后会自动加“1”，因为在同一仿真模型中，不允许出现两个名字相同的模块。
第三步，把元件的位置调整好，准备进行连接线，具体做法是移动鼠标到一个器件的连接点上，会出现一个“十字”形的光标，按住鼠标左键不放，一直到你所要连接另一个器件的连接点上，放开左键，这样线就连好了，如果想要连接分支线，可以要在需要分支的地方按住Ctrl键，然后按住鼠标左键就可以拉出一根分支线了。
在连接示波器时会发现示波器只有一个接线端子，这时可以参照下面示波器的参数调整的方法进行增加端子。
在调整元件位置的时候，有时你会遇到有些元件需要改变方向才更方便于连接线，这时可以选中要改变方向的模块，使用Format菜单下的Flip block 和Rotate block两条命令，前者改变水平方向，后者做90度旋转，也可以用Ctrl+R来做90度旋转。
同时双击模块旁的文字可以改变模块名。
第二章电力电子整流电路仿真
图2-65 60o 、
90o 为的仿真结果
。
取三相电源，三个触发脉冲器，参数设置和三相半波可控整流电路相 同，负载取100Ω，搭建仿真模型如图2-70所示。
仿真算法采用ode15s，仿真时间为1s。仿真结果如图2-71所示
现把负载改为阻感性负载，电阻R=100Ω，电感为1H，给定不同的触发延迟角，得 到仿真结果如图2-72所示。
用现成的模块Universal Bridge进行三相半波可控整流电路接反电动势负 载仿真。仿真模型如图2-51所示。
2.4三相桥式整流电路仿真 三相半波整流电路比单相整流电路波形平直，而且三相负荷均衡，得到 广泛的应用，但每相只有1/3周期导通，电源利用率较低，所以在大功率 常用三相桥式整流电路。 三相桥式整流电路仿真模型如图2-62所示。
第二章 电力电子整流电路仿真
2.1电力电子仿真常用的测量模块简介 2.2单相桥式整流电路仿真 2.3三相半波可控整流电路仿真 2.4三相桥式全控整流电路仿真 2.5三相半控桥式整流电路仿真
参数设置，电阻为100Ω，电感为0H，电容为inf
从图2-12可以看出，桥臂为2，电力电子 元器件为晶闸管，其它参数为默认值。
整流桥的参数和图2-41相同，仿真模型的其它参数设置和前面相同
电力电子电路仿真-MATLAB和PSpice应用
Discontinuities、Discrete、Look-up Tables、Math Operations、Model Verification、Model-Wide Utilities 、 Ports＆Subsystems、Signal Attributes、Signal Routing、Sinks、Sources和Use-Defined functions等模 块组。在电力电子专业中常用的模块组有Continuous、 Math operations、Signal Routing、Sinks、sources、 Discontinuities等。
5.1 MATLAB的计算基础
5.1.7 MATLAB 常用的函数 MATLAB的函数极为丰富，一些常用的数学函数如表5-6
见书
5.2 MATLAB程序设计基础 5.3 MATLAB的绘图功能
5.2 MATLAB程序设计基础 5.2.1 表达式、表达式语句和赋值语句 5.2.2 流程控制语句 5.2.3 MATLAB常用的其他命令
（5）Sinks模块组
（6）Sources模块组
5.4 SIMULINK 环境和模型库
2. SimPower System（电力系统）工具箱
主要有电源（Electrical sources）、元件（Elements）、电力电子（ Power Electronics）、电机系统（Machines）、测量（Measurements）附 加（Extras）等模块组。
的情况，会给出一定的出错提示信息，但是这提示不一定 准确，这是软件还不够完备的地方。
5.4 SIMULINK 环境和模型库
电力电子技术 仿真实验 实验一 单相桥式全控整流电路
《电力电子技术》仿真实验实验一单相桥式全控整流电路说明：1、为选修《电力电子技术》的工科本科生编写的实验指导书；2、课前安排了一节Matlab、Simulink入门课，让同学们仿真了单相桥式不可控整流电路；3、本指导书适用于新版本Matlab。
