Simulink 及圖形用戶界面GUI 下的電子技術(shù)仿真平臺(tái)構(gòu)建探討

張峰

摘要：基于Simulink和圖形用戶界面GUI的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)計(jì)，仿真實(shí)驗(yàn)有助于更加直觀、清晰的掌握電力電路的動(dòng)態(tài)演變等。仿真實(shí)驗(yàn)的引入，能夠?qū)﹄娏﹄娐酚懈娴母腥菊J(rèn)知，為電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)提供了幫助，在之后的電力電路學(xué)習(xí)和基于Simulink和圖形用戶界面GUI的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建設(shè)計(jì)中，需要充分地考慮到實(shí)際情況，保證其可以充分有效的發(fā)揮自身的作用。

關(guān)鍵詞：Simulink；圖形用戶界面GUI；電子技術(shù)；仿真平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）26-0175-02

在電子工程專業(yè)中，電力電子技術(shù)課程是必不可少的基礎(chǔ)課程，且電力電子技術(shù)一門綜合型、知識(shí)交叉型的學(xué)科，有較大的信息量和知識(shí)量，在學(xué)習(xí)中具有一定難度。在學(xué)習(xí)中基于Simulink、圖形用戶界面GUI技術(shù)，進(jìn)行電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建，有助于清晰、直觀的掌握住所學(xué)的電力電子技術(shù)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。通過虛擬和實(shí)踐，建立仿真模型，提高學(xué)習(xí)效果，為此我們針對(duì)基于Simulink和圖形用戶界面GUI的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建，以及相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行分析研究。

1 Simulink及圖形用戶界面GUI下的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)構(gòu)建模式

電力電子技術(shù)的仿真平臺(tái)在其學(xué)習(xí)中有重要的作用，在電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建中，充分的利用Simulink和圖形用戶界面GUI技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔、清晰、直觀的進(jìn)行電力電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，并幫助學(xué)習(xí)者獨(dú)立的完成電力電子技術(shù)中的仿真實(shí)驗(yàn)[1]。

電力電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，主要是研究電力的傳送、轉(zhuǎn)換、控制等相關(guān)的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)中，要充分的利用各種電力、電路的信息技術(shù)和資源，以及電力工作原理，進(jìn)行電力電子系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，并為信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的研究提供基礎(chǔ)。在電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建中，要充分的利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，通過仿真系統(tǒng)的構(gòu)建，充分有效地進(jìn)行進(jìn)行系統(tǒng)分析，讓學(xué)習(xí)者對(duì)仿真過程有一個(gè)充分的認(rèn)識(shí)。

基于Simulink和圖形用戶界面GUI的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)如下圖，從圖中我們可以知道利用Simulink技術(shù)和圖形用戶界面GUI，進(jìn)行仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建，可以保證用戶自由地使用電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)。

在電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建中，Simulink的利用，進(jìn)行電力電力模型的建立，且進(jìn)行參數(shù)的整定，完成整個(gè)電力電子技術(shù)的仿真構(gòu)建。利用Guide進(jìn)行用戶界面GUI的設(shè)計(jì)，同時(shí)利用M函數(shù)文件對(duì)各個(gè)模型中的分函數(shù)文件進(jìn)行調(diào)用，然后再利用這些M函數(shù)文件對(duì)Simulink模型進(jìn)行調(diào)用進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過Simulink的仿真，將仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，通過信息軟件輸入到工作空間，并通過繪圖顯示在系統(tǒng)的用戶界面中[2]。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)可以輔助電力電子技術(shù)教學(xué)，并充分地發(fā)揮仿真系統(tǒng)的作用，為用戶提供便利。

2典型設(shè)計(jì)模式

2.1 Simulink模型的構(gòu)建

在電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的構(gòu)建中，我們以三相橋式全控整流電阻性負(fù)載電路為研究對(duì)象，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的分析研究。在Simulink模型的建立中，三相橋式全控整流電路在啟動(dòng)或者是斷續(xù)整流電路閘、電流的過程中，為了保證電力電路的正常順利工作，要保證電路中導(dǎo)通2個(gè)晶閘管均具有觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖一般情況下采用的是雙窄脈沖觸發(fā)，之后將系統(tǒng)中的所需工作元件拖到仿真模型中，在鼠標(biāo)等指示下，完成電力電路的信號(hào)線的連接，完成信號(hào)的連接之后，要進(jìn)行連接檢查，進(jìn)而完成Simulink模型的初步構(gòu)建和編輯[3]。初步建立的三相橋式全控整流電阻性負(fù)載電路Simulink模型如下圖2：

2.2 參數(shù)的設(shè)計(jì)

完成典型電力電路的Simulink模型初步構(gòu)建之后，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)、制定，依從點(diǎn)擊Simulink模型中的Simulation 、Configuration 、Parameters ，將系統(tǒng)中的仿真參數(shù)設(shè)置窗口打開，進(jìn)行仿真系統(tǒng)中電路的相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。在參數(shù)的設(shè)定過程中，要充分地考慮到電路的周期，如果電路的周期為0.02s，則需要將仿真電路的時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為0.1 s，只有這樣才可以滿足仿真系統(tǒng)中波形的穩(wěn)定，也便于對(duì)仿真電路進(jìn)行分析。

