全数字仿真（精选10篇）
全数字仿真 篇1
0 引言
航电全数字仿真在航电系统性能的确认及验证 (V&V) 流程中有着重要的作用, 在航电设计的早期阶段, 通过模型及仿真的方式进行系统可行性分析、验证, 有助于进行早期评估以优化所有资源的使用, 能在短时间内检验构型变化, 从而减少开发时间。
本文所研究的航电全数字仿真平台主要包括主仿真系统和上位机仿真监控软件、建模相关软件等。在数字仿真阶段, 模型之间通过反射内存网或以太网交换数据, 各仿真节点可自由配置航电模型。考虑后续向半物理仿真测试的要求, 主仿真系统要具备高度可复用性, 预留与前端设备的数据接口, 并且在不修改已开发的仿真模型基础上, 顺利实现全数字仿真向半物理仿真的过渡。上位机软件提供程控开关, 实现模型和配线的同时切换, 便于真实设备接入仿真网络。
1 系统整体网络拓扑结构
航电全数字仿真系统采用上下位机结构形式。上位机主要运行仿真建模及仿真试验的应用软件, 如Rhapsody、实时仿真过程的监控软件、数据模型管理平台等。上位机采用普通PC机, Windows操作系统。下位机采用工业控制计算机, PCI总线形式。在实时内核的调度下运行多任务的航电系统的仿真模型, 通过反射内存网或以太网模拟各分系统间的数据链路, 并响应上位机的命令, 实现数据上传与下载。仿真监控计算机与实时仿真节点通过以太网进行连接, 它们之间的通讯是通过TCP/IP协议, 仿真监控计算机与实时仿真节点通过以太网主要是传输监控软件发给实时节点的指令;实时仿真节点之间的数据通讯是通过反射内存网或以太网, 模拟航电系统各模块间的数据通讯, 仿真监控计算机对反射内存网上传输的数据进行监控。航电全数字仿真平台网络拓扑结构见图1。
2 系统工作流程图
航电全数字仿真平台的工作流程图如图2所示。数据模型管理平台导入系统ICD数据, 设计仿真网络和硬件信息, 导出Rhapsody模型的ICD数据和打包、解包算法。Rhapsody设计航电系统的状态图, 进行全数字仿真。在数据模型管理平台描述航电系统数据的实际物理形式。最后导出航电系统的实时仿真Rhapsody模型。实时模型与全数字模型融合生成, 最终的实时仿真模型。通过Rhapsody将导出Rhapsody模型编译为可执行仿真程序。监控软件下载实时仿真模型, 并且监控运在嵌入式系统的实时模型的变量。同时监控软件可以将实时仿真的模型的数据保存到本地数据库中, 仿真结束后可以解析回放记录的数据。
3 实时系统设计
实时操作系统Vx Works开发是整个航电全数字仿真平台的基础和核心。Vx Works镜像的制作和Vx Works应用程序的开发是下位机实时系统的主要工作。
3.1 Vx Works镜像制作
Vx Works镜像成生可以通过Tornado建立一个bootable工程, 并对Vx Works的内核进行裁减, 裁剪过程如图3所示。裁剪结束后需要对rom Init.s、rom Start.c、sys Alib.s、sys Lib.c等文件进行修改, 满足场景要求。
3.2 Vx Works应用程序的开发
Vx Works应用程序开发包括检测下位机PCI设备、下位机IP地址配置、PCI板卡驱动程序设计等, 本文以PCI板卡驱动程序设计为例说明开发过程。在Vx Works中以太网、串行设备的驱动开发与普通的PCI板卡的开发有很大的不同, 具体的开发过程如图4所示。
4 结束语
本文研究了航电全数字仿真平台的软硬件实现, 并利用研究成果搭建了航电系统全数字仿真平台, 该全数字仿真平台可以用于航电系统设计早期对航电系统的需求进行确认, 以期在航电系统设计早期尽早对系统的可用性和完整性进行测试, 减少开发时间, 符合确认及验证 (V&V) 流程。
摘要：航电全数字仿真在航电系统性能的确认及验证 (V&V) 流程中有着重要的作用, 有助于进行早期评估以优化所有资源的使用, 减少开发时间。研究了航电全数字仿真平台的软硬件实现, 并利用研究成果搭建了航电系统全数字仿真平台, 该平台可用于对航电系统需求进行确认。
关键词：全数字仿真,航电系统,需求确认
参考文献
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试论全流程数字出版 篇2
全流程数字出版最早是由北京北大方正电子有限公司的赵冰等人提出。赵冰2009年在《构建全流程数字出版平台》一文中认为，数字出版涉及内容资源的数字化和资源加工、内容资源管理平台的建设、数字产品生成和管理、产品发布和服务平台建设等多个环节，全流程数字出版是通过内容制作平台、资源加工平台、内容资源管理平台、多渠道发布平台等几个环节，构建出版社数字出版系统整体框架。此后，业界在不断探索实践全流程数字出版，对全流程数字出版的概念和外延并不清晰，有所片面。
一、全流程数字出版认识误区
有的人认为全流程数字出版重在产品的数字化，指的是内容产品数字多元化产品。一次内容，多种产品。对稿件进行三审三校后，在出片付印的同时，对稿件的内容进行数字化，为下一步多元化的数字出版产品线打下基础，推出包括互联网电子书、中国移动等运营商手机出版、手持阅读终端等不同格式的电子书、数据库产品、在线图书阅读平台等。
也有人认为全流程数字出版重在产品编辑过程数字化，指的是从编辑、审读、校对、出片等流程的数字化。强调在编审校对环节的数字化、电子化，通过信息化的出版管理软件实现对图书出版编辑的综合管理，建立内容资源库，提高图书出版编辑效率。
上述两种片面观点被许多业界人士所认同，束缚了他们的思想，不利于传统出版单位加快向数字出版转型。笔者认为，以上两种观点仅仅各自谈到全流程数字出版的一部分，无法全面概括。如下图所示：
全流程数字出版是图书出版环节数字化和图书产品的数字多元化的综合，系统性解决图书出版单位在图书出版从来稿登记到图书发行整个环节的整体方案。同时全流程数字出版又不仅仅是图书出版环节数字化与图书产品数字多元化的简单相加，而是打破两者的界限，利用数字化的信息技术手段，对两者的功能相互补充，相互支持。
二、全流程数字出版的概念及主要内容
全流程数字出版是指利用数字化为核心的信息技术手段，实现内容产品从选题到成品，从编辑加工到出版发行整个数字出版流程的系统化解决方案。
数字出版首先必须对内容资源进行数字化整合，分为内容资源数字化（包括传统纸书文本数字化）到集成化（按照一定格式进行有序化）到个性化（提供出版社特有的个性化内容的主动服务）到结构化（将内容资源之间以知识元为单位进行关联，并以结构化体系的形式呈现）到多元化（在系统中实现不同格式、不同类型的内容产品）。全流程数字出版包括以下主要内容：图书协同编辑系统、图书内容资源结构化系统、内容产品多元化生成系统、内容销售在线管理系统等。这些子系统通过以数字化技术手段为桥梁，以内容资源的数字化为基础，实现“1+1>2”的聚合效应，改变了传统出版流程的“线性”模式，从根本上提升图书出版编印发全流程及内容资源多次利用的效率。
三、全流程数字出版特点
与现有的数字出版流程相比，全流程数字出版具有自身鲜明的特点，分别是：开放性、结构性、系统性、多样性。
开放性。在传统的出版流程中，选题-组稿-审读编辑加工-发稿-图书排校-装帧设计-出片付印-发行与物流，全部流程呈现单一封闭结构，编辑、审读、校对等工作按先后顺序而交替进行，各个部门之间职责明确，但彼此之间缺乏交流沟通。即使存在交流沟通，生产效率也不高。在全流程数字出版中，从选题策划环节到整个过程全部实现数字化，为各个流程环节之间的协同配合提供了便利。比如，封面设计人员可以提前调阅书稿内容，提前开展设计。校对和编审可以同时进行，节省时间，节约进度。
结构性 在资源数字化的基础上，通过标签、索引、分类、数据库等技术手段，将内容资源进行重新加工、整合。传统的出版流程中，每个责编都是“孤”军奋战，内容资源都掌握在个人手中。全流程数字出版打破了壁垒，并将这些内容资源进行重新结构化编排。比如封面设计资源、图片资源、碎片化的文字资源。给一本图书配上合适的图片常常花费责编不少的心思和精力。在全流程数字出版系统中，整个出版单位的内容资源都集中整合在一起。责编可以自行到图片资源库，按照不同分类、不同主题自定义查找，大大节约了时间，提升了效率。