实验一单相桥式全控整流电路一、实验目的1、掌握单相桥式全控整流电路的工作原理；2、掌握单相桥式全控整流电路的仿真方法；3、了解不同类型负载输出波形的差异。
二、实验环境及器件仿真软件：Simulink所用器件如下表1所示（以Matlab2019b版本为例）。
表1 实验器件三、实验原理（a ）电阻负载（b ）阻感负载图1 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路是常用的单相整流电路之一，主电路由两对桥臂构成，晶闸管VT 1和VT 4组成一对桥臂，VT 2和VT 3组成另一对桥臂。
认为输入电压u2正半周时上端电压为正。
1、电阻负载如图1（a ）所示，以一个电流周期为例，在正半周时某一时刻t ，触发VT 1和VT 4可导通流过电流，若交流电周期为T ，则VT 1和VT 4在T/2时刻，电压过零变负时关断。
在T/2+t 时刻触发VT 2和VT 3可以导通，VT 2和VT 3在T 时刻电压过零变正时关断。
整流电压的平均值为：2211cos sin d()0.92d U t t U πααωωπ+==⎰ 其中α为时刻t 对应的电角度，U 2为输入交流电的电压幅值，α的变化范围为0~180°。
2、电感电阻负载如图1（b ）所示，VT 1和VT 4导通后，电压过零变负时，由于电感的作用，仍有电流流过VT 1和VT 4，VT 1和VT 4不会关断，直到在T/2+t 时刻触发VT 2和VT 3导通，反向电压使VT 1和VT 4关断。
同理，VT 2和VT 3导通后，电压过零变正时不会关断，直到VT 1和VT 4导通时承受反向电压关断。
整流电压的平均值为：d 221sin d()0.9cos U t t U παωωαπ+==⎰其中α为时刻t 对应的电角度，U 2为输入交流电的电压幅值，L 极大时，α的变化范围为0~90°。
电力电子电路缓冲器研究与仿真
电力电子电路缓冲器研究与仿真研究背景电力电子技术在电力系统中起着重要的作用，其应用已经涉及到许多领域。
电力电子电路缓冲器作为电力电子技术的重要组成部分之一，在电力电子电路中具有重要的功能和意义。
随着电力电子技术的不断发展和进步，电力电子电路缓冲器的研究也变得越来越重要。
电力电子电路缓冲器可以提供对电力电子器件的控制和保护，能够调节电力电子器件的功率输出，提高系统的稳定性和可靠性。
电力电子电路缓冲器在电力系统中的应用广泛，包括逆变器、变频器、电力调节器等。
它们能够实现能量的转换和传输，提高能源效率，减少能源浪费，对推动电力系统的发展和改善电力质量具有重要意义。
因此，对电力电子电路缓冲器进行深入研究和仿真分析，能够为电力系统的稳定运行和性能优化提供重要支持和指导，对电力电子技术的发展具有重要意义。
电力电子电路缓冲器有多种类型，包括电阻缓冲器、电容缓冲器和电感缓冲器等。
下面将介绍它们的原理、特点和应用场景。
电阻缓冲器电阻缓冲器是一种常见的电力电子电路缓冲器。
它使用电阻元件来减小电流的变化率，从而减少因突变电流引起的电压波动。
电阻缓冲器可以有效地保护电路中的其他元件免受过大的电流冲击。
它的原理简单，适用于各种电路，特别是在需要稳定电压输出的场景中常被使用。
电容缓冲器电容缓冲器是另一种常见的电力电子电路缓冲器。
它利用电容元件的充放电特性来平滑电压波动，降低峰值电压，并延长短暂电流脉冲的时间。
电容缓冲器适用于需要稳定电压输出的场景，尤其是在对电流响应时间要求较高的电路中。
电感缓冲器电感缓冲器使用电感元件来抵抗电流的变化率，从而减少电压的变化。
它通过电感的储能和释能来实现电流的平滑过渡，减少电路中的电压波动。
电感缓冲器在保护电路中的其他元件免受电压峰值和电流突变的影响方面具有良好的效果。
它常被应用于需要高度稳定性和电流保护的电路中。
以上是不同类型的电力电子电路缓冲器的简要介绍，它们都在特定的应用场景中发挥着重要的作用。
电力电子系统仿真软件介绍及实例分析
控制系统分析功能
To get started, select MATLAB Help or Demos from the Help menu. >> n1=[1,0.5]; d1=[1,2,4]; H1c=tf(n1,d1)
Transfer function: s + 0.5
------------s^2 + 2 s + 4
a=
1
