電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+文獻(xiàn)綜述+開(kāi)題報(bào)告】工廠供電系統(tǒng)仿真和諧波分析-三相全橋仿真和諧波分析 （20_ _屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)工廠供電系統(tǒng)仿真和諧波分析-三相全橋仿真和諧波分析摘 要隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的大容量可控硅整流設(shè)備、各種變流器和變頻器在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。這些非線性負(fù)載一方面向電網(wǎng)注入諧波電流,另一方面又是工廠供電系統(tǒng)中的終端用戶。這些諧波電流進(jìn)入國(guó)家電網(wǎng)，嚴(yán)重威脅著用電安全，并消耗大量電能。本文通過(guò)對(duì)三相橋式全控整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載的仿真，調(diào)整設(shè)定供電電源參數(shù)、直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)及其他相關(guān)參數(shù)后輸出有關(guān)信號(hào)波形。在仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行諧波分析，并利用傅立葉計(jì)算分析出各諧波的參數(shù)。最后設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的GUI（圖形用戶界面），用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入相關(guān)的參數(shù)，通過(guò)鼠標(biāo)選擇、激活這些對(duì)象，就可得到諧波的各個(gè)參數(shù)。 關(guān)鍵詞：諧波，仿真，傅立葉，GUIElectric power system simulation and harmonic analysis- three-phase full-bridge simulation and harmonic analysisAbstract With the continuous development of power electronic technology, more and more large capacity silicon-controlled rectifier equipment, various converter and inverter in industrial production has been widely used. These nonlinear load on the one hand to the grid infuse harmonic current, on the other hand is the end user factory power supply system. The state grid, the harmonic current into a serious threat to electric safety, and consume large amounts of electricity. This article through to three-phase bridge type all control with rectifier circuit for dc load simulation, adjust the power supply, the parameters, dc machines parameters and other related parameters related after output signal waveform. On the basis of simulation, harmonic analysis, and by using Fourier analysis parameters of the various harmonic. Finally design a simple GUI, users can through the keyboard input relevant parameters, through the mouse selection, activate these objects, can get harmonic various parameters.Keywords: harmonic，simulink，fourier，GUI目錄摘 要IIIAbstractIV1 緒論11.1 諧波的基本概念11.2 諧波產(chǎn)生的原因21.3 國(guó)家諧波標(biāo)準(zhǔn)22 MATLAB電力系統(tǒng)仿真簡(jiǎn)介42.1 MATLAB特點(diǎn)42.2 Simulink工具箱42.3 SimPowerSystems電力系統(tǒng)模塊庫(kù)53 工廠供電系統(tǒng)電路仿真63.1 三相橋式全控整流電路簡(jiǎn)介63.2 整流電路對(duì)電網(wǎng)的影響分析63.3 電路的仿真73.3.1 系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置73.3.2 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置143.3.3 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及分析153.3.4 小結(jié)174 傅立葉計(jì)算及分析184.1 利用離散傅立葉進(jìn)行諧波分析原理184.2 數(shù)據(jù)采集204.3 傅立葉分析214.4 供電質(zhì)量分析225 GUI設(shè)計(jì)235.1 GUI設(shè)計(jì)235.1.1 設(shè)計(jì)原則235.1.2 設(shè)計(jì)忌諱245.1.3 設(shè)計(jì)步驟255.2 使用GUIDE創(chuàng)建GUI對(duì)象255.2.1 啟動(dòng)GUIDE255.2.2 添加控件組件265.2.3 設(shè)置控件組件的屬性265.2.4 編寫(xiě)相應(yīng)的程序代碼275.2.5 運(yùn)行GUI對(duì)象285.3 小結(jié)29結(jié)論30參考文獻(xiàn)31致謝32附錄33附錄33附錄34附錄35附錄361 緒論“諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅立葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。 到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的大量論文。70年代以來(lái)，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國(guó)都對(duì)諧波問(wèn)題予以充分和關(guān)注。國(guó)際上召開(kāi)了多次有關(guān)諧波問(wèn)題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少國(guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。 我國(guó)對(duì)諧波問(wèn)題的研究起步較晚。吳競(jìng)昌1等人1988年出版的電力系統(tǒng)諧波一書(shū)是我國(guó)有關(guān)諧波問(wèn)題較有影響的著作。