矩阵变换器 PPT课件
]高二数学选修4-2 矩阵与变换ppt课件
1
0
的特征向量为 0 和 1
10 x
1
0
= x· +(–y) ·
0 -1 y
0
1
矩阵只改变其特征向量的长度不改变其方向
22
矩阵的特征向量是在变换下“基本” 不变的量
23
矩阵表示的变换,把直线或者变成 直线,或者变成一个点
直线的向量方程 一般地,在平面直角坐标系中,经过点
M0(x0,y0)且平行于非零向量 的直线l的方程为
v0
v1
v2
14
矩阵表示的变换,把直线或者变成 直线,或者变成一个点
给量向定量OuuMuM矩uur0v阵'变0。M成,它向把量点OuuMMuu0ur0变,成点M把M向0’,量即v0把变向成 对l上任意一点X,矩阵M把点X变成点
高中数学选修4- 2
矩阵与变换
1
主要内容
通过几何变换讨论二阶方 阵的乘法及性质、矩阵的逆 和矩阵的特征向量,初步展 示矩阵应用。
2
特色
突出矩阵的几何意义
从具体到一般,从直观到抽象
用实例展示矩阵应用广泛性
3
矩阵---几何变换的代数表示
几何代数化----向量 平面几何变换 : 二阶矩阵乘向量
X’,根据矩阵变换的性质有
15
矩阵乘法的几何意义——变换的合成 乘法满足结合律,不满足交换律
1/2 0 0 –1 的变换过程(先旋转后压缩):
0 1 10
0 –1 1/2 0 的变换过程(先压缩后旋转):
10 01
16
逆变换与逆矩阵
伸压变换之逆为伸压变换
1/2 0 01
20 01
20 01
1/2 0 01
高二数学选修42矩阵与变换全章指导精品PPT课件
f()= c a d b, 其A 中 =c a d b.
• 学会从几何变换的角度进行解释。
1 0 1 0 0 1 1 1 1 2
0
2
0
1
1
0
0
0
0
1
伸压、反射、旋转、投影、切变
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
(1)A() Βιβλιοθήκη A;(2) A( + ) = A + A。
A( + ) = A + A。
2.3 变换的复合与矩阵乘法
• 连续施行两次变换——矩阵的乘法 ; • 矩阵乘法满足结合律,但不满足交换律:
1 0
01210
0110
0110
0
1 2
交 换 律 验 证
先旋转再压缩
先压缩再旋转
2.4 逆变换与逆矩阵(一)
与ax = b类比引入单位矩阵和逆矩阵→特殊矩阵 (变换)的逆矩阵(变换) 。
• 反射矩阵(变换)的逆矩阵(变换)是其自身;
1 0 1 0 1 0
0
1
0
1
0
1
• 伸压矩阵的逆矩阵是伸压矩阵;
1 0
0
1
2
互逆 1
0
0
2
2.4 逆变换与逆矩阵(二)
• 旋转矩阵的逆矩阵是旋转矩阵;
★
2.2 几种常见的平面变换;
★
2.3 变换的复合与矩阵的乘法; ★ ★
2.4 逆变换与逆矩阵;
★★★
0831矩阵的初等变换PPT课件
程 学
其中行最简形矩阵所对应的线性方程组是
院 最简单的 而且是最容易求解的.
③2
③2
2x1 x2 x3 x4 2
23xxx111
x2 3x2 6x2
2x3 x3 9x3
7
x4 x4 x4
4 2 9
增广矩阵的比较
B 4231
1 1
6 6
1 2
2 9
1 1 2 7
9442
1 1 2 1 4
B2
2 2 3
1 3
6
1 1
9
1 1 7
922
显然 把B的第3行乘以(1/2)即得B2.
矩阵A与B行等价 记作 A ~r B.
生 物
如果矩阵A经有限次初等列变换变成矩阵B 就称
医 学
矩阵A与B列等价 记作 A ~c B.
工
如果矩阵A经有限次初等变换变成矩阵B 就称矩
程
学 阵A与B等价 记作 A ~ B.
院 ❖等价关系的性质
(i)反身性 A~A
(ii)对称性 若A~B 则B~A
(iii)传递性 若A~B B~C 则A~C .
