电力电子课程设计--Boost电路的建模与仿真.doc

课程设计说明书课程名称： 电力电子课程设计 设计题目： Boost电路的建模与仿真 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 二一五 年 一 月2目录引言 课程设计任务书3第一章 电路原理分析4第二章 电路状态方程52.1 当V处于通态时52.2 当V处于断态时5第三章 电路参数的选择63.1 占空比的选择63.2 电感L的选择63.3 电容C的选择73.4 负载电阻R的选择7第四章 电路控制策略的选择84.1电压闭环控制策略84.2 直接改占空比控制输出电压8第五章 MATLAB编程95.1 定义状态函数95.2 主程序的编写95.3 运行结果12第六章 Simulink仿真166.1 电路模型的搭建166.2 仿真结果16第七章 结果分析18参考文献19引言 课程设计任务书题目Boost电路建模、仿真任务建立Boost电路的方程，编写算法程序，进行仿真，对仿真结果进行分析，合理选取电路中的各元件参数。要求课程设计说明书采用A4纸打印，装订成本；内容包括建立方程、编写程序、仿真结果分析、生成曲线、电路参数分析、选定。 V1=20V10%V2=40VI0=0 1AF=50kHZ第一章 电路原理分析Boost电路，即升压斩波电路（Boost Chopper），其电路图如图11所示。电路中V为一个全控型器件，且假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E（电压大小为）向电感L充电，电流流过电感线圈L，电流近似线性增加，电能以感性的形式储存在电感线圈L中。此时二极管承受反压，处于截断状态。同时电容C放电，C上的电压向负载R供电，R上流过电流R两端为输出电压（负载R两端电压为），极性为上正下负，且由于C值很大，故负载两端电压基本保持为恒值。当V处于断态时，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持不变，这样E和L串联，以高于电压向电容C充电、向负载R供电。下图12为V触发电流和输出负载电流的波形，图13为电感充放电电流的波形。图21第二章 电路状态方程为了方便后面MATLAB程序的编写，此文中选取电感电流iL和电容电压V2为两个状态变量，建立状态方程。2.1 当V处于通态时电源E对L充电，设电感电流初值为，即由可得L电流为：设通态时间为，则时L电流达到最大， （式21）同时，电容C向负载供电，其电流为：电路状态方程如下：2.2 当V处于断态时电源和电感L同时向负载R供电，L电流的初始值则为V处于通态的终值，由可得： （式22）设断态时间为，则时L电流将下降到极小值，即为，故由（式22）得：，于是得到。令，并设占空比，升压比为，其倒数为，则与的关系可表示为： （式23）由此式可见，故，则达到电压升高的目的。电路状态方程如下：第三章 电路参数的选择3.1 占空比的选择由（式23）可得：，其中V1=12V10% ，V2=24V故可得：3.2 电感L的选择在该电路中，前面已经假设电感L的值必须足够大，在实际中即要求电感有一个极限最小值，若L，将导致电感电流断续，并引起MOSFET元件V和续流二极管VD以及电感L两端的电压波形出现台阶，如图31所示。 这种情况将导致输出电压纹波增大、电压调整率变差，为防止此不良情况的出现，电感L需满足下式要求： （式31）根据临界电感的定义可知，当储能电感时，V导通时，通过电感的电流都是从零（即）近似线性增加至其峰值电流，而V截止期间，由下降到零。在此情况时，刚好处在间断与连续的边缘，而且MOSFET、二极管和电感两端电压的波形也刚好不会出现台阶，此时电感电流的平均值正好是其峰值电流的一半。即 （式32） 且此时有，代入（式23）得：（式33）由（式32）和（式33）得： （式34）根据电荷守恒定律，电路处于稳定状态时，电感L在V截止期间所释放的总电荷量等于负载在一个周期T内所获得的电荷总量，即（式35）由（式34）和（式35）得： （式36）已知数据V2=24V，并取V1=12V，代入（式36）得：故由（式31）得：3.3 电容C的选择在该电路中，当V截止、VD导通时，电容C充电，上升，此时流过二极管VD的电流等于电感L的电流。设流过C的电流为，流过R的电流为（此处将其近似看成一周期内的平均值为），则 （式37）由（式37）与（式22）得：通过求出期间充电电压的增量，就可得到输出脉动电压峰峰值 （式38）由于此过程中负载电流可看成线性变化，且认为电容C的电压由0开始上升，并且到时电感L电流刚好下降为0，故 （式39） （式310）将（式39）和（式310）代入（式38）并整理得： （式311）已知V1=12V，V2=24V，取，则由（式311）得：当取时，当取时，当取时，3.4 负载电阻R的选择根据公式可得：第四章 电路控制策略的选择4.1电压闭环控制策略在前面提到电容C假设为很大的值，但由于实际上C不可能无穷大，所以输出电压会在一定范围内波动，为使输出电压稳定在一个较为理想的范围内，通过测量输出端的电压，与电压给定值比较，得到误差，再经过PI调节器，送到PWM脉冲发生器的输入端，利用PWM的输出脉冲来控制功率管的导通和关断。当输出电压V0大于给点值Vref时，(V0-Vref)增大，从而PWM脉冲的占空比D增大，由V0=V1/(1-)可知，V0减小，从而控制V0保持不变。控制流程图如下：图4-14.2 直接改占空比控制输出电压假设某次计算中占空比为，对应的输出电压为；而理想的输出为，对应的占空比为，则有：，由此可得：因此每隔一定时间根据输出电压的变化利用上式计算出新的占空比，这样就能使电压逐步逼近并稳定在期望值附近。