变量与赋值
向量和矩阵
>> array = 1:2:9 ray =
3579
代数/符号运算
图形图像
>> x = -4:0.05:4; >> y = sin(x); >> plot(x,y)
Ｍ文件
Main circuit design
Topology of the convertor
Controller design
电力电子仿真软件及实例分析
ＰＳＩＭ
ＰＳＩＭ是专门为电力电子和电动机控制设计的一款仿真 软件。它可以迅速的仿真和便利地与用户接触，为电力电子， 分析和数字控制、电动机驱动系统研究提供强大的仿真环境。
Matlab ／ Simulink
MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国 The MathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种 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。除了矩阵运算、绘制函数/数据 图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与 调用其它语言（包括C，C++和FORTRAN）编写的程序。 尽管MATLAB主要用于数值运算，但利用为数众多的附加工 具箱（Toolbox）它也适合不同领域的应用，例如控制系统 设计与分析、图像处理、信号处理与通讯、金融建模和分析 等。另外还有一个配套软件包Simulink，提供了一个可视化 开发环境，常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。
现代电力电子技术仿真2
D
D
VVMOSFET和UMOSFET基本构造
一个MOSFET细胞
S
G
二氧化硅
多晶硅
S
★ 垂直导电VD，面积大，电 流大；
N
N
P
N
N
P
★ 轻掺杂，电阻率大，耐压 高；
★ 沟道短D-S间U、R、C均 小；
电流
N－ 电流 电流
N
电流
★ 胞元并联结RDS小，可达mΩ。
D
功率MOSFET旳内部构造
★ 无电导调制效应，UDSS较 GTR大。
U GS
G
U DS
D
S
N
N
P L
一种一般MOSFET旳内部构造
制造功率MOSFET旳关键，主要是处理大电流和高电压问题，以提升器件旳 功率处理能力．对比MOSFET与双极型器件（如GTR）旳构造，发觉后者首先在功 带领域取得突破旳原因主要有三点：
1) 发射极和集电极是安顿在基区旳两侧，电流是流过面积很大而厚度较薄旳 基区，因而能够参照GTR等功率器件，制造为垂直导电模式，电流容量能够很大；
0
VGS(Th)
VGS(V)
(2) 静态参数 A．通态电阻Ron
Ron=rCH+rACC+rJFET+rD
S
S
G
N
rch
rFET
P
rFET
NN
P
rD
NN－
rCH 反型层沟道电阻 rACC 栅漏积聚区电阻 rJFET FET夹断区电阻 rD 轻掺杂漏极区电阻
N
N
D
功率MOSFET通态电阻分布示意图
Ron(标么值)
1700V/1200A ， 3300V/1200A IGBT 模块
高等电力电子学(仿真)
1.4 小结
电力电子电路仿真的特点是电力电子电路含有 开关这种非线性时变元件，使得电力电子电路 难以直接用线性时不变方程来直接描述，从而 给仿真带来麻烦，因此电力电子电路仿真的关 键是如何处理好开关元件在仿真模型中的描述 问题。 目前电力电子电路仿真可借用很多专用仿真软 件来进行，但不同仿真软件特点不一样，能够 应用的仿真模型也不一样，仿真前要仔细分析 仿真的目的，从而有针对性的建立模型和选择 仿真软件。
t K + TK , j −1 ≤ t ≤ t K + TK , j
得出了上面的几组状态方程之后，就可通过迭代的方法 逐点求解电路的状态，其中每个状态的最后一个解就是下一 个状态的初始值。 采用上述方法进行仿真计算时，实际上是假定开关的开 关过程是瞬时完成的，其实用范围与方法2是一样的，一般 也不能用于分析开关器件的开关特性及由此引起的问题。
2.2 开环SPWM的仿真（续1）
Ud/2 T1 + a Ud/2 + T2 b T4 + T3 r
i1
L
i0
+ u0 C 负 载
u1