一个元素为非零元,即非零行的第一个非零
元.
第三章 矩阵的初等变换与线性方程组
行阶梯形矩阵:
•各非零行首非零元素分布在不同列
生
物 医
•当有零行时,零行在矩阵的最下端
学
工 程 学 院
3 2
2 0
5 1
131
1 4 9
0 5
0 0
3 1 2 5
0 1 6 7
0 0
5 0
3 2
4 1
0 2 6 0 0 3
物
2024全新矩阵及其运算ppt课件
06
矩阵在实际问题中应 用举例
图像处理中矩阵运算应用
图像表示
将图像转换为矩阵形式,每个像 素点对应矩阵中的一个元素,方
便进行数学处理。
图像变换
通过矩阵运算实现图像的旋转、缩 放、平移等变换,满足图像处理的 各种需求。
图像压缩
利用矩阵分解等技术,对图像数据 进行压缩,减少存储空间和提高传 输效率。
一个矩阵可以与一个数相 乘,相乘的结果是一个维 度相同的矩阵,其元素为 原矩阵对应位置的元素与 数的乘积。
两个矩阵可以相乘当且仅 当第一个矩阵的列数等于 第二个矩阵的行数。相乘 的结果是一个维度为 $(m,p)$的矩阵,其中$m$ 为第一个矩阵的行数,$p$ 为第二个矩阵的列数。新 矩阵的元素由第一个矩阵 的一行与第二个矩阵的一 列对应元素相乘后求和得 到。
矩阵定义及表示方法
end{pmatrix}$
这$m times n$个数称为矩阵A的元素,简称为元,数$a_{ij}$位于矩阵A的第$i$行第$j$列 ,称为矩阵A的$(i,j)$元,以数$a_{ij}$为$(i,j)$元的矩阵可记为$(a_{ij})$或$(a_{ij})_{m times n}$,$m times n$矩阵A也记作$A_{mn}$。
单元刚度矩阵
根据单元的物理特性和形状函数,构造单元刚度矩阵,反映单元 的力学特性。
整体刚度矩阵
将所有单元的刚度矩阵按照一定规则组装成整体刚度矩阵,用于 求解整个系统的力学响应。
THANK YOU
配方法
通过配方将二次型化为标 准型。
合同变换法
利用合同变换将二次型化 为标准型。
正交变换法
利用正交变换将二次型化 为标准型。
正交变换在二次型化简中应用
2024年度矩阵分析课件精品PPT
2024/3/24
6
矩阵性质总结
01
结合律
02
交换律
03 分配律
04
数乘结合律
数乘分配律
05
2024/3/24
(A+B)+C=A+(B+C),(AB)C=A(BC)。 A+B=B+A,但AB≠BA。 (A+B)C=AC+BC,C(A+B)=CA+CB。 λ(μA)=(λμ)A,(λ+μ)A=λA+μA。 λ(A+B)=λA+λB。
12
03
线性方程组与矩阵解法
2024/3/24
13
线性方程组表示形式
80%
一般形式
Ax = b,其中A为系数矩阵,x为 未知数列向量,b为常数列向量 。
100%
增广矩阵形式
[A|b],将系数矩阵A和常数列向 量b合并为一个增广矩阵。
80%
向量形式
x = Ab,表示通过矩阵A的逆求 解未知数列向量x。
04
典型例题解析
10
秩及其求法
2024/3/24
01
矩阵秩的定义与性质
02
利用初等变换求矩阵秩的方法
03
利用向量组的极大无关组求矩阵秩的方法
04
典型例题解析
11
典型例题解析
01 02 03 04
2024/3/24
初等变换与初等矩阵相关例题 矩阵等价性判断相关例题 秩及其求法相关例题 综合应用相关例题
矩阵分析课件精品PPT
2024/3/24
1
目
CONTENCT
录
2024/3/24
• 矩阵基本概念与性质 • 矩阵变换与等价性 • 线性方程组与矩阵解法 • 特征值与特征向量 • 相似对角化与二次型 • 矩阵函数与微分方程求解
矩阵变换器讲解
矩阵变换器2012、3、
矩阵变换器的定义
•矩阵变换器是一种直接交—交变换电路,起初提出时是指m相输入变换到n相输出的一般化结构,目前应用最多的是三相—三相矩阵变换器。
矩阵变换起的基本拓扑结构
矩阵变换器的双向开关
对于一相输出的矩阵变换器
矩阵变换器的模块化
电压型双PWM变换和矩阵变换器的比较
根据冲量等效原理和占空比的公式可以得出:
矩阵变换器的输出受到输入的控制:
矩阵变换器输入电压和输出电压之间的关系:
矩阵变换器的输入电压和输出电压之间的关
系:
电压控制法—Venturini。
线性代数第四讲矩阵的初等变换PPT资料(正式版)
2x3 2x3 9x3
x4 2x4 7 x4
4 4 9
①②
①②
x1 x2 2x3 x4 4
423xxx111
x2 6x2 6x2
x3 2x3 9x3
x4 2x4 7 x4
2 4 9
增广矩阵的比较
B
2 1 4 3
1 1
6 6
1 2
2 9
1 1 2 7
9442
1 1 2 1 4
非零数 某个方程的非零倍加到另一个方程上 线性方程组与其增广矩阵相互对应 对方程组的变换完
全可以转换为对方程组的增广矩阵的变换 把方程组的上述三种同解变换移植到矩阵上 就得到矩
阵的三种初等变换
下页
v2.矩阵的初等变换 定义 矩阵的初等行(列)变换 (i)对调两行(列) ——换法变换 (ii)以非零数k乘某一行(列)中的所有元素 ——倍法变换 (3)把某一行(列)的k倍加到另一行(列)上去 ——消法变换
1 2
2 9
1 1 2 7
9442
B2
2231
1 1 3 6
2 1
1 9
1 1 1 7
9224
显然 把B的第3行乘以(1/2)即得B2
下页
v1.引例 在解线性方程组的过程中 我们可以把一个方程变为另
一个同解的方程 这种变换过程称为同解变换 同解变换有 交换两个方程的位置 把某个方程乘以一个
非零数 某个方程的非零倍加到另一个方程上
43xxx111
x2 6x2 6x2
2x3 2x3 9x3
x4 2x4 7 x4
4 4 9
③2
③2
2x1 x2 x3 x4 2
23xxx111
x2 3x2 6x2
2.2 矩阵变换(PPT)
专题二 MATLAB矩阵处理2.2 矩阵变换☐对角阵☐三角阵☐矩阵的转置☐矩阵的旋转☐矩阵的翻转☐矩阵求逆1.对角阵☐对角阵:只有对角线上有非零元素的矩阵。
☐数量矩阵:对角线上的元素相等的对角矩阵。
☐单位矩阵:对角线上的元素都为1的对角矩阵。
(1) 提取矩阵的对角线元素☐diag(A):提取矩阵A主对角线元素,产生一个列向量。
☐diag(A,k):提取矩阵A第k条对角线的元素,产生一个列向量。
矩阵的对角线:与主对角线平行,往上为第1条、第2条、一直到第n条对角线,往下为第-1条、-2条、一直到-n条对角线。
主对角线为第0条对角线。
(2) 构造对角阵☐diag(V):以向量 V为主对角线元素,产生对角矩阵。
☐diag(V,k):以向量 V为第k条对角线元素,产生对角矩阵。
例1 先建立5×5矩阵A ,然后将A 的第一行元素乘以1,第二行乘以2,…,第五行乘以5。
用一个对角阵左乘一个矩阵时,相当于用对角阵对角线的第1个元素乘以该矩阵的第一行,用对角阵对角线的第2个元素乘以该矩阵的第二行,…,依此类推。
>> A=[7,0,1,0,5;3,5,7,4,1;4,0,3,0,2;1,1,9,2,3;1,8,5,2,9] A =7 0 1 0 5 3 5 7 4 14 0 3 0 21 1 923 1 8 5 2 9>> D=diag(1:5);>> D*Aans =7 0 1 0 56 10 14 8 2 12 0 9 0 6 4 4 36 8 12 5 40 25 10 45要将A 的各列元素分别乘以对角阵的对角线元素,如何实现?要将A 的各列元素分别乘以对角阵的对角线元素,可以用一个对角阵右乘矩阵A 。
>> A=[7,0,1,0,5;3,5,7,4,1;4,0,3,0,2;1,1,9,2,3;1,8,5,2,9] A =7 0 1 0 5 3 5 7 4 1 4 0 3 0 2 1 1 9 2 3 1 8 5 2 9 >> D=diag(1:5); >> A*D ans =7 0 3 0 25 3 10 21 16 5 4 0 9 0 10 1 2 27 8 15 1 16 15 8 452.三角阵☐上三角阵:矩阵的对角线以下的元素全为零的矩阵。
矩阵的初等变换ppt课件.ppt
矩阵Q,
使得PAQ
Er 0阶矩阵A可逆的充要条件是 A的等价标准形为En.