系统性 全流程数字出版不仅实现了书稿编辑、审读、校对等环节的数字化，同时也对合同管理、印刷管理、发行管理、财务管理、产品管理等方面实现了数字化，实现了对整体的系统化管理。管理者通过全流程数字出版系统，能够对书稿进度、版权时限、财务数据等进行清晰、准确的掌握，提升管理效率。
多样性 全流程数字出版通过数字化手段，实现了多样性的产品输出。全流程数字出版把传统出版和数字出版由“串行”改为“并行”，实现出版的排版制作过程自动化，还可以在更早的阶段产生在线产品，实现一次生产、多次发布的目标。目前，数字出版产品分为电子图书、数字杂志、按需出版、移动出版、数据库出版等多种形式。在传统出版线性流程中，很难做到纸质图书与数字化出版产品同步化。在已出版纸质图书后，进行数字化加工生产，一方面浪费了时间，一方面大大提高了成本。全流程数字化出版在系统中对数字化产品进行了标准化的模板设置，通过信息技术手段，大大简便了转化过程，丰富了数字出版产品线。以旅游类图书为例，在编辑过程中可出版数字杂志，完成编辑加工后可出版纸质图书、电子书，书稿内容按照景点划分、按照地域划分等可以组成数据库，电子书又可以进一步添加图片、视频、音频等内容，进一步提升阅读体验。
在中国新闻出版研究院发布的《2011-2012中国数字出版产业年度报告》中，2011年数字出版收入达到1377.88亿元，但真正的电子书收入为16.5亿元，数字报刊的收入为9.34亿元，在全部收益中所占的比例不超过3%。报告显示，不少传统出版单位对全流程数字出版缺乏认识，忽视了数字化出版对全行业带来的变革和冲击。广东出版集团整合了旗下所有出版社的图书2万种，经过加工制作发现适合手机阅读的品种只有1000种左右，陕西出版集团发现适合手机阅读只占全部品种的30%。这说明，传统出版物仅通过技术加工，移植到数字阅读平台上，很难获得内容、技术和体验上的融合与统一。传统出版单位要高度重视全流程数字出版，厘清思想，制定清晰明确的数字出版转型战略，对应全流程数字出版来重新规划组织结构，加大数字出版复合型人才的培养，通过重大出版项目进行数字化出版试点，逐步在人才储备、组织结构更新、技术储备等方面积蓄力量，为全流程数字出版做好准备。
黑龙江省电网全数字仿真系统应用 篇3
1 全数字仿真系统介绍
1.1 系统介绍
电力系统全数字仿真装置 (ADPSS) 是由中国电科院研发的基于高性能PC机群的全数字仿真系统[2]。该仿真装置利用机群的多节点结构和本地高速通讯网络, 采用网络并行计算技术对计算任务进行分解, 并对进程实施实时和同步控制, 实现了大规模复杂交直流电力系统机电暂态和电磁暂态的实时和超实时仿真以及外接物理装置试验[3]。
电力系统全数字仿真装置采用通用的软硬件技术平台, 因而具有开放性和可扩展性, 便于软硬件随着技术的发展更新换代, 并获得高性价比。
硬件:主要使用高性能PC机群 (PC-cluster) , 造价低, 扩展性好, 用户如果需要扩展节点, 只需增加节点和变更配置文件即可。
通信网络系统:采用通用局域网连接分离的管理网络和计算网络, 管理网络采用千兆以太网, 计算网络采用高速Myrinet网络或Infiniband网络, 管理网和数据网的分离大大提高了网络可用性, 保障了数据的传输带宽。
系统软件:采用Linux操作系统, 该系统附加费低、稳定可靠、兼容性好、性能优异。
应用软件:核心仿真软件基于电力系统分析综合程序 (PSASP 7.0) , 可信度高。
1.2 平台建设和维护
截止到2012年底, 黑龙江省调直调电厂70座, 总装机容量为18 699.95 MW。其中火电厂24座, 装机容量为14 877 MW;水电厂4座, 装机容量为721.6 MW;风电场42座, 装机容量为3101.35 MW。黑龙江省电网共有500 k V厂站16座, 主变16组, 运行容量为12 166 MVA;220 k V变电所111座, 主变共187台, 运行容量为23 379 MVA。共有500 k V线路34条, 线路总长度为5 032.926 km;220 k V线路298条, 线路总长度为12 296.3 km。2013年省网预计新建投产火电机组7台, 合计容量1800 MW。预计新建、扩建投产风电场14座, 合计容量825.3 MW。输电设备预计新建、改建投产220 k V线路46条, 总长度1711.05 km;变电设备预计新建、更换、扩建220 k V变压器12台, 总变电容量3756 MVA。对此, 根据上述介绍的全数字仿真系统特点及功能, 可在ADPSS中建立黑龙江省电网电厂、变电站、线路数学模型, 然后对其进行数据平台建设和维护。
2 全数字仿真系统的应用
2.1 500 k V兴黑线机电-电磁暂态混合仿真分析
黑河换流站通过500 k V兴黑线与黑龙江电网相连, 是通过阿州-黑河向南输电的唯一一条500 k V输电线路。
采用电力系统全数字仿真装置对兴黑线进行单相重合闸过电压仿真分析。根据计算的需要, 应用机电暂态-电磁暂态混合仿真功能对500 k V兴黑线路进行过电压计算, 电磁暂态网络应包含该线路, 故电磁暂态网络的边界设置为黑群兴群侧DK、黑兴黑线黑侧DK、黑松北500、黑永源500、黑兴福220[4]。这些母线形成的局部电网如图1所示。
在进行电磁暂态计算之前, 采用梯形隐积分迭代法对全网进行机电暂态稳定计算, 将整个黑龙江省电网和目标电网进行分网并行计算。机电暂态计算完成之后, 在机电暂态中划分机电暂态子网和电磁暂态子网进行任务分配, 将黑龙江省电网除电磁暂态外的其他部分划为机电暂态子网, 具体方案如图2所示。之后将机电暂态的计算结果通过机电暂态接口提交到电磁子网中进行电磁暂态计算, 实现机电-电磁暂态混合仿真, 如图3所示[5]。
兴黑线单相重合闸操作过电压仿真结果如表1—表3所示。
从表1—表3可知:
1) 500 k V兴黑线线路故障跳闸时, 兴福侧线路一侧过电压最大值为2.74 p.u., 过电压较严重, 母线侧过电压最大值为1.25 p.u.;黑河侧母线一侧过电压最大值为2.34 p.u., 线路一侧过电压最大值为1.42 p.u.。所以, 线路故障跳闸存在过电压问题。
2) 采用单相重合闸, 若故障为永久性故障, 过电压最大值均小于1.0 p.u.;若故障为瞬时故障, 过电压最大值为1.33 p.u.。故单相重合闸不存在过电压问题。
2.2 风电场35 k V小电流接地系统保护装置选型研究
以马鞍山风电场为研究对象, 分析风电场35 k V小电流接地系统的单相故障特性。风电场装机197.2 MW, 安装39台单机容量为850 k W的维斯塔斯风力发电机组, 193台单机容量为850 k W的歌美飒风力发电机组。场内集电线路共分为16回, 马鞍山以8条架空线路接入场内220 k V升压变电站的35 k VⅠ段母线, 云岭云雾以8条架空与电缆相结合的配网线路接入场内220 k V升压变电站的35 k VⅡ段母线。风电电力经220 k V升压站统一送出, 以一回220 k V出线接入220 k V达连河一次变。
以风电场及电网的基本信息, 建立研究系统的模型, 如图4所示。图4模型中, 35 k V母线零序电压3U0采用ADPSS中自定义模块进行搭建, 3U0取三相电压瞬时值之和, 如图5所示。
本次动模试验是在不投入风机的情况下进行的, 试验假设零序保护安装在9号机群线, 接地选线只针对9号机群线, 35 k V为不接地系统, 9号机群线区内出现故障。所以, 分别在9号机群线被保护线路0%、50%和100%处模拟保护区内U相永久性金属性接地故障, 测试各保护装置性能。
UU、UV、UW为35 k V三相母线电压, UL为母线零序电压, IU、IV、IW分别为9号、10号、14号机群线零序电流。研究对象在三种情况下故障前后的电压、电流如表4所示。各装置的动作情况如表5所示。