选择电容电压u0 和电感电流i1 作为状态变量，可得滤波 器的状态空间表达式如下：
0 & u0 i = 1 & − 1 L 1 u0 0 * − 1 C + 1 u1 + C i0 r i1 − 0 L L
滤波器模型
& u 0 0 i = 1 & 1 − L
1 u 0 0 * − 1 C + 1 u1 + C i 0 r i1 0 − L L
电力电子技术仿真
PSpice
总结词
电路级仿真的经典工具
详细描述
PSpice是一款由MicroSim公司出品的电路仿真软件，可以用于模拟和分析电路 性能。它支持模拟电路、数字电路和混合电路的仿真，提供了丰富的元件库和 精确的模型，能够准确地预测电路的性能。
LTSpice
总结词
专为电力电子设计者打造的电路仿真软件
详细描述
基于PSpice的电机驱动系统仿真
总结词
PSpice是一种电路仿真软件，可以用于模拟 和分析电机驱动系统的性能。电机驱动系统 通常包括电力电子开关、电机、控制器和电 源等部分。
详细描述
在PSpice中，可以使用元件库和模型库来构 建电机驱动系统的模型，并对其性能进行仿 真和分析。通过调整控制策略和电源条件， 可以观察到电机转速和电流的变化情况，以 及系统的稳定性和效率等。此外，PSpice还 可以进行故障模拟和可靠性分析，为电机驱
通过仿真可以验证和优化开关电源的控制策略，提高其输出性能和 稳定性。
电机驱动的仿真
电机驱动系统的建模
01
电机驱动系统包括电机、控制器和传动机构等部分，可以使用
电路和力学模型对其进行模拟。
电机驱动的控制策略
02
通过仿真可以验证和优化电机驱动的控制策略，提高其性能和
稳定性。
电机驱动的故障模拟
03
通过仿真可以模拟电机驱动系统在故障情况下的表现，为故障
提高仿真精度与效率
01
02
03
精细化建模
采用更精细的模型来模拟 电力电子系统的行为，提 高仿真精度。
并行仿真技术
采用并行计算技术，将仿 真过程分解到多个处理器 上同时进行，提高仿真效 率。
硬件在环仿真
电力电子的Matlab仿真技术
2 符号运算功能
3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化
具有高层绘图功能——二维、三维绘图； 具有底层绘图功能——句柄绘图； 使用plot函数可随时将计算结果可视化，图形可修饰和控制
4 图形化程序编制功能
动态系统进行建模、仿真和分析的软件包 用结构图编程，而不用程序编程 只需拖几个方块、连几条线，即可实现编程功能
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
5 丰富的MATLAB工具箱
MATLAB主工具箱 符号数学工具箱 SIMULINK仿真工具箱 控制系统工具箱 信号处理工具箱 图象处理工具箱 通讯工具箱 系统辨识工具箱 神经元网络工具箱 金融工具箱
许多学科，在 MATLAB中都有专 用工具箱，现已有 几十个工具箱，但 MATLAB语言的扩 展开发还远远没有 结束，各学科的相 互促进，将使得 MATLAB更加强大
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，
电力电子电路仿真2
⎡ & ⎡u 0 ⎤ ⎢ 0 ⎢i ⎥ = ⎢ 1 & ⎣ 1 ⎦ ⎢− ⎣ L
1 ⎤ ⎥ ⎡u 0 ⎤ ⎡ 0 ⎤ * ⎡− 1 ⎤ C ⎥ ⎢ ⎥ + ⎢ 1 ⎥ u1 + ⎢ C ⎥ i 0 r ⎢ 0 ⎥ − ⎥ ⎣ i1 ⎦ ⎢ L ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ L⎦
function[sys,xo]=rect(t,x,u,flag,R1,C,R) ……… elseif flag==1 if abs(u)>=x sys=a1*x+b1*abs(u); else sys=a2*x; end elseif flag==3 if abs(u)>=x sys(1)=sign(u)*(abs(u)-x)/R1; sys(2)=x; else sys(1)=0; sys(2)=x; end else sys=[]; end