山东财政学院
推论4 n阶矩阵A可逆的充要条件是A可以表示为
有限个初等矩阵的乘积。
2. 求逆矩阵的初等变换法
A1
G1G2
Gk E
E G1G2 Gk A
从这两式可以看出,当对矩阵A进行有限次初等行变
定理1.7 任意矩阵A都与一个形如
Er 0
0
0
的矩阵等价,这个矩阵称为矩阵A的等价标准形。
山东财政学院
推论1 对于任意m n矩阵A, 存在m阶初等矩阵P1, P2, Ps和
n阶初等矩阵Q1,Q2, Qt ,使得
P1P2
Ps AQ1Q2
Qt
Er
0
0 0 .
推论2 对于任意m n矩阵A, 存在m阶可逆矩阵P和n阶可逆
a23
a31 a32 a33 a34
a31 a32 a33
2a11
C
2a11
a21
a31
2a12 2a11 a22
a32
2a13 2a13 a23
a33
2a14
2a14
a24
a34
2a14
a24
a34
山东财政学院
1
1
0
E
0
1
1
山东财政学院
定义 1.14 由单位矩阵E经过一次初等变换得到的矩 阵称为初等矩阵。
一般的,由三种初等变换得到三种初等矩阵,分别 记为
(1)交换E的第i、j行(列)(i<j),得到的初等矩阵计作P(i,j),
演示
1
0
P(i,
j)
三相 单相 矩阵变换器
三相单相矩阵变换器
三相、单相和矩阵变换器都是电力电子器件,用来进行交流电的变换和控制。
三相变换器主要是针对三相电源的变换和控制,可以实现三相电机的驱动和变频调速。
而单相变换器则主要适用于单相电源的变换和控制,常见的应用场景包括家用电器、灯具等。
矩阵变换器是一种全新的电力电子器件,可以实现多种不同电源之间的相互变换和控制,具有高效、灵活、可靠等特点,被广泛用于新能源发电和智能配电系统中。
三相、单相和矩阵变换器的应用范围广泛,对于实现电力系统的高效、可靠、智能化具有非常重要的作用。
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Sapn
p idc
p
Sap
idc
Sapp Sanp Sann
n
Sapp Sanp Sann
n
Sa
San n
整流级开关减少步骤
Sap
Sbp
Scp
vsb Lf isb
vsa isa
Sa
Sb
Sc
vsc isc
功率开关个数可以进一 步减少到15个。性能与 18开关电路相同 ,但传 导损耗显然要大于18开 关电路
p
Sap
Sbp
Scp
a
SAP
SBP SCP
A
双级矩阵变换器是在单
b
级矩阵变换器间接空间
c
矢量调制思想基础上发
展起来的一种新型矩阵
变换器拓扑结构。
需要12个双向开关即24个单向开关
B C
San
Sbn
整流级
Scn n
SAn
SBn SCn
逆变级
双级矩阵变换器拓扑结构图
七、双级矩阵变换器拓扑结构
在中间直流电 压始终控制为 上正下负的条 件下,逆变级 只需采用单向 开关,是传统 的电压型逆变 器结构,双级 矩阵变换器功 率开关个数减 少到18个。
电力电子技术
矩阵变换器
主要内容
矩阵变换器的研究背景 基本电路拓扑 调制基本原理与调制策略 安全换流技术 双级矩阵变换器的简介 保护电路 研究热点及应用前景
一、研究背景
目前工业生产和日常生活中广泛使用的变频器存 在很多缺点,如寿命短、可靠性差、体积大、成本 高。其中最突出的缺陷是对电网造成的谐波污染。
ic
0
定义:
1 Sij 0
Va
Vb
Vc
当开关单元开通时; 当开关单元关断时;
矩阵变换器的正常运行必须
满足以下两个约束条件:1) 在任