试验表明, 当风电场35 k V小电流接地系统发生单相永久故障后, 根据故障位置的不同, 故障相电压会有所不同, 距离被保护线路越近, 故障相电压降越低, 故障相电流波动越剧烈。
通过物理接口箱外接装置进行动模实验, 能够检测出各种继电保护装置动作情况及算法的优缺点:在中性点不接地的小电流接地系统中, CSC-211装置、RCS—9611C装置选线成功率较低, TY-06装置、WXH-822C装置选线成功率较高。该结果可以直接指导实际电网的继电保护配置方案, 以降低风电脱网事故的发生。
注:电压为二次有效值, PT变比为35 k V/100 V, UL为UU、UV、UW相量和的有效值;电流为二次有效值, 三相电流相量和, CT变比为300 A/5 A。
3 结语
通过两个不同类型的试验对黑龙江省电网全数字仿真系统的应用进行了验证, 试验表明采用ADPSS能够对输电线路进行机电-电磁暂态混合仿真和对风电场35 k V小电流接地系统进行准确建模和仿真, 可以外接物理接口箱进行闭环动模试验, 完成继电保护装置的校验。该仿真系统的建设对提升黑龙江省电网仿真试验和分析研究能力, 拓展黑龙江电网业务具有重要的意义。
参考文献
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全数字仿真 篇4
关键词 2ASK 2FSK 2PSK simulink
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A
0引言
随着数字调制技术的发展，现在实际应用的数字调制系统多数是通过改进了的。与模拟通信系统相比较而言，数字通信系统具有较多优点，如抗干扰能力强，便于加密，方便实现集成化。因此，数字通信系统应用得更为广泛，同时对通信技术的要求也越来越高。在实际的信道中，数字基带信号不适合直接进行传送，需要对数字基带信号进行调制。因此，对数字基带信号进行调制，产生已调数字信号。数字调制的原理与模拟调制的原理是相同的，因此，可以采用模拟调制的方法来实现数字调制。不过由于数字基带信号的特点与模拟基带信号不同，因此其取值是有限的、离散的。基本的三种数字调制方式有振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）和移相键控（PSK或DPSK）。作为理论发展最成熟的调制方式，ASK，FSK，PSK等的研究仍然具有很重大的意义，因此，本文主要选择了这三种调制方式做仿真研究。
1二进制数字调制系统的原理
1.1二进制振幅键控（2ASK）原理
二进制振幅键控是利用载波变化来传递数字信息的，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK中，载波的幅度有两种变化，分别对应于二进制信息“0”和“1”。其表达式为：
（1）
1.2二进制移频键控（2FSK）原理
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。二进制频移键控，是指载波的频率随二进制基带信号的变化，在两个频率点f1和f2之间变化。表达式如下：
（2）
1.3二进制相移键控（2PSK）原理
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息。在2PSK中通常用初始相位0和€%i分别表示二进制“0”和“1”。这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。
因此，2PSK信号的时域表达式为
（3）
2二进制数字调制系统的仿真
仿真一：2ASK信号调制的模型方框图由sinwave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成，如图1所示。设置好各模块的参数后，进行系统仿真，通过示波器显示的各点波形图如图2所示。
由上图可知，信息源和载波信号相乘之后就产生了受幅度控制的2ASK信号。
仿真二：2FSK信号调制的模型方框图由两个sinwave信号源、方波信号源、相乘器、加法器等模块组成。设置好各模块的参数后，进行系统仿真，通过示波器显示的各点波形图如图3所示。
由图3可以看出经过两个载波的调制，2FSK信号有明显的频率上的差别。
仿真三：2PSK信号调制的模型方框图由两个反相的sinwave信号源、方波信号源等模块组成。设置好各模块的参数后，进行系统仿真，通过示波器显示的各点波形图如图4所示。
由图4可以看出经过调制后，2PSK信号有明显的相位差。
3结语
本论文主要基于Simulink的仿真，对数字调制系统的进行仿真设计。通过Simulink仿真2ASK，2FSK，2PSK的数字调制方式，将仿真结果与成熟的理论进行比較，从而验证仿真的合理性。
全数字仿真 篇5
关键词：电力系统全数字仿真装置,调试,并行算法,混合仿真,问题
0 引言
在特高压电网建设和全国互联电网形成的背景下，为了深入开展大电网互联问题的研究，提高电力系统稳定分析计算的能力，争取在大规模互联电网运行动态特性分析、区间电能交换与控制技术和区域电网稳定性与安全性预测等研究领域有所作为，河北省电力公司决定建设河北南网全数字实时仿真实验室[1,2,3]。河北南网全数字实时仿真实验室可以进行电网稳定分析和安全预警、电网规划的运行方式校核和承担电网二次系统的性能评估，可以用于电力系统的各种分析计算，如：潮流、暂态稳定、电压稳定、小干扰稳定等批量任务的并行计算，可以在机器级和CPU级上并列执行。和过去的单个计算机单进程串行执行计算的模式相比，极大地提高了电力分析计算的效率，有效提升对电网稳定分析计算的能力[4,5]。
1 仿真实验室的硬件配置
河北南网全数字实时仿真实验室的核心设备为电力系统全数字仿真装置(ADPSS)。河北南网全数字实时仿真实验室的外观图和电力系统全数字仿真装置硬件架构图如图1、图2所示。
电力系统全数字仿真装置是基于高性能PC机群的全数字仿真系统。该仿真装置利用机群的多节点结构和高速本地通讯网络，采用网络并行计算技术对计算任务进行分解，并对进程进行实时和同步控制，实现了大规模复杂交、直流电力系统机电暂态和电磁暂态的实时和超实时仿真以及外接物理装置实验。利用该仿真装置可以进行1000台机组，5000至10000个节点的大系统交、直流电力系统机电暂态仿真以及机电、电磁暂态混合仿真研究，可以联接SCADA和EMS系统以接收系统远方实时数据、联接相量测量装置以接收经全球定位的系统实测物理量(电量和数字量)，接入继电保护、稳定控制装置和直流输电控制装置等实际物理装置进行实时仿真试验，接入MATLAB等商用软件进行局部和子任务计算，接入用户自定义模型以完成用户指定功能和任务[6,7]。
1.1 PC机群
电力系统全数字实时仿真装置的硬件主要使用高性能PC机群(PC-cluster)，造价低，扩展性好，用户如果需要扩展节点，只需增加节点和变更配置文件即可完成。通信网络系统采用通用局域网连接且管理网络和计算网络分离的双网结构，管理网和数据网的分离大大提高了网络可用性，同时保障了数据的传输带宽。系统软件采用Linux操作系统，该系统附加费低、稳定可靠、兼容性好、性能优异。应用软件的核心仿真软件是基于成熟的商用软件电力系统分析综合程序(PSASP)，具有很高的可信度。
1.2 功率放大器
功率放大器作为仿真系统的最终输出一直是实时数字仿真系统中重要的组成部分。电网数字仿真实验室购买的PAC2000、PA60B等系列放大器是专为电力系统仿真研究的高性能线性功率放大器。河北南网数字仿真实验室功率放大器配置如下：PAC-120B一台，六路电压输出，PAC-2000B三台，共三路电流输出，PAC60B一台，PA60B一台，三路电流输出，四路电压输出。功率放大器共有九路电流输出，十路电压输出，能满足励磁调节装置和一般线路保护装置的测试要求。实验室还配置了断路器模拟装置，可模拟实际断路器的延时动作。