& & & & ⎡ Xa ⎤ ⎡ Xa + ⎤ ⎡ Xa −⎤ ⎡ Xa 0⎤ ⎢& ⎥ ⎢& ⎥ ⎢& ⎥ ⎢& ⎥ ⎢ Xb ⎥ = ⎢ Xb + ⎥ + ⎢ Xb − ⎥ + ⎢ Xb0⎥ & & & & ⎢ Xc ⎥ ⎢ Xc + ⎥ ⎢ Xc − ⎥ ⎢ Xc0 ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
滤波器模型
⎡ & ⎡u 0 ⎤ ⎢ 0 ⎢i ⎥ = ⎢ 1 & ⎣ 1 ⎦ ⎢− ⎣ L
1 ⎤ ⎥ ⎡u 0 ⎤ ⎡ 0 ⎤ * ⎡− 1 ⎤ C ⎥ ⎢ ⎥ + ⎢ 1 ⎥ u1 + ⎢ C ⎥ i 0 r ⎣ i1 ⎦ ⎢ ⎥ ⎢ 0 ⎥ − ⎥ ⎣L⎦ ⎣ ⎦ L⎦
电力电子仿真技术第一章
第1章 绪论
1
第 1章 绪 论
计算机仿真是建立需研究系统的模型，进而在计算机上对 模型进行实验研究的过程。 计算机仿真方法是以计算机仿真为手段，通过在计算机上 运行模型来再现系统的运动过程，从而认识系统规律的一 种研究方法。
73.28024m 76.65517m -3.37493m 44
1.1.1 系统 — 仿真技术应用的对象
任何系统的研究都需要关注以下3个方面的内容：
实体 -- 组成系统的具体对象； 属性 -- 实体所具有的每一项有效特性（状态和参数）； 活动 -- 系统内对象随时间推移而发生的状态变化。
6
1.1 仿真的基本概念
系统、模型、仿真
1.1.2 模型
界定为人们为了特定的研究目的而对认识对象所做的简化 描述。
电力电子技术的现状：
应用范围不断扩大
复杂的非线性数模混合系统 分析、设计的复杂性 成本增加 安全性、经济性及进行实验研究的可能性
24
1.4 计算机仿真技术在电力电子系统 中的应用
电子电路设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）已经渗入到电子电路设计的 各个领域，例如原理图设计、逻辑或模拟电路仿真、 优化设计、最坏条件分析、印刷电路板设计等。 电力电子电路的EDA工具： ①传统的电子电路设计软件，如PSpice；
18
1.3 计算机仿真
1.3.1 计算机仿真定义的分析 计算机（数字）仿真是在计算机上，建立形式 化的数学模型，然后按一定的实验方案，通过数值 计算的方法展开系统的模型来获得系统的（动态） 行为，从而研究系统的过程。
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第1章 绪 论
2. 模型描述的层次
模型可以在不同的抽象层次上来描述一个系统 ：
（1）行为层次 （2）状态结构层次 （3）分解结构层次
3. 数学模型 数学模型是根据物理概念、变化规律、测试结果和经验 总结，用数学表达式、逻辑表达式、特性曲线、实验数据等来描述某 一系统的表现形式。数学模型一般是数学方程组。
计算机仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、安全、可靠、不受外 界条件的限制、可多次重复、高效和经济性等特点
计算机仿真技术经历了模拟计算机仿真、混合计算机仿真、专用数字 计算机仿真、通用数字计算机仿真等阶段，目前已进入基于网络的分布仿真阶段第1章 绪 论
1.1 仿真的基本概念（3个基本概念）
1.1.1 系统 定义为具有一定功能，按某种规律相互联系又相互作 用着的对象之间的有机组合
方法的实现：应用数值计算的方法来展开模型，获得模型在一定 输入下的输出。这是仿真与其他基于模型分析方法的主要 区别。
设施：计算机。数值计算是在计算机上进行的。
第1章 绪 论
归纳为：
计算机（数字）仿真是在计算机上，建立形式化的数学模型，然后 按一定的实验方案，通过数值计算的方法展开系统的模型来获得系统 的（动态）行为，从而研究系统的过程。
从以下一些方面描述了“仿真”的概念：
对象：仿真针对的对象是系统，包括客观存在的系统与设计中的 系统。
目的：获得系统的动态行为。这是仿真的直接目的。由此而分析 系统、设计系统或进行决策是仿真活动的间接目的。
方法：通过展开系统的模型来获得系统的行为或特性。使用模型 是仿真活动的一个重要特征：这表明获得系统的行为不是 直接对系统进行操作，而是对系统的模型进行操作。为此 首先要建立系统的模型。
电力电子电路仿真 －MATLAB和PSpice应用
第1章 绪 论
