计算机仿真期末考试
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高频隔离型AC-DC 电源系统仿真
高频隔离型AC-DC 电源系统的技术指标如下： （1） 输入电源：三相AC380V ，50Hz （2） 输出电压：DC 100~300V （3） 输出电流：DC 10~100A （4） 输出电压纹波：≤0.5%
（5） 输入电流谐波总畸变率（THD ）：≤20% （6） 输入级：12脉波二极管不控整流
（7） DC-DC 变换级：隔离型全桥DC-DC 变换器 （8） 开关频率：15kHz
一、题目：完成主电路参数设计与模型搭建
根据电源系统的技术指标，按下图所示拓扑，完成主电路参数设计并在Simulink 中搭建仿真模型，其中：T1为工频隔离变压器，DB1、DB2为三相二极管整流桥，RL 为负载电阻，L1=L2=1mH ，C1=3300uF ，T2的变比为1：1：1。
全桥电路采用硬开关PWM 控制方式，S1和S4共用一路脉冲，S2和S3共用一路脉冲。
请计算T1、L3、C2的参数，并说明设计依据和设计过程。
拓扑图如下图：
L1
RL
答：在Simulink 中搭建仿真模型搭建图如下图：
参数的计算：
T1的计算：一次侧电压为220V，若选取输出电压为100-300V之间，则二次侧电压为85.47-256.41V。
C2的计算：C2的作用是用来滤除输出电压U0的高次谐波。
若C2越小，输出电压U0的THD就越大；若C2越大，输出电压U0的THD就越小，但DC/AC逆变器无功电流分量增大，从而增大了变流器的体积和成本，不经济适用。
所以一般选取IC2<=0.5I0MAX，因此滤波电容C2值应满足C2<=。
L3的计算：对L3的要求是应尽可能滤除调制波的高次谐波分量，提高输出电压波形质量，滤波的电感的高频阻抗和滤波电容的高频阻抗相比不能过低，即滤波电感的感值不能太小。
为满足输出电压波形质量，要求一个采样周期中，电感电流的最大变化量小于允许的电感电流纹波△Ilfmax。
在U0=0是，电流纹波最大，此时有
L3>。
电感电流ilf必须能跟踪上给定电流ig的变化,即|diif/dt|>|dig/dt|。
否则输出电压的失真度就
会变大，严重时甚至导致系统异常工作。
因此L3不能过大，应该满足
其中Um为输出电压峰值，计算后便可得到L3。
经计算，选取L3=1mH,C2=200pF
二、题目：主电路开环仿真
分别仿真电源系统在以下工作状态时的情况：
（1）最高输出电压、最大输出电流
（2）最高输出电压、最小输出电流
（3）最低输出电压、最大输出电流
（4）最低输出电压、最小输出电流
记录直流电压波形，根据仿真结果计算输出电压纹波，并与要求的指标进行比较。
计算交流输入电流谐波总畸变率，与要求的指标进行比较。
答：分别仿真电源系统在以下工作状态时的情况：
（1）最高输出电压300V、最大输出电流100A
（2）最高输出电压300V、最小输出电流100A
参数同上，已经是最接近的了，难以将输出直流电压和脉冲再优化。
（3）最低输出电压100V、最大输出电流100A
（4）最低输出电压100V、最小输出电流10A
记录直流电压波形，根据仿真结果计算输出电压纹波，并与要求的指标进行比较。
计算交流输入电流谐波总畸变率，与要求的指标进行比较。
总畸变率为百分之11，小于百分之20，与指标相符合。
分析：造成电压与指标不符合的原因有很多种，比如负载改变后的分流分压作用改变，电路中滤波LC的数值的选择，变压器的变比设置等等。
三、题目：设计控制电路
以L3电流、C2电压为反馈量，构建电流内环、电压外环的双闭环控制电路，控制器均采用PI调节器。
在电源系统工作在稳态情况下，输出电流为最大值时，使输出电压指令由300V阶跃为100V，对电源系统的动态过程进行仿真。
说明PI调节器设计依据，给出过渡过程仿真波形，并计算超调量和过渡过程时间。
报告中应给出各个参数的设计过程、所用Simulink模块的参数设置、仿真模型、仿真波形及对仿真结果的分析等内容。
设计思路：设置电流调节器与电压调节器，都采用PI调节器，如下图
进行判断，当电流为100A，电压为300V时，进行控制，将整流器转为二极管整流桥运行，此时则可控制电压的变化。
由图可得：超调量：3.3% 过渡过程时间：0.025s
四、实验建议：
（1）由于上机实验时，参加实验的人很多，而机房中又有许多不参加实验的同学不
愿意离开，所以导致了实验的同学找不到上机的机位，无法正常地进行实验。
希望老
师能够提前把不参加实验的同学请出机房，以便实验的顺利进行。
（2）希望老师能够多增添一些助教来帮助同学的答疑，因为有的同学问题比较多，总是和助教交谈很长时间，其他的同学无法向助教提出问题并得到解答，望老师和助教能够在实验室中多走走。
五、实验总结:
通过实验和本次的考试，不仅使我对计算机仿真技术这门课程有了更加深入的了
解，同时也熟练掌握了simulink软件，并会进行了数据的分析，将自己所学的理论知
识与实践相集合，更加强化了我对知识的理解和掌握，大大提高了自己的动手能力。
通过实践，证明了simulink软件在计算机仿真中的广泛应用，尤其在数值计算应用最
广泛的电气信息类学科中，熟练掌握simulink软件可以大大提高分析研究的效率，是
理工科学生应该熟练掌握的一门技术。