1.3 物理接口箱
物理接口箱为电力系统实时仿真装置提供物理试验接口，以便与外接物理装置进行开环和闭环测试。物理接口箱通过SCSI-2连接线与仿真机群上的DAQ2501、DAQ2502和PCI7396板卡相连。这些板卡提供了AD/DA、DI/DO通道，实现物理接口箱与仿真机群之间的数据交互。同时，物理接口箱通过接线端子与功率放大器、外接物理装置及录波仪等连接，这样在机群与外部物理装置之间建立了信号交互的通道。对模拟输入信号、物理接口箱进行滤波，然后送入AD卡;对模拟输出信号，物理接口箱进行滤波后送入外部物理装置;对数字信号，物理接口箱则提供电平、节点接口和光电隔离。
2 电力系统全数字仿真装置联调说明
河北省电力研究院完成实验室的基础建设后，在中国电力科学研究院技术人员的配合下完成了电力系统全数字实时仿真装置的安装和联调工作。联调工作包括：机群管理及监控软件功能测试、仿真系统功能测试、仿真装置物理接口箱与接口板卡功能测试、仿真装置外接物理装置试验功能测试。
2.1 机群管理及监控软件功能测试
(1)机群管理软件测试
依据机群管理软件中的菜单项：机群设置、系统管理、网络管理、机群工具、查看、帮助等及其各个2级、3级子菜单逐项测试验证。能够正常实现：机群服务器配置管理、用户管理、配置文件系统、实现对机群服务器并行命令。
(2)机群监控系统功能测试
依据机群监控软件中的菜单项：CPU、内存、网卡1、网卡2、IO信息、节点信息等菜单逐项测试验证。能够正常实现：查看机群服务器运行相关信息、正确显示机群服务器负载状态。
(3)机群计算网络管理网络功能测试。
依据网络测试软件机群计算网络管理网络功能测试包括：MYRINET、CICSO网络能够正常ping通、MYRINET网络GM协议运行正常、MYRINET网络>1900 MB/s、千兆以太网>900 MB/sㄢ
2.2 仿真系统功能测试的内容
仿真系统功能测试的内容包括：机电暂态仿真测试、电磁暂态仿真测试、机电-电磁混合仿真测试[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17]。
(1)机电暂态测试
a.机电暂态仿真正确性测试
进行机电暂态串并行计算，在本机和后台机均能正常运行。
b.机电暂态实时仿真规模和速度测试
分别使用5 000节点机和10 000节点机数据进行10 s的三永故障设置，计算步长10 ms,查看其最快仿真计算时间。
c.机电暂态实时仿真功能测试
使用测试数据，在机电暂态中进行复杂故障设置、安稳装置动作(切机、切负荷、切线路等)设置和仿真。
1 000台机、5 000节点的大型电力系统中，某条支路发生三永故障，系统分成4个子网，计算时间为2.915 s。仿真结果如图3所示。从图3可以看出，发电机之间的功角经过一段时间的振荡，功角差趋于零，由此可判断系统恢复稳定。母线电压在发生故障的时刻降低，然后逐渐恢复正常。
(2)电磁暂态仿真测试
a.电磁暂态仿真正确性测试
使用测试数据进行电磁暂态仿真串行、并行计算，在本机和后台机均能正常运行。
b.电磁暂态实时仿真规模和速度测试
使用5台发电机、20条线路规模的网络数据进行10 s仿真，计算步长100µs，查看其最快仿真计算时间为2.85 s。仿真计算结果如图4所示。在5 s时发生一个持续0.2 s的三相短路故障。
(3)机电-电磁混合仿真测试
使用测试数据进行机电-电磁暂态混合仿真测试。将系统分为两个子网，分别由机电暂态和电磁暂态计
算。系统进行15 s仿真，其中电磁暂态计算步长100µs，机电暂态计算步长0.01 s。仿真计算时间2.0 s。设支路_4在10 s发生三相短路，10.1 s切除故障，仿真结果如图5、图6所示。图5是进行机电-电磁暂态混合仿真时机电暂态程序计算结果图，图6是进行机电-电磁暂态混合仿真时电磁暂态计算程序结果图。发生短路故障时支路_4电流剧增。通过图5、图6的比较可以看出，在0.1 s的短路过程中，电磁暂态仿真能将短路过程详细仿真出来,而机电暂态由于仿真步长较长,只能对短路过程作一个粗略的仿真。
2.3 仿真装置物理接口箱与接口板卡功能测试
进行仿真装置物理接口箱与接口板卡功能测试。要求模拟量输入正常，模拟量输出正常，开关量输入正常，开关量输出正常。
(1)模拟量输入测试
外接信号发生器，产生可调的电平信号，检查接口测试程序的采样结果。采样精度：误差小于±0.005 Vㄢ
(2)模拟量输出测试
接口测试程序产生可调的电平信号，使用万用表测量物理接口箱的实际输出结果。输出精度：误差小于±0.005 Vㄢ
(3)开关量输入测试
外接电平(空节点)信号，检查接口测试程序的输出结果。当输入高电平(或节点闭合信号)时，接口测试程序输出1;当输入低电平(或节点断开信号)时，接口测试程序输出0ㄢ
(4)开关量输出测试
接口测试程序输出数字信号，使用万用表测量物理接口箱的实际输出结果。当测试程序输出1时，接口箱输出高电平(或节点闭合);当测试程序输出0时，接口箱输出低电平(或节点断开)。
2.4 仿真装置外接物理装置试验功能测试
通过外接物理装置试验，将机群系统、物理接口箱、功率放大器进行联调。仿真模型的数字信号通过DAQ板卡转换成模拟信号，经过物理接口箱进行滤波，送入功率放大器将信号放大，最后送入外部物理装置。外部物理装置处理后的反馈信号输入仿真机群，实现物理装置的闭环控制。
(1)继电保护(线路保护)试验功能测试
采用LFP-941A型高压线路成套保护装置，进行继电保护试验。测试项目：接地距离保护和零序方向过流保护，预设故障类型：线路首端A相保护。系统反应：A相跳闸。
(2)励磁控制系统试验功能测试
仿真装置外接励磁控制系统。仿真装置输出机端A、B、C三相电压，送入发电机的励磁系统，励磁功率系统向发电机转子励磁绕组提供直流励磁电流。对发电机励磁控制系统进行空载5%阶跃响应试验。
3 电力系统数字仿真装置调试中发现的问题
3.1 防火墙固定IP碰到的问题
分析：电力系统全数字仿真装置设置专门的机群管理网络。设置本机IP为192.168.1.1--192.168.1.199，设置子网掩码为255.255.255.0，设置网关为192.168.1.250。设置后即可访问机群内节点机。防火墙进行合理设置后，通过机群管理网络也可正常访问院网。计算网中管理节点IP为192.168.1.251，计算节点c0101--c0110的IP为192.168.1.1--192.168.1.10,io节点的IP为192.168.1.21。通过设置本机路由，也可通过院网访问计算网。但计算网的IP地址与院网冲突,网络中心不便管理。
解决：将机群管理网络与外网完全分开。在线数据接口固定IP，通过中调传送数据。其它工作终端均分别配置外网网线与计算网网线。
3.2 UPS使用中碰到的问题
分析：6、7、8、9、10号机柜电源指示灯不亮，UPS隔两分钟鸣叫一次。
解决：UPS工作于旁路模式，市电指示灯与旁路指示灯亮。UPS工作在旁路模式时，不具后备功能。此时负载所使用的电源是直接通过电力系统经滤波供应的。持续按开关键1s以上，开启逆变器。UPS处于市电模式下运行，正常供电。
3.3 PSAPSP程序更新
分析:机电暂态程序中的两个文件PCNODE.CFG和STPARA.CFG IP地址设置不当，电磁暂态程序中的两个文件PCNODE.CFG和EMTPARA.CFG IP地址设置不当，机电暂态程序和电磁暂态程序中PHYITF.CFG文件需要根据河北南网物理接口箱的实际配置情况进行修改。
解决：将机电暂态程序中的三个文件和电磁暂态中的三个文件进行更新。
3.4 软件调试中碰到的问题
分析：调试外带物理装置的电磁暂态程序时，出现无法将程序提交到后台机的错误，并经常出现死机。
解决：调试外带物理装置的电磁暂态程序时，网络选择实时MYRINET网络，并将曲线阅览室关闭。
3.5 功率放大器调试中发现的问题