夏道止2等人1994年出版的高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波則對(duì)諧波分析和一只提出了一些優(yōu)化算法。而張直平62001年出版的城市電網(wǎng)諧波手冊(cè)則是一本內(nèi)容廣泛又結(jié)合實(shí)際的工具書(shū)。至于準(zhǔn)同步采樣算法12則是由戴先中首先提出，其后，準(zhǔn)同步采樣就被用于諧波測(cè)量。1.1諧波的基本概念國(guó)際上公認(rèn)的諧波1含義是：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波的分量，其頻率為基波頻率為基波頻率的整數(shù)倍?！痹谥腥A人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，諧波的定義是：“諧波是對(duì)周期性的交流量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，得到的頻率大于1的整數(shù)倍分量”。從定義中可以看到：（1）諧波次數(shù)必須是個(gè)正整數(shù)。例如我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率是50Hz，則n次諧波的頻率為n×50Hz，有些國(guó)家電力系統(tǒng)的額定頻率為60Hz，則其基波頻率為60Hz，n次諧波的頻率為n×60Hz。（2）間諧波、次諧波和分?jǐn)?shù)諧波不屬于以上定義的諧波范圍。按照IEC（International Electrotechnical Commission）有關(guān)文件中定義的間諧波（inter-harmonics）是指頻率不是基波頻率的整數(shù)倍的諧波分量；次諧波（sub-harmonics 為頻率低于基波頻率的間諧波；分?jǐn)?shù)次諧波（fractional-harmonics）則是指頻率不是基波頻率整數(shù)倍的分量。由于間諧波、次諧波和分?jǐn)?shù)諧波的頻率都不是基波頻率的整數(shù)倍，所以不應(yīng)列入諧波的范圍，本文將不討論這類諧波。1.2諧波產(chǎn)生的原因向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要的諧波源。電網(wǎng)中的諧波來(lái)自于3個(gè)方面：一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波（1-1）圖1-1三相整流裝置原理接線圖可見(jiàn)交流側(cè)電流含有諧波, 諧波次數(shù)為 6K±1 次, 各次諧波含有率為1/n。 電力系統(tǒng)所指的諧波是穩(wěn)態(tài)的工頻整數(shù)倍數(shù)的波形, 電網(wǎng)瞬時(shí)變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過(guò)壓、欠壓均不屬諧波范疇; 諧波與不是工頻整倍數(shù)的次諧波 頻率低于工頻基波頻率的分量 和分?jǐn)?shù)諧波 頻率非基波頻率整倍數(shù)的分?jǐn)?shù) 有定義上的區(qū)別。1.3國(guó)家諧波標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14549-93 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波是國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993年7月31日發(fā)布，1994年3月1日起實(shí)施的。制定諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的目的是把公用電網(wǎng)的諧波量控制在允許范圍內(nèi)，以保證供電電能質(zhì)量，防止諧波對(duì)電網(wǎng)和用戶的各種電氣設(shè)備造成危害，保證電網(wǎng)及用戶安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。標(biāo)準(zhǔn)適用的范圍是交流50Hz、110KV及以下的公用電網(wǎng)及其供電的電力用戶。對(duì)于220KV電網(wǎng)及其供電的電力用戶，可參照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)110KV電網(wǎng)的規(guī)定執(zhí)行。表1-1 各級(jí)電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的電壓限值2 MATLAB電力系統(tǒng)仿真簡(jiǎn)介MATLAB MATrix LABoratory,即矩陣實(shí)驗(yàn)室 是美國(guó)Mathworks公司1984年推出的高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件產(chǎn)品,歷經(jīng)20多年的發(fā)展與競(jìng)爭(zhēng),現(xiàn)已成為國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)秀的工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境。MATLAB 是一種數(shù)值計(jì)算型科技應(yīng)用軟件, 它集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理等于一體, 具有極高的編程效率, 而且還可方便地產(chǎn)生各種信號(hào), 進(jìn)行各種變換、統(tǒng)計(jì)。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,計(jì)算機(jī)已應(yīng)用到人類生活的各個(gè)方面。利用計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析, 是目前進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要方法。MATLAB 作為面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言, 由于其強(qiáng)大的功能, 已在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演著越來(lái)越重要的角色。電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真研究不能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬得以實(shí)現(xiàn)。但在判定一個(gè)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性時(shí)，都可以首先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真研究，它的突出優(yōu)點(diǎn)是可行、簡(jiǎn)便 、經(jīng)濟(jì)。2.1 MATLAB的特點(diǎn) Matlab是目前非常流行的具有很強(qiáng)科學(xué)計(jì)算和圖形界面的軟件系統(tǒng)，在工程技術(shù)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、MATLAB語(yǔ)言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應(yīng)用程序接口（API）五大部分構(gòu)成。