第01章-电力电子建模仿真绪论ppt课件.ppt

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1、第1章绪论1.1系统仿真的基本概念1.2电力电子与传动控制系统简介1.3电力电力与交流传动系统仿真的特点11.1系统仿真的基本概念1.1.1系统与仿真1.系统目前在各个不同领域中广泛使用着一个相同的术语，这就是“系统（system）”。系统的概念可以是具体的，也可以是抽象的。一台机器是一个系统，一辆汽车是一个系统，一架飞机是一个系统，一个生物体是一个系统，一条生产线是一个系统，一个企业是一个系统，一项科学技术工程也是一个系统等等。就系统属性而言，有物理的和生物的；就工程观点而言，有工程的和非工程的；就运动状态而言，有静态的和动态的；就数学描述而言，有线性的和非线性的。2总之

2、，在自然界和人类社会中，“系统”是无处不有的，大的，大到太阳系，乃至银河系；小的，小到组成物质的分子，乃至原子。更广泛地说，我们可以把所要研究或处理的一个事物作为一个系统，甚至可以把自然界和人类社会中各种错综复杂的事物联系起来看成一个系统。3由于“系统”这个术语已应用得如此广泛，所以很难给它一个足以概括其各种应用的确切定义，但是我们可以做一简洁而容易理解的说明。所谓系统，就是按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存、互相制约的某些部件（或元件）的集合，其中部件是系统的独立职能单位，具有一定的属性。4在机械系统中，弹簧、质块和阻尼器是组成系统的三个部件，其中弹簧的职能是储存势

3、能，质块的职能是存储动能，而阻尼器的职能是消耗这些机械能。在电气系统中，电源、电感、电容和电阻是组成系统的四个部件，其中电源的职能是存储电能，电感的职能是存储磁场能，电容的职能是存储电场能，而电阻的职能是消耗电能。5图1-2所表示的是一个制造零件，并把零件装配成产品的工厂系统，其部件包括接受用户订货、负责对各车间分配工作的生产管理部门，负责原料供应的采购部门，生产零件的制造车间，生产成品的装配车间和发送成品的装运部门。这些部件的名称各自表明了它们的职能，其相互关系在图中用箭头表示。6随着人类社会的进步和科学技术的发展，在上世纪40年代末形成了控制论这门学科。控制论是研究系统

4、各部件如何进行组织和协调，使系统稳定和有序工作的理论，所以控制论的研究对象就是“系统”。控制论的发展和成熟，使其理论已成功地应用于工程系统和生物系统，又推广到非工程系统和非生物系统——经济系统，甚至是社会系统。这应该是“系统”这个术语之所以应用得十分广泛的又一种缘由。系统工程72.仿真仿真又称模拟（Simulation），是用模型来代替实际的系统，该模型与所替代的实际系统之间存在某些相对应的量，并能在某些范围内重现实际系统的特征。从一般意义上说，系统仿真就是指用某种方法反映或再现实际的系统，以便研究其中的客观规律。8建立模型是系统仿真的基础，其本质是依据系统之间的相似性，在

5、一对系统之间建立某种对应的关系，从而可以利用模型对实际系统（原型）进行研究。9描述这两个系统的微分方程分别为（1-1）（1-2）机械系统电气系统力F电压E质量m电感L弹簧摩擦系数f电阻R弹簧刚度k电容的倒数1/C位移x电量q速度dx/dt电流i机械系统和电气系统的相似量10显然，二者具有相似的数学描述，并且在参数上存在一一对应的关系；相应地，两者的响应也具有相似的振荡特性。可以设想，假如比例尺寸选择适当，利用电气系统进行试验，其结果在数值上和利用机械系统进行试验的结果将完全相同，因此可以将电气系统看作机械系统的一个模型。实际上，当两个不同系统的微分方程具有相似性时，则两个系

6、统就互为相似系统，而在微分方程中占据相同位置的物理量，就称为相似量，如上表所示。11根据模型和原型的关系可以将模型分为如下三类：(1)形象模型保留原型系统的外观特征，仅对实际系统的规模进行放大或缩小。如通过对小型船舶运行特性的研究，在一定范围内可以达到了解大型船舶运行特性的目的。12(2)类比模型根据不同物理系统（力学、电学、热学等）的物理规律之间的相似性，建立物理意义完全不同的模型。如上述电气系统，一般比机械系统更容易进行试验研究，所以可以通过对电气系统的研究来代替对机械系统的研究。13(3)符号模型借助文字、字母、符号、图表或数学表达式来描述系统的模型。其中，利用数学表

7、达式来描述实际系统的模型，称为数学模型。数学建模就是根据研究对象的基本物理规律，写出描述其运动过程的数学方程——微分方程，从而在物理系统和其抽象的数学描述之间建立对应的关系。141.1.2系统仿真的分类可以从不同的角度对系统仿真加以分类。比较典型的分类方法有：根据模型的种类分类；根据仿真所采用的工具类型分类；根据仿真的用途分类；根据仿真时钟与实时时钟的比例关系分类等等。在上述三类模型的基础上，系统仿真的方法可以分为两大类：15(1)物理仿真用物理性质相同或相近的模型（物理模型）来代替原型系统而进行研究的一种仿真方法