分析：功率放大器上电后，功率放大器PAV-120B应该有六相电压输出，但AB两相电压没电。
解决：运输过程中碰撞导致功率放大器内部接线松了，应注意运输中轻拿轻放。
分析：功率放大器PA60B，警示灯亮。
解决：电流功率放大器开路时警示灯亮，短接电流回路则警示灯灭。
3.6 物理接口箱调试中发现的问题
分析：机群的DAQ卡与接口箱接线不方便。
解决：科林公司作端子排,将接口箱的线引到端子排上。
分析：物理接口箱工作不正常，服务器未开机时1号接口箱的1号灯亮，9号节点机开机时，1号接口箱的7号灯亮。服务器未开机时，1号接口箱有1.5 V的电压输出。调试外带物理装置的电磁暂态程序时，2号接口箱无法正常传送程序。
解决：2号接口箱内部板卡有问题，返厂修理。
3.7 在线数据接口的问题
分析：在线实时显示界面数据没有实时更新，整合数据与实时数据的无功数值相差较大，离线数据的下庄与在线数据的夏庄未正确映射。
解决：电科院技术人员完善整合程序，整合数据已能实时更新，且与在线数据很接近。
3.8 综合程序的问题
分析：静态安全分析模块不能实现全网扫描。不能实现潮流断面回放。MATLAB接口功能不完善。
解决：请电科院完成相应程序开发。
3.9 混合仿真算例无法正常计算
分析：机电暂态程序更新后，机电与电磁暂态程序的接口程序没有更新，导致机电与电磁暂态混合仿真程序无法正常计算。
解决：后台机群更新接口程序。
4 结论
全数字仿真 篇6
计算机仿真[1]是一种高效、高精度、高经济性和高可靠性研制开关电源的方法,应用计算机仿真技术可以减少设计周期和开发成本,并改进开关电源电路的可靠性。Saber是当今世界上功能强大的电力电子仿真软件之一,它具有大量的电源专用器件和功率电子器件模型,并提供高精度的电路仿真模型单元库。
数字化是开关电源的发展趋势[1],它可以实现快速、灵活的控制设计,改善电路的瞬态响应性能,使之速度更快、精度更高,可靠性更强。因此,本文基于Saber仿真软件对采用数字控制的大功率移相控制全桥ZVS电源系统(12V/5 000A)进行了建模、仿真,并对仿真结果进行了分析。
1主电路的建模
移相控制全桥ZVS-PWM变换器[1]电路实现简单、工作可靠,而且充分利用了器件的寄生参数,不需要加入辅助电路,比较适合大功率低压大电流的应用场合,其主电路结构如图1所示,具体工作原理见参考文献[1]。
Saber软件提供了功率器件建模工具Model Architect,如图2所示为该工具提供的IGBT等效电路模型,根据实际器件的参数调整图2中的各个参数值即可完成建模。本系统采用IGBT的型号为CM400HA—24E,其额定参数为1 200 V/400 A。电容c1～c4为外接谐振电容,其中c1=c3,c2=c4。
高频变压器采用两个单元变压器串并联的组合方式[2],它可以使并联的输出整流二极管之间实现自动均流,并且使得变压器的设计模块化,简化变压器的制作工艺,降低损耗。原边用串联电感lr作为变压器的等效漏感,用电流控制电压源(CCVS)模块来代替具有电流采样作用的霍尔电流传感器。
次级输出采用倍流整流电路结构[3],该结构中电感电流和变压器次级电流小,整流管导通损耗及变压器铜损较小;该结构具有双电感交错滤波,可在电感值较小的前提下,减小电流纹波,提高动态响应性能。
2 数字控制器的建模
2.1 峰值电流型控制方式
开关电源功率开关器件导通电流等内部变量的瞬态值具有相对独立性,只有直接控制电流瞬态峰值,才能有效快速地保护功率开关器件,同时克服全桥变换器的偏磁问题,提高其动态反应速度和可靠性,因此,本系统采用峰值电流控制模式,其工作原理见参考文献[4]。峰值电流型控制模式开关电源的系统结构图见图3所示,系统控制数学模型见图4所示。
采用峰值电流模式控制的系统,当占空比大于0.5时,会产生不稳定现象,采用斜坡补偿可以改善系统性能,增加系统稳定性。依据参考文献[4]中阐述,在控制工程实践中,斜坡补偿电压的上升率一般设计为输出电感电流检测信号下降率折算值的70%～80%。
2.2 PI调节器建模
PI调节是控制系统中最成熟,应用范围最广的一种调节方式,离散型PI控制器表达式为:
式(1)中:k为采样序号;U(k)为第K次采样时PI调节器输出的偏移量;Kp为PI调节器的比例系数;T为采样周期;Ti为PI调节器积分时间;E(k)为第k次采样的偏差值。由式(1)可推出其离散PI增量式为:
式(2)中:U(k-1)为第k-1次采样时PI调节器输出的偏移量;E(k-1)为第k-1次采样的偏差值;Ki为PI调节器的积分参数。
PI调节器模型[6]见图5所示,其实现过程为:AD电压采样环节由一个模数转换接口“a2z”实现,采样值为Z0(k),电压基准Zref由给定信号模块“zdata”提供,两者的差值为误差项E(k);利用放大模块“zamp”将偏差值E(k)放大积分系数Ki倍,可得积分修正量ΔI(k);将偏差值E(k)通过减法模块“zsub”减去由延迟模块“zdelay”所保持的第k-1次的偏差值E(k-1),再用放大模块将上述差值放大比例参数Kp倍,可得比例矫正值为ΔP(k);最后由加法模块“zadd”将积分修正量ΔI(k),比例修正量ΔP(k),以及由延迟模块所保持的第k-1次结果U(k-1)相加可得第K次采样结果U(k)。
电流环控制采用P调节,其实现过程为:霍尔电流传感器采样之后,由模数转换接口将采样值转换为离散信号,经过一定倍数的放大之后,进行斜坡补偿。斜坡补偿环节由“z_pulse”模块依据前述补偿法则产生一定频率一定斜率的三角波实现。
经过斜坡补偿的电流信号与电压PI调节产生的结果相比较得到最终的误差调整值,最后由比较模块“zcmp”构成饱和环节,用于防止输出的移相值超出所能达到的移相范围。
3.3 移相全桥PWM波形调制
Saber和Simulink之间可以实现协同仿真,这样可以发挥Simulink在软件算法方面的优势,通过自定义S函数产生移相PWM信号。以Saber为主机,调用Simulink,两者以固定时间步长交换数据。
图6所示为移相PWM脉冲实现原理图[5]。其主要原理为:当所对应的前驱动波形跳变为高时,由数字PI控制器得出的移相值U(k)在远小于周期的定时间减去一定常数k,当差值为零时产生一对与所对应前桥臂驱动等宽的脉冲波,图中所示t即为移相时间。
图7所示为实现移相过程的Saber模型,由“z_pulse”模块产生固定频率、占空比为50%的PWM信号,该信号与系统超前臂的驱动时序一致。图中“switchpwm1”模块相当于一个多路开关,其工作过程为[5]:在超前臂脉冲由低变高时,接通输入端,采样反馈的偏移量,然后立刻脉冲模块由高变低接通有离散保持作用的延时模块“zdelay”,最后通过减法模块“zsub”减去固定常数k(由“z_dc”模块产生),经过延时模块所设定的保持时间t后,所减结果再减去常数k,相减后的结果传送到移相模块“shiftpwm1”。
“switchpwm1”和“shiftpwm1”两个模块都是通过Saber与Simulink协同工作的,它们通过调用S-fuction来实现具体功能[5]。将S函数样本文件中的sys=mdlOutputs(t,x,u)作简单修改即可。
3 仿真结果
系统输入直流电压为580 V,工作频率20 kHz,开关管并联电容c1～c4取47 nF,设定漏感lr=10 μH,比例参数Kp=1,积分参数Ki=0.15,输出滤波电感lo1=lo2=0.5 μH,滤波电容co=82 mF,变压器匝数比n=10。设定负载为2.4 m欧,输出电压vo=12 V,输出电流io=5 000 A。
图8所示为开关管的驱动波形图。q1和q3为超前臂开关管,互补导通180°(具有一定的死区时间),q2和q4为滞后臂开关管,它们分别对q1和q3有一定的移相时间。
图9所示为变压器原边电压和电流波形,分析可得,该仿真系统的原边电压与电流波形与移相控制全桥ZVS-PWM变换器的工作原理是一致的。