使用Matlab軟件進(jìn)行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真，具有以下突出優(yōu)勢(shì)： 1 電力系統(tǒng)仿真工具箱（Simpower）功能強(qiáng)大，工具箱內(nèi)部的元件庫(kù)提供了經(jīng)常使用的各種電力元件數(shù)學(xué)模型，并且提供了可以自己編程的方式創(chuàng)建適合的元件模型。 2 強(qiáng)大的Matlab平臺(tái)。Matlab提供的信號(hào)處理工具箱（Signal Processing Toolbox）、數(shù)字信號(hào)處理模塊（DSP Block 、濾波器設(shè)計(jì)工具箱（Filter Design Toolbox）、小波分析工具箱（Wavelet Toolbox）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱（Neural Network Toolbox）,為經(jīng)過(guò)電力系統(tǒng)仿真后的數(shù)據(jù)提供了功能齊全的分析手段。 3 友好的界面。從電力系統(tǒng)仿真到數(shù)值計(jì)算、圖形處理，再到信號(hào)分析，Matlab提供的不僅僅是各類問(wèn)題的解決方案，更重要的是這些技術(shù)的使用變得尤為輕松簡(jiǎn)單。2.2 Simulink工具箱Simulink是一個(gè)交互式動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析圖形環(huán)境，可用于基于模型的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。Simulink它具有兩個(gè)顯著的功能：simu（仿真）與link（鏈接），可以針對(duì)控制系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等進(jìn)行系統(tǒng)建模、仿真和分析等工作。具有模塊化、可重載、可封裝，面向結(jié)構(gòu)圖編程及可視化等特點(diǎn)，可大大提高系統(tǒng)仿真和可靠性；同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)展了MATLAB的功能，可實(shí)現(xiàn)多工作環(huán)境間文件互用和數(shù)據(jù)交換。Simulink提供了友好的圖形用戶界面（GUI），模型由模塊組成的框圖來(lái)表示，用戶建?？赏ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單的單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)的動(dòng)作就能完成。Simulink的模塊庫(kù)為用戶提供了多種多樣的功能模塊，其中有連續(xù)系統(tǒng)（Continuous）、離散系統(tǒng)（Discrete）、非線性系統(tǒng)（Nonlinear）等幾類基本系統(tǒng)構(gòu)成的模塊，以及連接、運(yùn)算模塊。而輸入源模塊（Sources）和接收模塊（Sinks）則為模型仿真提供了信號(hào)源和結(jié)果輸出設(shè)備。2.3 SimPowerSystems電力系統(tǒng)模塊庫(kù)MATLAB中的電力系統(tǒng)模塊PSB Power System Blockset 是一種針對(duì)電氣系統(tǒng)的可視化建模與仿真工具,可用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)冗^(guò)程的仿真,電力系統(tǒng)模塊PSB在Simulink環(huán)境下使用,通過(guò)點(diǎn)擊和拖拉等操作,可以很快的構(gòu)建系統(tǒng)的仿真模型。 Matlab PSB 以Simulink 為運(yùn)行環(huán)境,涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)得仿真模型,它主要由6 個(gè)子模塊庫(kù)組成： 1 電源模塊庫(kù):包括直流電壓源、交流電壓源、交流電流源、可控電壓源、可控電流源等; 2 基本元件模塊庫(kù):包括串聯(lián) 并聯(lián) RLC/ 負(fù)載/ 支路、變壓器等; 3 電力電子模塊庫(kù): 包括二極管、晶閘管、GTO、MOSFET 和理想開(kāi)關(guān)等; 4 電機(jī)模塊庫(kù):包括勵(lì)磁裝置、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)等; 5 測(cè)量?jī)x器庫(kù):包括電流測(cè)量和電壓測(cè)量； 6 連接模塊庫(kù)。 在這6個(gè)基本模塊庫(kù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要還可以組合、封裝出常用的更為復(fù)雜的模塊，添加到所需模塊庫(kù)中去，為電力研究者帶來(lái)了更大的便利。3 工廠供電系統(tǒng)電路的仿真對(duì)三相橋式全控整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載進(jìn)行仿真主要使用SimPowerSystems工具箱，建立好合適的仿真模型后通過(guò)設(shè)定直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載的參數(shù)、供電電源參數(shù)以及相關(guān)參數(shù)后輸出有關(guān)信號(hào)波形序列。 對(duì)三相橋式全控整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載進(jìn)行仿真的系統(tǒng)由給定信號(hào)、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。3.1 三相橋式全控整流電路簡(jiǎn)介可控整流電路基本可分為單相可控整流電路、三相可控整流電路以及由此發(fā)展來(lái)的大功率6相、12相整流電路等幾類。單相可控整流電路只適用負(fù)載功率較小的場(chǎng)合，當(dāng)負(fù)載功率較大時(shí)，考慮到三相負(fù)載的平衡，應(yīng)采用三相可控整流電路。三相可控整流電路也分為三相半控整流電路和三相全控整流電路兩類。三相半控整流電路一般只采用三個(gè)晶閘管，只需要三套觸發(fā)電路，不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，因此在要求不高的場(chǎng)合中，可采用三相半控整流電路。本課題要求適應(yīng)負(fù)載的范圍比較寬，所以采用三相橋式全控整流電路。三相橋式全控整流電路是由一組共陰極的三相半波可控整流電路與一組共陽(yáng)極的三相半波可控整流電路串聯(lián)而成，控制角完全相同，在感性負(fù)載時(shí)有： 3-1 輸出整流電壓的波形是兩組半波整流電壓的波形疊加。通過(guò)改變晶閘管的控制角，可以獲得的直流電壓?？刂平堑母淖兎秶鸀椤Ｓ捎谡麟娐份敵鲭妷旱牟ㄐ问敲}動(dòng)的，所以輸出電流的波形也是脈動(dòng)的，可以看成一個(gè)恒定的直流分量和一個(gè)包含高頻成分的交流分量組合。因?yàn)樨?fù)載只需要直流分量，為了消除負(fù)載電流中的交流分量，應(yīng)在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，保證整流電流的波形在較大范圍內(nèi)比較光滑。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，過(guò)大的交流分量會(huì)使電機(jī)的換相惡化和損耗增大，因此應(yīng)該在直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器，使輸出電流的波形比較光滑。