故电路的控制策略如下：首先计算出电路的时间常数，由此来确定改变占空比的频率，在每个调整点测量电路的实际输出电压，利用公式计算得出新的占空比，从而调整电路输出电压。第五章 MATLAB编程5.1 定义状态函数a) V导通时电感的电流和电容电压的状态方程，定义函数如下：function y=funon(t,x)global V1 R C L;y=V1/L;-x(2)/(R*C);b) V关断时电感的电流和电容电压的状态方程，定义函数如下：function y=funoff(t,x)global V1 R C L;y=( V1-x(2)/L;(x(1)*R-x(2)/(R*C);c) V关断且电感电流出现不连续时的状态方程，定义函数如下：function y=funoffdiscon(t,x)global V1 R C L;y=0;-x(2)/(R*C);5.2 主程序的编写clear;%清除工作空间global V1 R C L %定义全局变量L=300e-6;%输入电感L的值C=33.33e-6;%输入电容C的值R=120;%输入电阻R的值f=50000;%输入频率f的值T=1/f;%输入周期T的值n=3;m=2000%定义迭代计算的轮数（3）和每轮的计算周期数（2000）t01=zeros(m,1); t02=zeros(n,1); x10=0,0;%设定电感电流和输出电压的迭代初值a=1/2;%初始占空比V1=12 %电路输入电压tt=,xx=for j=1:nton=T*a %三极管开通时间 toff=(1-a)*T %三极管关断时间t02(j)=(j-1)*m*T %用于记录迭代过的总周期数for i=1:mt01(i)=(i-1)*T; %用于记录每一轮中已迭代周期数t,x1=ode45(funon,linspace(0,ton,6),x10);%调用函数求解三极管导通时的状态方程tt=tt;t+t01(i)+t02(j);%用于记录已迭代的总周期数xx=xx;x1;%用于记录已求得的各组电感电流和输出电压值 x20=x1(end,:);%将最后一组数据作为下一时刻的初值 t,x2=ode45(funoff,linspace(0,toff,6),x20);%调用函数求解三极管截止时的状态方程if x2(end,1)0 %此时电感电流出现断续for b=1:length(x2) %此循环检验从哪个时刻开始电感电流降为0if x2(b,1)i1) | (xx(p,1)v1) | (xx(p,2)v2) biaozhi=0;break; end;biaozhi = 1; end; if biaozhi =1 ,vts =k*0.12/72774;break;end;enddisp(输出电压调节时间),vtsdisp(电感电流调节时间),its5.3 运行结果取V1=12V，a=0.5，R=100欧，并依据上面3.3中的计算结果，取不同的电感值和电容值进行仿真，比较输出波形，对电路参数进行优化。a) 取，输出电压的波形如下：电感电流iL的波形如下：b) 取，输出电压的波形如下：电感电流的波形如下：c) 取，输出电压的波形如下：电感电流的波形如下：第六章 Simulink仿真利用MATLAB的Simulink模块对boost电路进行仿真，由于Simulink提供了模块化的元件，只要将构成boost电路的各个元件连接起来便可以搭建boost电路模型，对元件设定适当的参数后，对电路进行仿真，同时用示波器观察电路响应、分析电路特性。6.1 电路模型的搭建电路模型如下所示：图6-16.2 仿真结果对上面5.3中的各组数据进行Simulink仿真，并利用示波器输出结果，各组波形图如下（注：上图为输出电压波形，下图为电感电流波形）。a) 取，b) 取，c) 取，由上图可见，输出电压和电感电流的衰变已明显变缓，输出电压最终将稳定在24V左右，电感电流的平均值最终也将稳定于0.4A左右，可见电路参数已基本满足设计要求。第七章 结果分析 对MATLAB编程仿真结果和用Simulink进行电路模型仿真结果进行进一步分析，可以看出，当电感L变大时，电感电流波形的衰变速度变缓、振荡幅度减小，且趋于稳态时波形的脉动较小；电感减小时则反之。在开始的一段时间出现比较明显的振荡，并且经过一定的调节时间才能达到稳定状态，随着电感值得增大，调节时间也增大，动态响应速度下降。故在实际中为了平衡动态响应和稳态响应，电感的取值会有一个适当的范围，若不考虑系统的扰动，电感取值可以尽量大些。 另一方面，当电容增大时，输出电压波形的衰减变缓，趋于稳态时脉动较小，调节时间变短，但其振荡幅度会有一定的增大；电容减小时则反之，且与电感电流的情况类似。在开始的一段时间会出现比较明显的振荡，但相对于电感电流振荡幅度小很多。用MATLAB程序得出的结果更接近理想值24V,而用Simulink仿真得出的结果误差比较大，可能是采取的求解方法不一样。 对于电阻R，主要是由输出电压和负载电流所决定的，由于电容的取值不可能是无穷大，输出电压要小于24V，故后面将电阻减小，已使在相同输出电压的条件下负载电流增大，最终将电阻选定为，此时电感电流基本稳定在0.4A附近，满足电路设计要求。参考文献（1）王兆安、黄俊. 电力电子技术（第4版）M. 北京:机械工业出版社, 2008.（2）薛定宇、陈阳泉. 基于MATLABSimulink的系统仿真技术与应用M. 北京:清华大学出版社, 2002.（3）冯巧玲. 自动控制原理M. 北京:北京航空航天大学出版社, 2007.1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！- 22 -