在參數(shù)的設(shè)計(jì)過程中，仿真步長(zhǎng)模式，選擇變步長(zhǎng)方式（Variable-step），進(jìn)而在進(jìn)行電力電路的仿真操作過程中，可以改變步長(zhǎng)，進(jìn)行誤差的控制以及選擇過零檢測(cè)。仿真系統(tǒng)的Solver選擇的算法為stiff/TR-BDF2算法，而TR-BDF2算法是兩個(gè)階段的算法，這兩個(gè)階段為隱式龍格—庫塔公式，其他的選項(xiàng)保持不變[4]。在電路仿真系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)萬恒設(shè)定之后，可以點(diǎn)擊系統(tǒng)上的仿真按鈕，進(jìn)行仿真操作，并得到仿真操作的結(jié)果仿真波形。

2.3 使用圖形用戶界面GUI進(jìn)行系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)

的菜單編輯器

在電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，第一步是進(jìn)行電路的Simulink模型的設(shè)計(jì)，第二步是進(jìn)行Simulink仿真模型中相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，第三步則是利用圖形用戶界面GUI進(jìn)行仿真系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)。在仿真系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)中，使用鼠標(biāo)單擊圖形用戶界面GUI菜單編輯器，進(jìn)入到菜單的編輯界面，在菜單編輯界面通過“view”查看其中的回調(diào)函數(shù)，并進(jìn)行所需回調(diào)函數(shù)的編輯。電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)中圖形用戶界面GUI的菜單編輯器如圖3。

完成基于Simulink和圖形用戶界面GUI的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)之后，可以進(jìn)行仿真操作。在系統(tǒng)的控制面板上，點(diǎn)擊電路的全控電路，進(jìn)行回調(diào)函數(shù)對(duì)應(yīng)函數(shù)的整理和編輯，之后進(jìn)行到三相橋式全控整流電阻性負(fù)載電路的仿真操作中。操作界面如下圖4，從圖4中我們可以知道三相橋式全控整流電阻性負(fù)載電路仿真操作，可以設(shè)置控制角，點(diǎn)擊開始按鈕之后，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的仿真。

從圖4中我們可以知道，通過仿真，可以查看仿真系統(tǒng)中每一個(gè)開關(guān)器件、負(fù)載兩端的電壓波形、電流波形等[5]。進(jìn)行電力電路的仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)，為電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)提供了幫助，在其他的輔助設(shè)備、軟件等的輔助下，讓電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)中的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，更加的真實(shí)、清晰，通過仿真實(shí)驗(yàn)，提高我們對(duì)知識(shí)的理解和掌握，并提高我們的實(shí)踐操作和實(shí)驗(yàn)力度。充分利用信息技術(shù)和電力電子技術(shù)，構(gòu)建仿真系統(tǒng)平臺(tái)，除了建立的系統(tǒng)仿真平臺(tái)之外，使用者還可以自行的進(jìn)行器件模型的建立，因此不受經(jīng)費(fèi)、數(shù)量等方面因素的影響。

在電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)中，引入計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等，可以提升學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率，傳統(tǒng)的電子電力學(xué)習(xí)方法，在當(dāng)前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)不適用，在實(shí)驗(yàn)中，手工進(jìn)行圖形的繪制精確度不夠，也不能同時(shí)畫出多個(gè)波形，在畫圖中控制角一旦發(fā)生變化，相關(guān)的波形、圖形等都需要重新的繪制，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。引入仿真系統(tǒng)平臺(tái)，可以充分的提高學(xué)習(xí)效率，改善學(xué)習(xí)質(zhì)量。在當(dāng)前的社會(huì)背景下，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要充分的利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，是當(dāng)前電子電力學(xué)習(xí)的必然方向，也是適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的表現(xiàn)，在電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)中，構(gòu)建基于Simulink和圖形用戶界面GUI的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)，可以節(jié)約學(xué)習(xí)時(shí)間，增加學(xué)習(xí)信息量，提高學(xué)習(xí)效率。

3 結(jié)束語

從當(dāng)前電子電力學(xué)習(xí)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，電力電子技術(shù)的新型的一門專業(yè)課程，是當(dāng)前我國(guó)電氣化、自動(dòng)化等專業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)課程，電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)中必須要重點(diǎn)提高實(shí)踐操作能力。為了更好地對(duì)電力電子技術(shù)進(jìn)行了解和認(rèn)識(shí)，我們基于Simulink、圖形用戶界面GUI，構(gòu)建電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)，通過直觀的感知，并最大限度地獲取信息量，提高電力電子技術(shù)學(xué)習(xí)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 安樹，趙霞，徐小華.基于Matlab GUI的整流電路仿真設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011（04）：155-158.

[2] 文小琴，畢淑娥，游林儒.基于Matlab的電力電子技術(shù)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014（04）：105-106，110.

[3] 謝小榮，嚴(yán)干貴，陳遠(yuǎn)華. 三電平PWM變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的MATLAB仿真平臺(tái)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003（09）：18-22.

[4] 安樹，閆英敏，劉正春. 基于Matlab GUI的電力電子技術(shù)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2012（07）：16-18.

[5] 吳志偉，趙祚喜，黃培奎，等. 基于Matlab的機(jī)器人避障仿真軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2015（S1）：226-228，242.