3.2 整流電路對(duì)電網(wǎng)影響分析隨著整流裝置容量的不斷增大和技術(shù)水平的不斷提高，各工業(yè)部門(mén)應(yīng)用的整流裝置數(shù)量的快速增長(zhǎng)，整流裝置對(duì)電網(wǎng)以及電網(wǎng)上的其他負(fù)載的危害也在不斷加大。在整流電路中，變壓器元件的電流在大多數(shù)情況下，即使在最理想的情況下也是一定形狀的方波或階梯波，電流的波形和幅值取決于整流電路的形式和負(fù)載電流的平均值，也與控制角有關(guān)，高次諧波電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，這個(gè)畸變的電壓波形會(huì)影響電網(wǎng)上的其他負(fù)載，因此必須予以處理。抑制諧波措施大致有一下幾種方法： 1 增加整流電路的相數(shù)，可知諧波中最低次的頻率在不斷增高，其幅值也越來(lái)越小，能夠顯著減少諧波的影響； 2 在整流裝置輸入端使用LC濾波器進(jìn)行濾波； 3 減小控制角。各種晶閘管和其他電力電子器件的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，對(duì)于各個(gè)工業(yè)部門(mén)提高生產(chǎn)技術(shù)水平、改善生產(chǎn)過(guò)程和提高經(jīng)濟(jì)效益都有很大的作用。但是必須同時(shí)看到，隨著各種電力電子設(shè)備應(yīng)用數(shù)量的不斷增大，電網(wǎng)中諧波的含量大大增加，造成了電力系統(tǒng)污染嚴(yán)重。變流裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性系數(shù)，交流側(cè)電流是變流裝置對(duì)直流電流進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果，直流側(cè)電壓是變流裝置對(duì)交流電壓進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果。兩個(gè)結(jié)果相互作用，變流裝置兩端的高次諧波就是在這種情況下產(chǎn)生的。3.3 電路仿真3.3.1 系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置 1 主電路的建模和參數(shù)設(shè)置三相橋式全控整流電路的主電路由三相對(duì)稱交流電壓源、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、同步6脈沖觸發(fā)器、示波器等部分組成。 三相對(duì)稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置首先從電源模塊組中選取三個(gè)交流電壓源模塊，并將模塊標(biāo)簽分別改為“Va”、“Vb”、“Vc”，即為A相、B相、C相，然后從連接器模塊組中選取“Ground”元件和“Bus Bar”元件進(jìn)行連接。雙擊A相交流電壓源圖標(biāo)，打開(kāi)電壓源參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在A相交流電源參數(shù)設(shè)置中，幅值取311.13V，初相位設(shè)置成0°，頻率為50Hz，其他為默認(rèn)值，如圖3-1所示。B、C相交流電源參數(shù)設(shè)置方法與A相基本相同，除了將初相位設(shè)置成互差120°外，其他參數(shù)與A相相同。由此可得到三相對(duì)稱交流電源。 圖3-1 A相電源參數(shù)的設(shè)置 晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電力電子模塊組中選取“Universal Bridge”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“晶閘管整流橋”，然后雙擊模塊圖標(biāo)，打開(kāi)SCR整流橋參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置如圖3-2所示。當(dāng)采用三相整流橋時(shí)，橋臂數(shù)取3，A、B、C三相交流電源接到整流橋的輸入端，電力電子元件選擇晶閘管。參數(shù)設(shè)置的原則如下，如果是針對(duì)某個(gè)具體的交流裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，對(duì)話框中的Rs、Cs、Ron、Lon、Vf應(yīng)取該裝置中晶閘管元件的實(shí)際值，如果是一般情況，不針對(duì)某個(gè)具體的變流裝置，這些參數(shù)可先取默認(rèn)值進(jìn)行仿真。若仿真結(jié)果理想，就可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù)，若仿真結(jié)果不理想，則通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。這一參數(shù)設(shè)置原則對(duì)其他環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置也是適用的。 圖3-2 晶閘管整流橋參數(shù)設(shè)置 平波電抗器和電阻的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從元件模塊中選取“Series RLC Branch”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“平波電抗器”，然后打開(kāi)平波電抗器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置如圖3-3所示，平波電抗器的電感值和電阻的阻值是通過(guò)仿真試驗(yàn)后得到的優(yōu)化參數(shù)。 圖3-3 電源內(nèi)阻參數(shù)設(shè)置 直流電動(dòng)機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模塊組中選取“DC Machine”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“直流電動(dòng)機(jī)”。直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組“F+F-”接直流恒定勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電源可以從電源模塊組中選取直流電壓源模塊，并將電壓參數(shù)設(shè)置為220V，電樞繞組“A+A-”經(jīng)平波電抗器和電阻接晶閘管整流橋的輸出，電動(dòng)機(jī)經(jīng)TL端口接恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置步驟如下，雙擊直流電動(dòng)機(jī)圖標(biāo)，打開(kāi)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)對(duì)話框，直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置如圖3-4所示。參數(shù)設(shè)置的原則與晶閘管整流橋相同。圖3-4 直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置 同步脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置。同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩部分。