意时刻与同一输入相相连的三个
开关必须且只能有一个开关元件
导通,否则将造成输入两相短
路;2) 在任意时刻与同一相负载
相连的三个开关也不能同时关
断,以免造成感性负载开路而感
以A输出相电路为例,假设按照控制策略要求,功率由电压源Ua改为由Ub提供
Ua
SA1
SA2
Ub
SB1
UA
SB2
Uc
SC1
IL
SC2
矩阵变换器A相输出电流四步换流原理图
四步换流时序图
五、换流方法的研究
② 两步法:引入输入电压相区概念,在每个相区中,输入电压
中总有一个最大值和最小值的极性不变,采用适当开关策略, 就可以实现直接从一个开关到另一个开关的安全换流;
SA1、SA2导通
111010
SB1导通、SB2关闭
P
SC1导通、SC2关闭
110010
PN
011010
PM
011110
M
两步换流输入相区划分
010111
N
010111
MN
A输出相两步半软换流开关状态
五、换流方法的研究
③辅助谐振软开关换流:它利用杂散电感作为换流 电感,输出电容作为换流电容。在辅助谐振下, 主开关可以实现ZVS,辅助开关可以实现ZCS。 主开关之间只有感性换流,零电流切换,通过增 加换流电感可以做到零电流开通。这种换流方式 能够安全、高效的高频切换,改善系统动态性能 和频谱特性,简化保护逻辑和缓冲电路。但是功 率开关与谐振电感会流过较大的电流,而且需要 谐振网络和辅助开关,零电压、零电流的检测很 困难,谐振回路易受元件时漂的影响,整机成本 增加。
现模块化; ⑥ 无需较大的滤波电容,动态响应快。
二、电路拓扑
矩阵变换器的电路拓扑形式早在1976年就被提 出,但直到1981年意大利学者M.Venturini和A.Alesina 提出了矩阵变换器存在的控制策略后,其特点才为人 们所关注和研究。
矩阵变换器最初提出时指的是用双向开关连接的 从m相输入变换到n相输出的一般化结构,因此被称为 通用变换器。3×3矩阵变换器是从三相交流变换到三 相交流的一种拓扑,是最常见的拓扑结构。
p idc
vsb Lf isb
SAP SBP SCP
iA
vsa isa
Sa
Sb
Sc
iB
Vdc
vsc isc
iC SAn SBn SCn
Cf
n
9开关双级矩阵变换器拓扑结构图
七、双级矩阵变换器优点
双级矩阵变换器是一种具有新型拓扑结构的矩阵变换器,它基于三相 AC-DC-AC双级变换结构,不仅具有单级矩阵变换器所有的功能和特点,而 且还具备如下优点: ✓ ① 具有优良的输入输出性能、输入功率因数固定、能量传输可逆、直
矩阵变换器的空间矢量法由南斯拉夫学者Huber和美国 教授Borojevic两人在1989年联合提出。
空间矢量调制方法将单级矩 阵变换器等效为一个虚拟整 流器和一个虚拟逆变器通过 虚拟的直流环节串联,在虚 拟整流器中对输入相电流进 行空间矢量PWM调制,在虚 拟逆变器中对输出线电压进 行空间矢量PWM调制,最后 根据开关函数的对应关系综 合出矩阵变换器的交一交直 接变换控制方式。
(2) 在控制实现的关键问题-换流上,研究适合于矩阵变换 器的高效、可靠的换流方法,将多步换流造成的输出电压 损失降低到最小程度;
(3) 矩阵变换器换流过程存在和逆变器类似的死区效应,但 是很少有文献定量分析死区效应对性能的影响,从而缺乏 针对性的补偿,造成输入输出性能下降;
六、 3×3矩阵变换器的缺点
3×3矩阵变换器拓扑结构
o
va
vb
vc
ia
ib
ic iA
S11
S12
S13 uAB
iB
S21
S22
S23
