2011 力电子建模与仿真复习课.docVIP

2011年 电力电子建模与仿真复习课 概论 电力电子系统覆盖着从纳秒级的电力电子器件的暂态过程、毫秒级的控制器调节过程和秒级的机电过渡过程。因此，系统的仿真模型非常复杂，通常是非线性和不连续的复杂系统。 运动控制和过程控制是实际自动控制的两大部类。 对于电力电子系统必须分别研究其变流器部分和系统部分。变流器部分需要采用精确的电力电子器件模型，对于系统部分则只需采用理想化的器件模型。 计算机仿真分为三种类型，包括模拟仿真、数字仿真和混合仿真。 电力电子系统仿真包括三个层面：系统层面、电路层面和器件层面。 6、器件模型分为三种：1.简单模型 2.一般模型 3.精确模型 7、常用电力电子仿真平台仿真分析软件：Pspice、Saber、Matlab/Simulink数学计算软件。 简述模拟计算机和数字计算机在仿真中的优缺点。 答案：模拟计算机的进行仿真时，优点：①解算结果和真实电力电子系统在测试设备上观察到的情况几乎完全相同。②人机联系极为方便。此外还可以考虑各种非线性因素的影响。③采用并行计算方式。缺点：①计算精度不高。②信息的存贮和逻辑判断功能差。 数字计算机的进行仿真时，优点：①运算精度高。②逻辑运算功能强。缺点：①非并行计算方式，实时仿真性能差。 电力电子系统的计算机仿真方法 1、描述连续系统的数学模型大体上分为三种方式：微分方程，传递函数以及状态方程。 在相同步长情况下，算法阶次越高，截断误差越小。在相同算法的情况下，步长越大，截断误差越大。 步长越大，计算次数越少，由舍入误差所造成的误差就越小。步长越小，计算次数增加，由舍入误差所造成的误差就越大。 模拟仿真方法中，通常要用到幅度比例尺和时间比例尺。两种比例尺的引入是模拟计算机仿真有别于数字计算机仿真的独特之处。 1、欧拉法、四阶龙格—库塔法、阿达姆斯预估—校正法的计算精度、计算速度的比较。 欧拉法、四阶龙格—库塔法、阿达姆斯预估—校正法、丢斯丁数值计算法中，欧拉法的精度最低、四阶龙格—库塔法和阿达姆斯预估—校正法精度最高；四阶龙格—库塔法计算速度最慢，欧拉法计算速度最快。欧拉法能自起动，阿达姆斯预估—校正法不能自起动。 数值计算中，产生截断误差和舍入误差的原因是什么？他们与步长的关系是怎样的？并画出误差与步长的关系曲线。 答案：截断误差是由于各种数值积分是采用近似逼近的方法将微分方程转化为差分方程，故存在截断误差。在相同步长情况下，算法阶次越高，截断误差越小。在相同算法的情况下，步长越大，截断误差越大。 舍入误差是由于计算机字长有限，无法完整存储数值而产生的。步长越大，计算次数越少，由舍入误差所造成的误差就越小。步长越小，计算次数增加，由舍入误差所造成的误差就越大。 仿真步长怎样选择？ 答案：关于步长的选择，一种方法是选择系统微分方程中最小时间常数的1/10作为步长；或在被仿真系统中取时间常数最小的闭环。若其开环频率特性剪切颇率为，则步长T＝1/／(5—10) 。或者步长取为系统时间响应的上升时间的1/10；也有把步长选取为系统整个过渡过程的1/40。还有一种办法是依据过渡过程各段变比的快慢来选择不同的步长。一般过渡过程开始阶段都变化较快，这时步长选小些；而当接近稳定阶段过渡过程变化慢。这时为了节省计算时间，步长可选得大些。 请写出欧拉法、四阶龙格—库塔法、阿达姆斯预估—校正法的计算公式。 答案：欧拉法：，以作为初值。 四阶龙格—库塔法： 式中， 阿达姆斯预估—校正法： 阿达姆斯显式公式： 阿达姆斯隐式公式： 微分方程法和传递函数法构成模拟结构图的优缺点各是什么？ 答：上面两种方法的本质是一样的，由于具体的处理方法有所不同，因而各有优缺点。 采用传递函数法构成模拟结构图时。所用的运算放大器及其他运算部件的数目较少，运算电路也较简单，与典型传递函数环节一一对应，直观性强。但运算电路各元件的参数与传递函数中的时间常数、放大倍数间关系待定，不易在模拟计算机中获得，这种构成模拟结构图的方法适合系统参数变化较少的情况。 采用微分方程法构成模拟结构图时，模拟电路所使用的运算部件在模拟计算机中都能找到。微分方程中的系数值是由系数器来设置的。因此，改变方程的参数方便。缺点是构成的模拟结构图比较复杂，使用的运算部件也较多。 在电力电子系统的仿真中，电机数学模型均是用微分方程组的形式给出，故采用微分方程法构成模拟结构图是电力电子系统模拟仿真的主要方法。 计算： 用欧拉法求解如下微分方程，取步长T=0.1，计算至第5步（n=5）。 解：精确解： 欧拉法公式为 ∵ ∴ 取步长T=0.1，由T=0开始计算，则 分析题： 有下述一阶微