6脈沖觸發(fā)器可從附加控制子模塊組獲得。6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。輸入端Block為觸發(fā)器模塊的使能端，用與觸發(fā)器模塊的開(kāi)通與封鎖操作，觸發(fā)器開(kāi)關(guān)信號(hào)為“0”時(shí)，開(kāi)放觸發(fā)器，開(kāi)關(guān)信號(hào)為“1”時(shí)，封鎖觸發(fā)器?！癮lpha_deg”是移相控制角信號(hào)輸入端，單位為度（°）。該輸入端可與“常數(shù)”模塊相連，也可與控制系統(tǒng)中的控制器輸出端相連，從而對(duì)觸發(fā)脈沖進(jìn)行移相控制。輸入端AB、BC、CA是同步線電壓的輸入端，同步線電壓就是連到整流橋的三相交流電壓線電壓。本設(shè)計(jì)中的移相控制電壓觸發(fā)脈沖是從60°開(kāi)始的，因?yàn)橛|發(fā)脈沖要與三相交流電源的線電壓同步，必須將角度減去60°才能與三相交流電源的線電壓同步（Uct與Ua同相位，Uab相位落后Uct 60°）。同步6脈沖觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置對(duì)話框如圖3-5所示，在該例中設(shè)置同步電壓頻率為50Hz，脈沖寬度為10°。圖3-5 同步脈沖觸發(fā)器參數(shù)設(shè)置 波形顯示模塊建模數(shù)設(shè)置首先從電力電子模塊組中選取“scope” 模塊，“Demux” 模塊和“Multimeter”模塊，將它們連接起來(lái)，如圖3-6所示。 圖3-6 波形顯示模塊雙擊“scope”模塊圖標(biāo)，打開(kāi)示波器的波形顯示圖，在工具欄點(diǎn)擊，打開(kāi)示波器參數(shù)對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置如圖3-7所示。這里可以設(shè)置顯示波形數(shù)目，時(shí)間范圍等，根據(jù)自己的要求進(jìn)行修改。圖3-7 示波器參數(shù)設(shè)置雙擊“Demux”模塊，打開(kāi)參數(shù)對(duì)話框，如圖3-8所示。根據(jù)示波器顯示波形數(shù)目的多少進(jìn)行設(shè)置。圖3-8 Demux參數(shù)設(shè)置雙擊“Multimeter”模塊，打開(kāi)對(duì)話框，如圖3-9所示。電氣元件框中顯示可測(cè)量的電氣量，根據(jù)仿真的要求，把需要測(cè)量的量添加到右側(cè)的被選測(cè)量框中。 其他附加模塊如在電源側(cè)加電阻，作為線路上的電阻。電源兩端的電壓需用電壓表測(cè)量，電壓表直接接示波器，就能觀察電壓波形。圖3-9 萬(wàn)用表元件參數(shù)設(shè)置晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路只有一個(gè)給定環(huán)節(jié)，它可以輸入源模塊組中選取“Constant”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“給定信號(hào)”，然后雙擊該模塊圖標(biāo)，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，將參數(shù)設(shè)置為500N/m。參數(shù)為500 N/m，諧波在電源側(cè)的影響較明顯。實(shí)際調(diào)速時(shí)，給定信號(hào)是在一定范圍內(nèi)變化的，我們可通過(guò)仿真實(shí)踐，確定給定信號(hào)允許的變化范圍。將主電路和控制電路的仿真模型按照晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖的連接關(guān)系進(jìn)行模型連接，即可得圖3-10所示的三相橋式全控整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載的仿真模型。圖3-10 三相橋式全控整流電路仿真模型3.3.2 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置在MATLAB的模型窗口打開(kāi)“Simulation”菜單，進(jìn)行“configuration Parameters”設(shè)置，如圖3-11所示。圖3-11 仿真參數(shù)設(shè)置單擊“configuration Parameters”菜單后，得到仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置如圖3-12所示，仿真中選擇的算法為ode23。由于實(shí)際系統(tǒng)的多樣性，不同的系統(tǒng)需要采用不同的仿真算法，到底采用哪一種算法，可通過(guò)仿真實(shí)踐進(jìn)行比較選擇。仿真“Start time”一般設(shè)為0，“Stop time”根據(jù)實(shí)際情況而定，這里取10s，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程很慢，需要一段時(shí)間后才能在恒定速度下轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖3-12 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框3.3.3 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開(kāi)始進(jìn)行仿真。在MATLAB的模型窗口點(diǎn)擊仿真按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始仿真，仿真結(jié)束后可輸出仿真結(jié)果。雙擊示波器，通過(guò)示波器模塊觀察仿真輸出波形，如圖3-14（a）、（b）、（c）、（d）所示。圖3-13 a 三相電源電壓波形圖3-13 b 晶閘管電壓波形圖3-13 c 電動(dòng)機(jī)電樞電壓波形圖3-13 d 直流電動(dòng)機(jī)各參數(shù)波形從圖3-14可以得出以下結(jié)論： 從觸發(fā)角時(shí)的情況可以總結(jié)出三相橋式全控整流電路的一些特點(diǎn)：每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中1個(gè)晶閘管是共陰極組的，1個(gè)是共陽(yáng)極組的，且不能為同1相的晶閘管。導(dǎo)通順序?yàn)閂T1VT2VT3VT4VT5VT6，晶閘管導(dǎo)通時(shí)，它就不承受壓降。 6觸發(fā)脈沖按VT1VT2VT3VT4VT5VT6的順序，相位依次差60°；共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120°，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次相差120°。3.3.4 小結(jié)在系統(tǒng)建模時(shí)，將其分成主電路和控制電路兩部分分別進(jìn)行。在對(duì)晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)，如果針對(duì)某個(gè)具體的裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，則對(duì)話框中的有關(guān)參應(yīng)取該裝置的實(shí)際值；如果不針對(duì)某個(gè)具體裝置的一般情況，可先取這些裝置的參數(shù)默認(rèn)值進(jìn)行仿真。若仿真結(jié)果理想，可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù)；若仿真結(jié)果不理想，則通過(guò)仿真試驗(yàn)，不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。