复杂联接的闭环系统的数字仿真

题目一 复杂联接的闭环系统的数字仿真

一、复杂联接的闭环系统的编程仿真

实际工程中,常常遇到的是复杂结构形式的控制系统,它由若干典型环节按一定规律联接而成。这类系统的仿真程序应具有以下特点：

（1）可按照系统结构图输入各环节参数，改变参数方便。

（2）可方便地观察各环节输出动态响应。

图1 复杂联接的闭环系统框图

设计基本思路：输入环节参数和环节之间的联接关系，由计算机程序自动形成闭环状态方程，运用数值积分方法求解响应。 二、设计要求：

（1）根据结构图写出联接矩阵。

（2）给出复杂联接的闭环系统的数字仿真程序的流程框图。

（3）状态初值为[0 0 0 0 0 0 0 0 0]；仿真步长:0.001；仿真时间:1.5s 。

（4）编写仿真程序并调试。

（5）画出每一个输入信号和输出信号的波形，要求用subplot 作图。

三、复杂联接的闭环系统的simulink 仿真

利用Matlab 中的simulink 模块建立上述模型，并进行仿真。给出仿真波形，并比较以上两种方法的优缺点。

123456789107

:110.171();();();10.010.08510.0110.15700.21();();();0.05110.006710.151300.10.0044();();();10.0110.01()0.212,,s G s G s G s s s s s G s G s G s s s s G s G s G s s s s G s r y +===+++===++===++=各环节传递函数如下输入为单位阶跃求输出响应

题目二交-直-交变压变频器整流器的仿真

一、交-直-交变压变频器的基本结构

交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如图1所示。

图1 交-直-交变压变频器基本结构图

1、三相桥式全控整流电路拓扑图

图2 三相桥式全控整流电路图

二、三相桥式全控整流电路的工作原理

（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。（2）对触发脉冲的要求：

·按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60︒。

·共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120︒，共阳极组VT4、VT6、VT2

也依次差120︒。

·同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相

差180︒。

（3）u d一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。

（4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲触发；另一种是双脉冲触发（常用）

（5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。

三、仿真要求

（1）利用matlab下的simulink和simpowersystems工具箱构建三相整流的仿真模型。（2）要求对主电路和脉冲电路进行封装。

（3）仿真参数为：E=100-300V; f=50Hz;交流电压220V; h=0.0001s，其他参数自定。

（4）给出a角分别为0、30、90度时，负载为纯电阻和阻感性负载两种情况下的整流电路的各种波形、包括触发脉冲波形、相电压和线电压波形、电流波形和晶闸管所承受电压波形，要求采用subplot作图

（5）比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。

题目三交-直-交变压变频器中逆变器的仿真

一、交-直-交变压变频器的基本结构

交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如图1所示。

图1 交-直-交变压变频器基本结构图

1、三相逆变电路拓扑图

交-直-交变压变频器中的逆变器一般接成三相桥式电路，以便输出三相交流变频电源，图3为6个电力电子开关器件VT1 ~ VT6 组成的三相逆变器主电路，图中用开关符号代表任何一种电力电子开关器件。

图2三相电压型逆变电路拓扑图

二、交-直-交变压变频器的工作原理

控制各开关器件轮流导通和关断，可使输出端得到三相交流电压。在某一瞬间，控制一个开关器件关断，同时使另一个器件导通，就实现了两个器件之间的换流。在三相桥式逆变器中，有180°导通型和120°导通型两种换流方式。注意直流侧和负载侧中心点的区别。三、仿真要求

（1）利用simulink和simpowersystems工具箱构建逆变器的仿真模型。

（2）要求对主电路和脉冲电路进行封装。

（3）仿真参数为：E=100-300V; f=50Hz;交流电压220V; h=0.0001s，其他参数自定。

（4）给出a角分别为0、30、90度时，负载为纯电阻和阻感性负载两种情况下的逆变电路的各种波形、包括触发脉冲波形、相电压和线电压波形、电流波形和晶闸管所承受电压波形，要求采用subplot作图

（5）比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。

题目四单相逆变器SPWM调制技术的仿真

一、逆变器SPWM调制原理

PWM控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM技术。常用的PWM技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM）、电流滞环调制（CHPWM）和电压空间矢量调制（SVPWM）。

在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。图1中各个形状的窄脉冲在作用到逆变器中电力电子器件时，其效果是相同的，正是基于这个理论，SPWM调制技术才孕育而生。

a)矩形脉冲b)三角脉冲c)正弦半波脉冲d)单位脉冲函

图1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲

二、SPWM控制方式

SPWM包括单极性和双极性两种调制方法，

（1）如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。

（2）如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。

（a）单极性PWM控制方式（b）双极性PWM控制方式

图2 SPWM控制方式

其中：载波比——载波频率f c与调制信号频率f r 之比N，既N = f c / f r

调制度――调制波幅值Ar与载波幅值Ac之比，即Ma＝Ar/Ac

同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。