计算机仿真技术Chapter2 ppt课件.ppt

第二章电力电子仿真建模基础
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一、模型是仿真的基础，模型与实际系统的相似度，决定了计算机仿真的准确度。

二、应用仿真软件也要深入了解建模理论。
Date
精品资料
你怎么称呼老师？
如果老态)系统:
定义：快、慢过程混合,时间常数相差巨大的系统
步长：由Jacobi阵的最大特征值决定
快过程
慢过程
小步长
大步长
计算时间长
计算误差大
变步长
积分法
Date
周期性变化的影响：
变步长法的优点：
－快过程期间用小步长以保证精度
－快过程衰减后用大步长以节省时间
电力电子装置
周期性开关过程
快慢过程
交替变化
步长选择上
花费大量时间
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2. 仿真建模方法
解决途径
数值
计算
方法
建模
方法
器件
模型
简化
电路
简化
电气工程背景知识
Date
多层次建模方法
1. 分析问题的性质与目的
2. 将建模的目的分散到各个层次上

3. 在不同层次上利用不同的软硬件工具与技术建立不同的数学模型
低层次建模
高层次建模
抓主要矛盾
逐个
击破
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三个研究对象：
器件：构成电路的具体元器件，主要指各种电力电子器件。
装置：能够独立完成某种特定功能的机构，主要指电力电子电路。
系统：由若干电路及相互作用的其它单元组成的集合体。
系统
装置
器件
器件、装置与系统建模
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仿真目的
器件仿真：研究器件开关转换时刻的电路波形，考察其承受的电压、电流强度，选择器件及缓冲电路。
装置、系统仿真：作为一个整体的响应过程，基本组成部分之间的相互关系和自身的开环、闭环动静态特性。
高层次模型并非低层次模型的简单组合，而是对其进行合理简化后的机理性模型。抽取与仿真目的有关的特征关系，忽略其它的非特征信息。
Date
低层次建模

模型：建立器件的精确、详细的物理模型
简化：
－外围电路可以简化
－选择典型运行点进行研究
－仿真时间可缩短
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高层次建模

模型：仅需反映系统功能的某些主要特性
简化：
－理想开关模型
－开关周期平均模型
－电源周期平均模型
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3. 器件仿真建模
电阻
电感
电容
电源
电力电子
开关器件
建模
正确反映
器件的
电气性能
便于
计算机
仿真程序
设计
Date
器件模型分类
物理模型：
考虑半导体物理参数，包括原子杂质浓度、载流子寿命、载流子迁移率等。
根据描述器件电特性的基本物理原理，建立偏微分方程求解。
用于半导体器件的设计。
工艺模型：
考虑工艺参数，应用统计方法建模，用于器件制造
电学模型
考虑主要输入输出效应，即端电压和电流。
参数可由外部实验测量。
广泛用于电路设计。
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仿真软件中的三种电学模型
基本模型：
根据电力电子器件的简化物理规律，对Spice软件中原有的小功率器件的模型参数进行优化，引入新的特性，使模型更适于模拟大功率器件。
子电路模型：
根据器件的物理规律，建立等效电路，利用软件已有的半导体器件和无源器件模型，组成新的模型。
数学模型
对用户开放的软件中，可以利用器件物理过程中抽象出的数学方程进行编程，如Saber、Matlab等。
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ORCAD/PSpice中器件模型举例
二极管模型
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IGBT模型
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IGBT模型
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ORCAD/PSpice、SABER等软件提供了详细的器件模型，可用于器件级仿真。
MATLAB软件虽然也可用m语言建立器件的详细模型，但一般不用于器件级仿真。
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4 装置仿真建模
电力电子电路的本质特性－开关特性
器件综合模型
理想开关模型
忽略器件内部过程对装置性能的影响
开关决定
电路
不同拓扑
不同阻值
电阻
代替开关
器件瞬时完成开关动作
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理想开关1
非线性时变电路 － 分段线性时不变电路
任一时刻电力电子电路拓扑均为线性时不变电路，仿真过程体现为对这一系列线性拓扑按时间序列进行计算。
一个开关状态中电容电压、电感电流的终值，将成为下一个开关状态中的初