給定信號(hào)的變化范圍、調(diào)節(jié)器的參數(shù)等可調(diào)參數(shù)的設(shè)置，其一般方法是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。具體方法是分別設(shè)置這些參數(shù)的一個(gè)較大和較小值進(jìn)行仿真，弄清他們對(duì)系統(tǒng)性能影響的趨勢(shì)，據(jù)此逐步將參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。由于仿真時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況而定，以能夠仿真出完整的波形為前提。由于實(shí)際系統(tǒng)的多樣性，沒(méi)有一種仿真算法是萬(wàn)能的。不同的系統(tǒng)需要采用不同的仿真算法，到底采用那一種算法更好，這需要通過(guò)仿真實(shí)踐，從仿真能否進(jìn)行、仿真速度、仿真精度等方面進(jìn)行比較選擇。4 傅立葉計(jì)算及分析傅立葉分析在信號(hào)處理領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，顯示生活中大部分信號(hào)都包含多個(gè)不同頻率組件，這些信號(hào)組件頻率會(huì)隨著時(shí)間或快/或慢的變化。傅立葉系列和傅立葉變化是用來(lái)分析周期或者非周期信號(hào)的頻率特性的數(shù)學(xué)工具。從時(shí)間的角度來(lái)看，傅立葉分析包括連續(xù)時(shí)間和離散時(shí)間的傅立葉變換，總共有四種不同的傅立葉分析類型：連續(xù)時(shí)間的傅立葉系列、連續(xù)時(shí)間的傅立葉變換、離散時(shí)間的傅立葉變換和離散傅立葉變換/系列等。本文主要采用離散傅立葉變換。4.1 利用離散傅立葉進(jìn)行諧波分析原理在離散采樣的基礎(chǔ)上，利用傅立葉變換法計(jì)算各次諧波，是當(dāng)今電力系統(tǒng)中諧波分析最有效的方法之一。 4-1 當(dāng)電力系統(tǒng)的電壓和電流都含有n次諧波，且都是周期函數(shù)時(shí)，則電壓電流可表示為各次諧波分量的迭加。當(dāng)u t 和i t 滿足“狄利克雷條件”時(shí)，根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)收斂定理，電壓電流可以表示為傅立葉級(jí)數(shù)的形式，通過(guò)變換能得到各次諧波的幅值、相位如下: 4-2 4-3 式中、n次諧波電壓、電流的有效值； 基波角速度； 、n次諧波電壓、電流的初相角；可見(jiàn)只要求出了、，就能求出第n次諧波的幅值和相位，從而使問(wèn)題得到解決。根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)理論，可以得到 4-4 4-5 4-6 4-7 因,設(shè)U n 、I n 如下： 4-8 4-9 恰好這兩式就是u t 和i t 的傅立葉變換公式。根據(jù)等的傅立葉公式，可得 4-10 4-11 ' 4-12 4-13 由此可見(jiàn)，確定等得關(guān)鍵在于傅立葉變換的求解，求得、后，可求出各次諧波的有效值 4-14 4-15 由于計(jì)算機(jī)只能進(jìn)行離散的數(shù)值計(jì)算，因此對(duì)周期連續(xù)函數(shù)u t 在基波周期T內(nèi)進(jìn)行N點(diǎn)的等間隔同步采樣，得到電壓和電流的序列 u k ， i k ，其離散傅立葉變換 DFT 為 4-16 4-17 4.2 數(shù)據(jù)采集在Matlab中數(shù)據(jù)的處理都在workspace處理，to workspace模塊將仿真的數(shù)據(jù)與Matlab處理數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系，將仿真的數(shù)據(jù)傳到workspace中進(jìn)行處理。首先從元件模塊組中選取“to workspace”模塊，如圖4-1所示。然后雙擊該圖標(biāo)，打開(kāi)參數(shù)對(duì)話框，如圖4-2所示。再把“to workspace”模塊接到產(chǎn)生電源側(cè)的電壓波形上。再次運(yùn)行仿真模型，workspace界面中就產(chǎn)生了兩組數(shù)據(jù)，一組是時(shí)間的輸出（tout），還有一組是時(shí)間對(duì)應(yīng)的值的輸出（simout）。將這些數(shù)據(jù)保存起來(lái)，用于調(diào)用。 圖4-1 to workspace模塊然后雙擊該圖標(biāo)，打開(kāi)參數(shù)對(duì)話框，修改是否可以傳遞等參數(shù)選項(xiàng)，如圖4-2所示。 圖4-2 to workspace模塊參數(shù)設(shè)置4.3 傅立葉分析當(dāng)仿真結(jié)束后在workspace中自動(dòng)形成變量simout數(shù)據(jù)信息, 保存變量simout里的數(shù)據(jù)信息，將信息存儲(chǔ)成名為shuju的MAT-file文件以便傅立葉變換所需。編寫(xiě)一個(gè)程序用M文件保存，使其能利用此數(shù)據(jù)對(duì)simout的一個(gè)周期數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析，M文件程序如附錄所示。其輸出圖形如圖4-3所示。 圖4-3 simout變量的一個(gè)周期波形利用已保存的數(shù)據(jù)編寫(xiě)一個(gè)M文件對(duì)其快速傅里葉變換，其程序如附錄所示。波形如圖4-4所示。 圖4-4 simout快速傅立葉變換結(jié)果4.4 供電質(zhì)量分析從本次仿真過(guò)程中已知參數(shù)的情況下，從DFT變換結(jié)果 圖4-4 可知，基波為50HZ，幅值為275V。檢測(cè)波形中只含有奇次諧波，從圖形中得到如下結(jié)論：7次諧波的幅值大小為60V,其他基本為零。根據(jù)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波來(lái)判斷諧波是否超出允許范圍。表4-1各級(jí)電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的電壓限值7次諧波含量 從上式可知，7次諧波含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出允許值。新建一個(gè)M文件，編寫(xiě)程序，程序如附錄所示。運(yùn)行該程序，得到如圖4-5所示的圖形。該界面可以直觀的讓用戶了解諧波分量與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比情況。圖4-5 諧波分量與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比情況5 GUI設(shè)計(jì) GUI，英文全名Graphical User Interface,直譯為圖形用戶界面，它實(shí)際上是指這樣的程序：用戶可以在前臺(tái)界面中通過(guò)一系列鼠標(biāo)、鍵盤(pán)操作，指揮后臺(tái)程序?qū)崿F(xiàn)某些功能。這是一種大大提高程序易用性、交互性的計(jì)算機(jī)編程方法。 在MATLAB中，GUI編程和M文件編程相比，除了要編寫(xiě)程序功能的內(nèi)核代碼外，還需要編寫(xiě)前臺(tái)界面。MATLAB的圖形用戶界面程序的前臺(tái)界面由一系列交互組件組成，這包括按鈕、單選框、文本框、標(biāo)簽文字、滑動(dòng)條等。