uBC
uCA
iC
S31
S32
S33
iAB iCA
iBC
3×3矩阵变换器拓扑结构
三、调制基本原理
VA
iA
sAa sAb sAc
VB
iB
sBa sBb sBc
VC
iC
sCa sCb sCc
ia
ib
七、双级矩阵变换器拓扑结构
ua ia
Spa
Sna
ub ib
Spb
Snb
uc
ic p ip
+
Spc upn
-
n Snc
uA iA
SAP
SAn
uB iB
SBP
SBn
uC iC
SCP
SCn
虚拟整流器
虚拟逆变器
双级矩阵变换器包含交-直(整流) 和直-交(逆变)两级变换电路。没 有中间直流环节,属于直接交交变频 装置。
的需要
(4)结构简单,具有较高的能量密度和效率
矩阵变换器优点
① 输入功率因数可控,带任何负载时都能使功率因数为 1.0,实现谐波主动削减 ;
② 输出电压和输入电流的低次谐波含量较小; ③ 能够实现能量双向流动, 便于电动机实现四象限运行; ④ 控制自由度大,输出电压幅值和频率范围连续可调; ⑤ 无中间直流环节,结构紧凑,体积小,效率高,便于实
谐波污染会影响到整个电力系统的电气环境,对 电力系统本身和其他用户和设备造成极大的危害。
所以迫切需要研究开发一种“绿色”电源变频器。
“绿色”电源变频器特征
(1)良好的输出特性
矩阵变换器满足所有要 求,是实现“绿色”电
源 变频器最具发展前景的 技术方案。
(2)高输入功率因数,消除对电网的谐波污染
(3)能实现能量的双向流动,满足电机四象限运行
(4) 矩阵变换器存在固有输入、输出电压传输比低的缺陷, 如何提高电压传输比一直是矩阵变换器在通用调速系统中 的重要问题和应用障碍,但它与变换器输入端功率因数和 调制系数有关,如何设计合理的控制方案是矩阵变换器走 向实用化需要解决的重要问题,应深化这方面研究以提高 矩阵交-交变换器的实用价值;
(5) 主电路参数的系统优化设计方面鲜有文献涉及,事实上 主电路参数例如输入滤波网络也是矩阵变换器优良特性的 保证,这方面还有待深化。
第三步、空间矢量调制方法
Iref 为输入参考电流矢 量
Uref 为输出参考电压矢量
第三步、空间矢量调制方法
通过改变Iref的旋转速度,即可调节输入功率因数角。例如,当需 要单位功率因数时,只需要对输入相电压矢量进行检测,包括测量输 入相电压矢量所处的扇区和在扇区中的角度位置,就可以简单得到输 入相电流矢量在每一扇区的位置角,然后让输入相电流矢量与输入相电 压矢量同步同频旋转即可。
应高电压。
即需要满足约束:
Sia Sib Sic 1
i A,B,C
其中:i={A,B,C},j={a, b, c},i代表输出,j代表输入。
三、调制基本原理
(问题描述)
VA
iA
sAa sAb sAc
电压输入输出关系
VB
iB
sBa sBb sBc
VC
iC
sCa sCb sCc
ia
ib
ic
0
已知
Va
换流方法主要有四步半软换流、两步半软换流 、辅助谐 振软开关换流等。
五、换流方法的研究
①四步法(半软开关法):通过检测负载电流的方向,恰当地安排两 个双向开关中4个单向开关的导通关断顺序,经历4步可以使负载 电流从一个双向开关转换到另一个双向开关。由于一次换流中总
有2步是自然换流,因此也称之为半软开关换流。
七、 双级矩阵变换器调制策略 SVPWM调制
整流级调制时不仅要满足输入端功 率因数可调,还需保证中间直流电压极 性始终为正。
逆变级是传统的电压型逆变器结 构,可以直接应用已经很成熟的电压空 间矢量调制策略。