图10所示为输出为12 V/5 000 A时,超前臂开关管q1和滞后臂开关管q2的导通和关断情况。为便于分析,将驱动电压ugs1和ugs2放大30倍。从图10中可以看出,无论开关管q1和q2,在导通之前,D、S两端的电压uds已降为零,说明开关管实现了零电压导通;在开关管关断之后,uds开始线性上升,说明开关管实现了零电压关断。
图11所示为本仿真系统的输出电压和电流波形。由该结果可知,在1.2 ms左右输出电压达到12 V稳态值,输出电流达到5 000 A稳态值。电压波形超调量小于0.24 V,电流波形超调量小于100 A,满足电压上下波动2%的性能指标。
5 结论
利用Saber仿真并运用Saber与Simulink协同仿真对数字控制峰值电流模式的移相控制全桥ZVS-PWM电源系统进行了建模和仿真分析,通过仿真研究清楚的了解大功率开关电源系统的工作过程和工作特性,为数字电源的开发提供了重要参考依据,并能有效节省开发成本,缩短研发周期。
摘要：利用Saber软件完成了对移相控制全桥ZVS电源系统的建模和仿真分析,设计了基于峰值电流模式和PI调节器的数字控制系统。仿真结果表明该系统参数可以为大功率开关电源的设计开发提供重要的参考依据。
关键词：Saber,全桥移相,峰值电流,PI调节器
参考文献
[1]刘凤君.现代高频开关电源技术及应用.北京:电子工业出版社,2008
[2]姜桂宾,裴云庆,刘海涛,等.12 V/5 000 A大功率软开关电源的设计.电工电能新技术,2003;22(1):56—60
[3]周辉杰,何志伟.开关电源倍流同步整流器的研究.现代电子技术,2006;8:5—8
[4]杜贵平,黄石生,王振民.大功率逆变电源峰值电流控制模式的研究.电力电子技术,2002;36(1):19—23
[5]杜贵平,张波,陈立军,等.全数字化高频软开关电镀电源仿真研究.第六届全国表面工程学术会议.兰州,2006;72—76
全数字仿真 篇7
整流电路是电子电力中出现最早的一种,它的作用是将交流电能变为直流电能供给直流用电设备。整流电路的应用十分广泛,例如直流电动机、电镀、电解电源、同步发电机励磁、通信系统电源等。整流电路可从各种角度进行分类,如从交流输入相数分为单相电路和多相电路。目前在各种整流电路中,应用最为广泛的就是三相桥式全控整流电路。本文主要研究了三相桥式整流电路的原理以及其在MATLAB/Simulink中的建模与仿真。
1 三相桥式全控整流电路的工作原理介绍
三相桥式全控整流电路原理图如图1所示[1]。在图1中该电路是由变压器、共阴极组(VT1,VT3,VT5)、共阳极组(VT4,VT6,VT2)以及负载连接而成,其中变压器一次侧接成三角形,目的是避免3次谐波流入电网,二次侧接成星形可得到零线。由于电路采用了六个晶闸管,晶闸管为半控器件,需要设计触发电路才能使它们导通。电路正常工作时,每个时刻需两个晶闸管导通,一个为共阴极组,另外一个为共阳极组的。本电路的采用的是双脉冲触发方式,以确保前一个晶闸管导通。六个晶闸管的脉冲按照VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序依次导通,相位依次差60°。在满足触发条件的情况下,共阳极组中处于通态的晶闸管对应正得最多的相电压,共阴极组中处于通态的晶闸管对应负得最多的相电压。输出整流电压Ud则为两相电压之差。根据晶闸管的工作情况,故将波形中的一个周期等分成六段,每段60°[2,3]。
2 三相桥式全控整流电路在MATLAB/Simulink的建模与仿真
2.1 三相桥式电路的仿真模型
三相桥式全控整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成。三相桥式整流电路的仿真使用Sim Powersystems模型中的三相桥和触发器的集成模块,用它们组成的三相桥式整流电路的仿真模型如图2所示。在有的模型库中6-pulse thyristor bridge模块仍使用信号端口,这时需要psbupdate函数转换为电路端口,6-pulsethyristor bridge模型没有测量端,需要时可打开其子电路,引出晶闸管的测量端口[4]。
2.2 仿真参数设置
(1)三相电源UA、UB和UC仿真参数设置:电压峰值为220√2,可表示为220*sqrt(2),频率为50Hz,相位分别为0°、-120°、-240°
(2)整流变压器仿真参数设置:一次绕组联接(winding 1 connection)选择Delta(D11),线电压U1=220√3=380V;二次绕组联接( winding 1 connection)选择Y,线电压U2=100√3=173V,在要求不高时,变压器容量、互感等其他参数可以保持默认值不变
(3)同步变压器仿真参数设置:一次绕组联接(winding 1 connection)选择Delta(D11),线电压U1=380V;二次绕组联接(winding 2 connection)选择Y,线电压U2=10V,其他参数保持默认值。
(4)三相晶闸管整流器参数使用默认值。
(5)RLC负载仿真参数设置:R=10Ω。
(6)脉冲发生器仿真参数设置:频率50Hz,脉冲宽度取10°,选择双脉冲触发方式。
(7)控制角仿真参数设置:设置为0°、30°、60°等。
另外,仿真时间可以按需要设置,是任意的,时间长观察到的波形多,计算花费的时间也多。一般电阻负载2个电源周期后电路已进入稳态,电感负载因为电流有上升时间,仿真时间也需要长一些,本例设为0.6s。仿真算法采用ode23tb。
2.3 仿真结果及其分析
三相桥式全控整流电路的仿真结果如图3~图11所示。其中图3为三相输入电压仿真波形,图4~图7为负载为纯电阻情况下的输出电压和电流仿真波形,图8~图11为负载为阻感性负载情况下的仿真波形。仿真结果表明:当触发角α小于60°时,负载电压ud波形连续,阻感性负载情况与带电阻负载的情况十分相似,负载电流id波形不同,是因为阻感性负载由于电感的作用,波形更加平滑些,可以推知电感很大时近似一条水平线。当触发角α大于60°时,阻感性负载情况与带电阻负载的情况的ud不同,这是因为电感L的作用,阻感性负载ud波形会出现负的部分。
图7电阻性负载触发角为90°电压和电流仿真波形
图8阻感性负载触发角为0°电压和电流仿真波形
图9阻感性负载触发角为30°电压和电流仿真波形
3 结束语
全数字仿真 篇8
1. 全并联AT供电系统模型的建立
1.1 全并联AT供电系统
牵引网全并联AT供电系统从牵引变电所到接触网，是一个十分复杂的系统，架空线包括接触线、正馈线、加强线、保护线、吊玄和承力索，地面包含钢轨、大地，每隔一段距离的AT变压器等电气因素。线路分单线、复线以及站场咽喉等等。为简化系统，便于系统模型的建立，忽略了加强线与保护线，将承力索、吊弦与接触线等效为一条接触线T，将两条钢轨等效为一条线路N，并忽略AT变压器漏抗。同时，将牵引网视为空载。
1.2 AT模型
AT (Auto-Transformer）变压器的等值电路和单相双绕组变压器相同。AT变压器仿真模块采用Sim PowerSystems模块中的单相双绕组饱和变压器"Saturable Transformer"来实现，根据AT变压器的接线方式，将一次侧绕组和二次侧绕组的异名端连接在一点作为中间抽头接钢轨，其他两端的抽头作为接触线和正馈线的抽头。如图1-1。
1.3 牵引网复线模型
由于牵引网供电供电臂相对比较短，一般不会超过50km，因此每个供电臂的线路模型可以用串联阻抗矩阵和并联导纳矩阵的集中参数模型的π型模型来代替。其中串联阻抗矩阵包含导线的自电阻、自电感和导线之间的互阻、互感；并联导纳矩阵包含导线之间或者导线之间的电容和漏电阻。然而，由于每个供电区段比较短，并联导纳通常可以忽略不计。处于同一电压等级的所有的导线都可以用一根等值导线来代替，同时，假定地导线的电压为零，等值地导线可以忽略不计。从而复线牵引网系统就可以简化为上下行之间含有互感的等值模型。