MATLAB把實(shí)現(xiàn)程序功能的內(nèi)核代碼和這些交互組件的鼠標(biāo)或鍵盤(pán)事件關(guān)聯(lián)起來(lái)，即通過(guò)設(shè)置這些交互組件的回調(diào)函數(shù)，來(lái)完成特定交互事件下后臺(tái)程序完成的功能。5.1 GUI設(shè)計(jì)在GUI設(shè)計(jì)程序前，首先考慮設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)前的思考、開(kāi)發(fā)文檔的編輯對(duì)于理清編程者的思路、提高開(kāi)發(fā)效率有十分重要的作用。這也是軟件工程思想所需要的基本要求。不同的要求，設(shè)計(jì)出來(lái)的GUI也千差萬(wàn)別。一個(gè)優(yōu)秀的界面基本上符合下面的標(biāo)準(zhǔn)：易用性、統(tǒng)一性、規(guī)范性和合理性。5.1.1 設(shè)計(jì)原則 1 關(guān)注用戶的需求，以用戶為主我們所要設(shè)計(jì)的界面是為用戶服務(wù)的，所以，界面需要去適應(yīng)用戶，而不是要用戶去適應(yīng)界面，被界面所控制。用戶扮演的是主動(dòng)角色，而不是被動(dòng)角色。用戶對(duì)于軟件的操作具有一定的目的和期待，這些應(yīng)該是GUI設(shè)計(jì)者需要抓住的重點(diǎn)，它是用戶與軟件產(chǎn)品進(jìn)行良好互動(dòng)的橋梁。如果設(shè)計(jì)者只關(guān)注軟件功能的添加而忽略了用戶的興趣和目的，有可能造成所增加的功能不能完全滿足用戶的需求，用戶很少甚至幾乎不使用這些功能的問(wèn)題。用戶需要軟件符合他們的職業(yè)思維方式、行為方式和任務(wù)需求，GUI的設(shè)計(jì)要盡可能的提供給用戶所熟悉的工作方式和任務(wù)結(jié)構(gòu)。 2 完成用戶所需要的所有功能 作為一個(gè)設(shè)計(jì)良好的GUI，最主要，也是最核心的目標(biāo)是能夠完成用戶所需要的所有功能，用戶通過(guò)界面操作就可以實(shí)現(xiàn)所需要功能，無(wú)論怎樣的界面優(yōu)化都需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行 。在滿足用戶功能需求的前提下，應(yīng)盡量提高系統(tǒng)對(duì)用戶操作的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)降低用戶操作的出錯(cuò)率，提高系統(tǒng)的容錯(cuò)率。用戶并不了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以最初通過(guò)GUI對(duì)軟件進(jìn)行的操作也幾乎完全是憑借自己的直覺(jué)與行為習(xí)慣來(lái)完成的。雖然有些軟件也會(huì)對(duì)用戶進(jìn)行操作培訓(xùn)并附加操作手冊(cè)，但對(duì)于培訓(xùn)學(xué)習(xí)的效果卻并不能保證。還應(yīng)該考慮到用戶對(duì)界面的探索興趣，從嘗試和錯(cuò)誤中進(jìn)行學(xué)習(xí)的情況。所以，這就需要GUI設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能用一些布局方式將用戶行為引導(dǎo)在一個(gè)正常操作的范圍內(nèi)，使他們遵守操作規(guī)范。即便是用戶出現(xiàn)了一些違規(guī)操作，系統(tǒng)也能及時(shí)的做出判斷并給予響應(yīng) ，顯示友好的提示信息，自動(dòng)做出容錯(cuò)處理 。 3 統(tǒng)一的界面語(yǔ)言，一致的界面風(fēng)格GUI設(shè)計(jì)者們發(fā)現(xiàn)，給用戶帶來(lái)操作的困難很大程度上是來(lái)源于系統(tǒng)操作和顯示的復(fù)雜性。所以，為了盡量避免這一問(wèn)題，保持界面與操作的一致性，將界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔化，避免復(fù)雜而過(guò)多的操作步驟，同時(shí)采用一些有助于記憶的設(shè)計(jì)方案 ，符合用戶的視覺(jué)期待和視覺(jué)過(guò)程。例如將重要信息的顯示設(shè)置在同一方位; 使用用戶所熟悉的詞匯;采用菜單和圖標(biāo)操作來(lái)代替使用鍵盤(pán)輸入命令的方式，使得用戶可以使用鼠標(biāo)操作這些圖形化符號(hào);界面結(jié)構(gòu)和菜單結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)一致;按鈕、圖標(biāo)功能與用戶直覺(jué)應(yīng)盡量保持一致等。這些都可以在很大程度上減少用戶的記憶負(fù)擔(dān)和認(rèn)知負(fù)擔(dān)，以及用戶對(duì)于系統(tǒng)的任務(wù)與操作之間的轉(zhuǎn)換負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可操作性。 4 屏蔽系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)的復(fù)雜性整個(gè)GUI設(shè)計(jì)要能集中用戶的注意力于自己的任務(wù)行動(dòng)中，讓用戶按照自己的個(gè)人行為對(duì)軟件進(jìn)行操作，而不必去考慮軟件系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作過(guò)程，不被系統(tǒng)的推理過(guò)程和行為過(guò)程分心，為用戶屏蔽掉系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。例如采用多窗口功能使用戶立即啟動(dòng)一個(gè)操作任務(wù)而不需要考慮整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前所處的任務(wù)狀態(tài).用戶的操作行為是受其思維動(dòng)機(jī)的牽引而隨時(shí)轉(zhuǎn)變的，但計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過(guò)程則不然，它只能從一種狀態(tài)連續(xù)的過(guò)度到另一種狀態(tài)，不能跳躍進(jìn)行。很多時(shí)候，用戶在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)總會(huì)顧慮到計(jì)算機(jī)的狀態(tài)是如何轉(zhuǎn)換的，以及一些計(jì)算機(jī)輔助操作是如何進(jìn)行的，致使用戶的操作行為受到限制。5.1.2 設(shè)計(jì)忌諱在GUI的設(shè)計(jì)規(guī)則中，不可不提到GUI設(shè)計(jì)的一些禁忌，在這里舉例說(shuō)名一些GUI設(shè)計(jì)上的細(xì)節(jié)但卻是常見(jiàn)的錯(cuò)誤問(wèn)題。 1 頁(yè)面設(shè)置問(wèn)題將復(fù)選框用作單選按鈕使用;無(wú)初始值的多選一設(shè)置;單選按鈕之間的間隔太大;屬性標(biāo)記對(duì)齊方式不一致;使用容易被忽略的圖片鏈接;需要向下滾動(dòng)才能看到當(dāng)前頁(yè)面中的重要信息;無(wú)意義的虛假進(jìn)度條等等。這些都是在GUI頁(yè)面設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)的錯(cuò)誤。 