计算机仿真是建立需研究系统的模型，进而在计算机上对模型进行实 验研究的过程
计算机仿真方法是以计算机仿真为手段，通过在计算机上运行模型来 再现系统的运动过程，从而认识系统规律的一种研究方法
计算机仿真技术是以计算机科学、系统科学、控制理论和应用领域有 关的专业技术为基础，以计算机为工具，利用系统模型对实际的或设 想的系统进行分析与研究的一门新兴技术。现代计算机仿真技术综合 集成了计算机、网络、图形图像、多媒体、软件工程、信息处理、自 动控制等多个高新技术领域的知识，是系统分析与研究的重要手段。
计算机仿真中采用的模型是数学模型 本质是关于现实世界一小部分和几个方面抽象的数学“映像” 系统的属性用变量表示，而系统的活动则用相互关联的变量间的数学
函数关系式来描述 不可能对系统作完全真实的描述，而只能根据研究目的对它作某种近
似简化的描述
第1章 绪 论
模型建立
系统
仿真试验
模型
仿真模型建立
计算机仿真涉及两步重要的工作： ①必须建立系统的模型； ②要在计算机上对模型进行数值计算。如加以区分，前者称为建模， 而后者可以称为展模。
第1章 绪 论
1.3.2 计算机仿真方法的特点
（1）模型参数任意调整 （2）系统模型快速求解 （3）运算结果准确可靠 （4）仿真的结果形象直观
1.3.3 计算机仿真方法的作用 （1）优化系统设计 （2）降低实验成本 （3）减少失败风险 （4）提高预测能力
第1章 绪 论
电子电路设计自动化（Electronic Design Automation, EDA） 已经渗入 到电子电路设计的各个领域，例如原理图设计、逻辑或模拟电路仿真、 优化设计、最坏条件分析、印刷电路板设计等
电力电子电路的EDA工具也得到了长足的发展。 此类工具大体包括：
①传统的电子电路设计软件。通过引入新的电力电子器件模型可将软件 的应用领域扩展到电力电子系统的设计之中，例如为我国电路设计人 员所熟知的PSpice；
微分方程的数字解法、离散相似法是数字仿真的基础。
第1章 绪 论
1.2 仿真的分类
模型 物理仿真 数学仿真
计算机类型 模拟计算机仿真 数字计算机仿真
时钟比例关系 系统模型的特性
实时仿真
连续系统仿真
亚实时仿真 离散事件系统仿真
半实物仿真 数字模拟混合仿真 超实时仿真
第1章 绪 论
1.3 计算机仿真
计算机
1.1.3 仿真 系统仿真是建立系统、过程、现象和环境的模型（物理模 型、数学模型或其他逻辑模型），在一段时间内对模型进行操作，应 用于系统的测试、分析或训练。
计算机仿真3要素和3个基本活动 模型建立是通过对实际系统的观测或检测，在忽略次要因素及不可检
测变量的基础上，用物理或数学的方法进行描述，从而获得实际系统 的简化近似模型 仿真模型反映了系统模型（简化模型）同仿真器或计算机之间的关系， 它应能为仿真器或计算机所接受，并能进行运行 仿真实验是指对模型的运行
任何系统的研究都需要关注3个方面的内容，即实体、属性和活动：
实体 组成系统的具体对象； 属性 实体所具有的每一项有效特性（状态和参数）； 活动 系统内对象随时间推移而发生的状态变化。
第1章 绪 论
1.1.2 模型 在科学方法论中，把模型界定为人们为了特定的研究 目的而对认识对象所做的简化描述
模型方法是通过研究模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法 可以把模型看作是原型物质的或观念上（如数学的）的类似物 模型分为实物模型和抽象模型两大类
1. 建模活动 模型作为系统的原型在研究时的“替身”，在选择模 型时，要以便于达到研究的目的为前提
模型的描述经常可以采用下述一些原则： （1）相似性 （2）切题性 （3）吻合性 （4）可辨识性 （5）简单化 （6）综合精度
第1章 绪 论
1.3.4 计算机仿真的步骤 仿真是基于模型的活动，首先要针对实际系统建立其模型。
然后在上述模型的基础上进行仿真建模。 下一步程序设计即将仿真模型用计算机能执行的程序来描述。 最后要对仿真输出进行分析。
第1章 绪 论
1.4 计算机仿真技术在电力电子系统中的应用
电力电子技术的现状：
电力电子技术应用范围不断扩大 复杂的非线性数模混合系统 成本增加 设计和分析均带来了巨大的困难 安全性、经济性及进行实验研究的可能性等在现场实验中往往不易做到。