根据上述的简化方法，结合Matlab中的线路模型，采用Sim PowerSystems中的“Series RLC Branch”模块和“Mutual Inductance”模块来分别表示导线的自电阻、自电感和导线之间的互阻、互感。利用这两个线路模型，根据简化的牵引网模型，建立的牵引网仿真模块内部结构如图1-2所示。六个输入、输出端子分别表示上行简化的牵引网T线、R线、F线和下行简化的牵引网T线、R线、F线。
1.4 短路模块
短路模块采用Sim PowerSystems里的“Breaker”模块, 利用常熟模块，通过matlab程序利用参数b1, 、b2、b3控制断路器（Breaker1～6）的开端来实现距牵引变电所不同距离的牵引网短路。短路时刻从0.05s开始。
1.5 牵引变压器
牵引变压器采用“Sim PowerSystem”中的“Linear Transformer”模块，变压器原本为目前牵引变电所普遍采用的220k V，副边分别有2, 3两个绕组，分别为左右两个供电臂供电，其模块及参数如图1-3所示。
综合上述各模块的建立，建立全并联AT牵引网模型如图1-4所示。短路阻抗测量模块位于牵引变电所副边牵引网馈线处，通过MATLAB的M语言编程在距牵引变电所不同距离点出作出各种短路故障仿真，通过模型对接触网的接触线（T）、正馈线（F）和钢轨（N）相互间短路进行仿真。
2. 牵引网短路仿真
根据某实际AT牵引网参数：L1=15 km, L2=12km, L3=15 km;
ZT=0.2314+j0.581;ZF=0.14+j0.740;ZR=0.
212+j0.555;ZFR=0.050+j0.315;ZTF=0.050+j0.403;ZTR=0.050+j0.311；其中L1为牵引变电所至第一个AT (AT1）的距离，L2、L3分别是AT1至AT2和AT2与AT3之间的距离。
通过短路仿真，得出牵引网分别在T-F短路、T-N短路、F-N短路故障下在牵引变电所馈线处测得短路阻抗曲线如图2-1所示。从图中可以看出牵引网接触线、正馈线、钢轨之间的短路阻抗曲线呈一系列的鞍形曲线，这与文献[2]中的理论计算是相符合的。
结论
(1）通过MATLAB/Simulink建立全并联AT供电系统模型，利用短路模块，测得牵引网短路故障的阻抗曲线，得到一系列的鞍行曲线，这与文献[2]中理论计算的结论相符，说明建立的系统模型基本正确。
(2）由于实际电气化铁道牵引供电系统是一个复杂的非线性系统，通过简化，将系统线性化，并忽略了AT的漏抗以及PW线等的影响，所以后续工作可以将系统模型更加细化，使仿真结果更加接近实际。
参考文献
[1]李群湛贺建闽编著.牵引供电系统分析[M].成都:西南交通大学出版社.2007.9.
[2]王继芳, 高仕斌.全并联AT供电牵引网短路故障分析[J].电气化铁道, 2005, (4) :20-23.
[3]薛定宇, 陈阳泉.基于MATLAB/simulink的系统仿真技术与应用[M」.北京:清华大学出版社, 2002.
全数字仿真 篇9
关键词：改革；实践教学；通信系统仿真；仿真软件
随着社会的进步和通信方面的快速发展，社会越来越需要更多的不仅有理论研究基础又有实践经验的通信人才。在通信系的本科教学中，学校不但非常重视学生的理论基础更加重视学生的实践能力的培养。《数字通信系统仿真设计》是专门为通信工程专业学生开始的一门综合类、实践类的课程设计。独立于理论教学，学生需要独立完成课程设计，仿真波形，分析结果，并写出实践体会。能够更深入的加强对课程的理解。要求学生完成数字通信系统、通信原理、数字信号处理等的理论教学后才进行本次课程设计。对于学生不仅能够巩固基础知识，更能提高他们的独立分析和解决问题的能力。锻炼应用所学知识完成设计任务。
针对通信工程专业本科实践教学计划的设定以及实践教学大纲的不断完善，《数字通信系统仿真设计》实践教学的改革要跟上当前通信类学生就业需要。结合本人多年实践教学经验，针对课程设置等方面问题，提出一些改革建议：
1 结合新的培养计划以及学生的掌握情况，学生可自主选择合适的仿真软件。学生学习的自主性更强，《数字通信系统仿真设计》实践教学主要是学生利用已学的MATLAB软件对基本的通信系统进行仿真。在之前的所学课程中，很多课程都是选修课程，学生可以根据自身爱好、所修学分情况以及难易程度选择所学课程。例如，MATLAB的基础教学中，部分班级选修人数不足一半，而有些班级学生大部分选择了Systemview软件学习的理论教学。在新的培养计划中，着重培养学生的设计和应变能力。学生自主选择自己熟悉的软件，对通信系统中的常规模型进行调制解调设计，模型的选择以及参数的选择都很重要。《数字通信系统仿真设计》实践教学学生可以根据选修课程的学习程度选择合适的软件进行模型的建立。重点是MATLAB软件和Systemview软件的学习和应用。有时间和精力的学生可以选择尝试两种软件设计，通过比较得到更好的设计方法，书写设计体会。根据学生的完成情况给出成绩，结合设计报告和操作情况给出优、良、中、及格等。实践证明，改革之后的实践教学方式更容易区分和掌握的设计能力，学生可以在软件应用能力方面有一定的提升，采用改革之后的实践教学形式，我们可以提高学生积极性与设计的主动性，能够使学生更好的进行理论知识与实践操作相结合，达到更好的实践教学效果。
2成绩的设定不唯一，更注重学生综合运用能力的提高。在原有的基础设计题目中增加综合设计类的题目，让有能力学生能够提高自己的设计过程，原有综合设计中基础性的太多，比如针对基本调制ASK，FSK，PSK的调制解调模型建立，学生无论采用什么仿真软件都很轻松的完成，内容简单，太过于基础。学生用时较短，成绩无法区分。而对于综合设计能力较强的学生很难在综合设计中提高自己的设计水平。这样的实践设计题目的设置，使学生能够由基础到综合设计，由简单到复杂的从简到难的过程。在综合设计中，提前一周布置设计要求和题目内容，学生可自行查阅文献资料，确定自己所选择的设计类的题目，在设计实践过程中逐一论证，得到更好的结果，写出设计改进方法。调动学生的自主学习积极性，合理选择题目内容，培养学生的独立完成设计的鞥努力和综合研究的创新能力，改革效果显著。
3综合多门课程，实现《数字通信系统仿真设计》实践教学改革。打破以前的课程的限制。结合多门课程的交叉融合，改革后的《数字通信系统仿真设计》实践教学内容要求学生在完成一些比如通信原理、数字通信系统、数字通信原理、数字信号处理等的必修课程后，能够综合应用在通信原理课程当中学到的基本的数字通信系统的模型的建立以及通过软件进行一下验证，使学生更加清楚的理解通信原理中学到的基本知识，巩固基础理论知识。根据选修课程所学，选择合适自己的仿真软件，建立多种综合设计类题目。提高学生分析问题解决问题的能力。老师参与辅导学生设计，鼓励学生不断尝试新的内容，一起分析并得到解决办法，做到真正的提高。通过改革，激发了学生对于《数字通信系统仿真设计》设计的兴趣，增强了教学效果，老师能够在实践中更能体会学生的需求以及学习的乐趣，收到了很好的教学效果。教师可通过实践教学中的指导工作更能体会学生的弱点，反过来调整理论教学内容，真正做到理论结合实践，教与学相辅相成。通过上述三点实践教学改革的建议，学生不仅能够在课堂上更深刻的理解所学知识，也能在以后的专业课程的学习中更能深刻体会其中的含义，对理论学习有了更深刻的理解，对通信原理中各种调试手段以及解调方法都有深刻的理解和直观的判断。通过以上改革，使学生对通信系统内容和相关知识有了更好的掌握，真正实现理论指导实践，实践又推动理论的发展和创新。通过学生深入学习和创新，帮助学生自己设计、调试的能力的提高，查阅文献能力的提高，为以后的工作就业、论文书写等都打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]余群，舒华.现代通信技术实验改革的探索[J].甘肃科技，2007，23（9）：252-253.
[2]刘艳.通信工程专业实验教学改革初探[J].实验室研究与探索，2000（6）：24-26.
全数字仿真 篇10
1.1 时钟发生电路
时钟发生电路一般可由石英晶体振荡电路和555定时器构成的多谐振荡器来构成, 本文采用石英晶体振荡电路, 该电路产生的时钟频率比较准确常用做数字电路的时钟信号。
1.2 分频器
本文采用10分频电路来实现, 用3个74LS90串联产生1/1 000分频, 获得需要的1 Hz秒脉冲信号。下面通过十分频电路为例说明分频电路的仿真, 首先创建十分频电路如图1所示。该电路有3个十进制计数器构成, 当U1计数到10时。QD产生输出脉冲, 其频率和输入信号频率相差10倍, 再通过输入到U2, U2的QD端输出脉冲频率比输出又减少10倍, 连到U3再降低10倍, 因此该电路最终可实现1/1 000分频。
1.3 计数器
整个计数器电路由秒计数器, 分计数器, 和时计数器串联而成。秒计数器和分计数器各由一个十进制计数器和一个六计数器串接组成, 形成2个六十进制计数器, 时计数器是由两个是进制计数器串接并通过反馈接成的24进制计数器。秒脉冲经过6级计数器, 分别得到“秒”个位, “秒”十位, “分”个位, “分”十位以及“时”个位, “时”十位的计时。由于上述计数器设计过程比较复杂, 受到条件限制, 为了使用方便, 直接利用Multisin7仿真软件直接构建一个60进制计数器和20进制计数器, 如图2、图3所示。
1.4 译码器
译码器是在数字组合逻辑电路设计中广泛使用的元件, 把一组二进制代码翻译成特定的信号。译码器分为数码 (通用) 译码器和显示译码器两种, 除了完成译码器功能外, 译码器还常常具有锁存, 三态选通等功能。数码译码器有3线—8线译码器, BCD码—十进制码译码器, 4线—16线译码器, BCD—锁存/7段译码/驱动器CC4511等等。本文的“时”显示由24进制计数器, 译码器和显示器构成;“分”、“秒”显示分别由60进制计数器, 译码器和显示器构成。通过译码器显示出时间。
2 Multis im7系列软件简介
Multisim7仿真软件的前身是EWB (ElectronicsWorkbench) , 创建电路选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕上元件库和仪器库中直接选取。电子电路的分析, 设计与仿真工作都可通过点击鼠标实现。Multisim7的元件库不仅提供了数千种电路元件供选用, 而且还提供了各种元器件的理想值。
Multisim7基本界面主要由菜单栏, 标准工具栏, 绘图工具栏, 使用中元件表、仿真开关、元件工具栏, 虚拟元件工具栏, 仪器工具栏、状态栏、电路工作区等项组成。
Multisim7系统软件基本仿真分析方法有4种, 分别是直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析。
3 基于Multis im7系统软件进行秒信号发生电路的仿真
3.1 秒信号发生电路具体介绍
数字钟一般都由振荡器, 分频器。译码器, 显示器等几部分组成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器, 秒信号送入计数器进行技术, 把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。
由第一章介绍时钟发生电路和分频器得知, 把时钟发生电路和分频器合在一起就能产生1 Hz的时钟脉冲信号, 如图4所示 (秒信号发生电路) 其中分频器生成了层次块电路, 采用逻辑分析仪来观察输出脉冲。因为1 Hz的时钟脉冲信号周期很长。激活电路后得到输出时钟信号, 测量其频率大约为1 Hz左右。
3.2 利用Multis im7仿真软件仿真出秒信号发生电路
图4所示是秒信号发生电路, 由于电路结构复杂化, 因此, 直接将时钟发生电路和分频器合在一起产生脉冲信号。
3.3 利用Multis im7仿真出时间校正电路
由于受条件限制, 该设计只是采用仿真平台, 假设当接通电源或计时出现误差时需要对数字钟进行校正。对“时”和“分”计时电路进行校正, 创建电路如图5所示, 左边是由RS触发器和开关组成的脉冲产生电路, 该电路能够消除机械开关的抖动, 右边通过两个开关J3和J4对“时”或“分”计数器进行校正。在不进行校正时, 开关设置如图5所示, 输出均为高电平, 当需要校正时, “时”计数器时, 把开关J3打开, 把开关J1来回抖动得到两路输出校正信号。
4 基于Multis im7数字钟的完整结构仿真图
数字钟是用数字集成电路构成并用数显示的一种现代计时器, 把各个部分电路连接起来, 并从指示元件库里把数码管与计数器相连, 就得到如图6所示总电路, 该电路中没有使用计时钟源, 由于仿真需要很长时间, 只是用一个函数发生器代替, 为观察进位情况可把时钟频率调高一些。
仿真步骤如下:启动仿真电路, 可观察到数字钟的秒位开始计时, 计数到60后复位为0, 并进位到分位将函数发生器输出接到图中X2的时钟输入端I01脚, 以观察分位进位是否正确。重新启动仿真, 同样可观察到分位显示数码管计数到60时进位到时位并复位为0将函数发生器输出接到图中X3的时钟输入端I01脚, 以观察时位进位是否正确, 启动仿真, 观察到时位显示数码管计数到24后复位为0。
由于受条件限制, 本章只是仿真出数字钟电路图, 以上三步只是说明该电路的计时和进位能符合设计, 从中证明设计正确性。
摘要：通过本次设计, 使我对模拟环境有了详细的了解, 它是通过方便, 直观形象的过程构建系统, 并提供了丰富的元器件资源, 强大的分析功能和可视化的体系结构是一个非常优秀, 强有力的EWB软件。
关键词：数字钟,Multisim7,仿真系统,秒脉冲
参考文献
[1]任为民.电子技术基础课程设计[M].中央广播电视大学出版社, 1997