2 功能實(shí)現(xiàn)問(wèn)題同一頁(yè)面包含重復(fù)功能的鏈接或按鈕;窗口的標(biāo)題和調(diào)用的命令不一致;當(dāng)前無(wú)效的控件不充分置灰顯;取消按鈕無(wú)法真正取消操作:返回按鈕不能達(dá)到預(yù)期的目的;在同一個(gè)窗體上，命令按鈕超過(guò)六個(gè);圖片按鈕對(duì)鼠標(biāo)按下操作沒(méi)有視覺(jué)上的變化等等。這些系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)上出錯(cuò)的問(wèn)題，對(duì)于GUI的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是不能忽略的 。 3 面向用戶的顯示問(wèn)題顯示對(duì)用戶無(wú)意義的錯(cuò)誤提示;只顯示只讀數(shù)據(jù)而無(wú)任何說(shuō)明;要求用戶輸入隨機(jī)數(shù)據(jù)而無(wú)制約性提示;沒(méi)不考慮用戶可能的人為錯(cuò)誤輸入;不同類型的頁(yè)面窗口顯示相同的標(biāo)題;具有相似功能卻有不同顯示的用戶操作界面等等。這些顯示問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響到用戶與系統(tǒng)交互的質(zhì)量 。除上述的問(wèn)題之外，認(rèn)為漂亮的GUI就是好的GUI;忽略了GUI的易用性; 標(biāo)注不夠簡(jiǎn)潔，存在冗余的詞語(yǔ);整體設(shè)計(jì)過(guò)于花俏，失去了視覺(jué)平衡性，隔離了系統(tǒng)與用戶之間的互動(dòng)交流等等。作為GUI設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，這些容易被忽略的細(xì)節(jié)問(wèn)題也要盡量避免。5.1.3 設(shè)計(jì)步驟為了高效率地開(kāi)發(fā)一個(gè)GUI，必須按照一定的開(kāi)發(fā)步驟，而不能“需要即添加”。具體步驟如下： 1 分析界面所要求實(shí)現(xiàn)的主要功能，以明確設(shè)計(jì)任務(wù)。 2 在紙上繪出界面草圖，并站在使用者的角度審查草圖。 3 按照構(gòu)思的草圖上機(jī)制作靜態(tài)界面，并檢查它。 4 編寫(xiě)界面動(dòng)態(tài)功能的程序，對(duì)功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查。5.2 使用GUIDE創(chuàng)建GUI對(duì)象5.2.1 啟動(dòng)GUIDE首先，在MATLAB的工作空間中輸入“guide” 就可以進(jìn)入圖形用戶界面的導(dǎo)航菜單，打開(kāi)GUIDE Quick start，它有兩個(gè)選項(xiàng)，一個(gè)是Create New GUI， 一個(gè)是Open Existing GUI；在導(dǎo)航菜單中選擇Create New GUI里的Blank GUI，就可以進(jìn)入用戶界面的設(shè)計(jì)。如何是修改以前的模板的話，則進(jìn)入“Open Existing GUI”選項(xiàng)卡.這里我們選擇BlankGUI 空白模板 ，單擊OK，可以看到在輸出編輯器中打開(kāi)一個(gè)新的GUI設(shè)計(jì)窗口，如圖所示，我們進(jìn)入了GUI界面編輯系統(tǒng)。該界面與我們經(jīng)常看到的Windows面向?qū)ο蟮慕缑嬉粯?，它相?dāng)于GUIDE各種工具的一個(gè)控制面板。這個(gè)控制面板大體上可分為三個(gè)區(qū)域，即控件區(qū)、菜單區(qū)和繪圖區(qū)。單擊網(wǎng)格區(qū)域的右下角并進(jìn)行拖拉，可以改變用戶界面的大小。5.2.2 添加控件組件Matlab7版本的控件區(qū)共有13種不同類型的控件，比較常用的分別有 pusbbuton 按鈕 、radiobutton 單選框 、togglebutton 開(kāi)關(guān)按鍵 、checkbox 檢錄按鍵 、listbox 列表框 、popupmenu 彈出框 、slidcr 滾動(dòng)條 、 edit 可編輯文本框 、text 靜態(tài)文本框 、axes 平面坐標(biāo)圖 和panel 控件區(qū)域框 ?？赏ㄟ^(guò)拖曳的方式將這些控件在繪圖區(qū)生成。在GUI中添加各種控件，并把它們拖拉到設(shè)計(jì)區(qū)，然后在GUI中添加兩個(gè)坐標(biāo)軸、兩個(gè)彈出菜單、兩個(gè)按鈕、兩個(gè)檢錄按鈕，按照設(shè)計(jì)要求排列組合控件。如果控件具有相同的對(duì)象，可以用對(duì)齊工具將各控件對(duì)齊。排列好后的圖形界面如圖5-1所示。圖5-1 組件重新布局后的圖形5.2.3 設(shè)置控件組件的屬性下表列出了控件組件的屬性值：表5-1 屬性值的修改對(duì)象屬性名屬性值Popup MenuString黑色|紅色|綠色|藍(lán)色|青色|品紅色|黃色|白色實(shí)線|雙劃線|虛線|點(diǎn)劃線CheckboxString打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)顯示坐標(biāo)軸Value1PushbuttonStringX（n）的波形X（n）的DFT5.2.4 編寫(xiě)相應(yīng)的程序代碼在輸出編輯器中完成GUI的設(shè)計(jì)和屬性設(shè)置以后，下一步工作就是進(jìn)行編程。其主要內(nèi)容包括：a 創(chuàng)建GUI M文件；b 打開(kāi)GUI M文件；c 在回調(diào)函數(shù)間共享數(shù)據(jù)；d 識(shí)別回調(diào)函數(shù)第一次保存或運(yùn)行GUI時(shí)，GUIDE會(huì)生成一個(gè)函數(shù)式M文件，它包含每個(gè)控件通常要用到的回調(diào)函數(shù)的框架，以及一些初始化代碼，一個(gè)初始函數(shù)回調(diào)和一個(gè)輸出函數(shù)回調(diào)。在所有M文件中，初始化函數(shù)是首先調(diào)用的。一般用它進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化和控件默認(rèn)屬性設(shè)置。要使回調(diào)函數(shù)工作，必須在初始框架中添加代碼。通過(guò)將數(shù)據(jù)保存到MATLAB hanfles結(jié)構(gòu)中，可以實(shí)現(xiàn)回調(diào)間的數(shù)據(jù)共享。GUI中的所有控件使用同一個(gè)handles結(jié)構(gòu)。它會(huì)傳遞一個(gè)輸入變量給GUIDE生成的所有回調(diào)函數(shù)。GUIDE生成M文件以后，GUIDE將相同的名稱指定給FIG文件和M文件。一旦GUIDE創(chuàng)建了M文件，就可以通過(guò)在工具欄上的單擊M文件按鈕來(lái)打開(kāi)MATLAB編輯器。在編輯器中，可以通過(guò)單擊工具欄上的函數(shù)按鈕，然后在下拉式列表框中選擇目標(biāo)回調(diào)來(lái)將光標(biāo)移動(dòng)到指定的回調(diào)函數(shù)，如圖5-2所示。 圖5-2 在回調(diào)列表中選擇某個(gè)回調(diào)函數(shù)運(yùn)行GUI所需m程序如附錄M文件工具欄上的運(yùn)行按鈕，MATLAB會(huì)自動(dòng)調(diào)用前面步驟中編寫(xiě)的程序代碼.運(yùn)行結(jié)果如圖5-3所示。 圖5-3 GUI運(yùn)行結(jié)果改變彈出菜單中的顏色和線性，點(diǎn)擊其中一個(gè)按鈕，圖形的顏色和線性就會(huì)發(fā)生變化，不去點(diǎn)擊，圖形的顏色和線性就不會(huì)發(fā)生變化。5.3 小結(jié)本章所做的諧波的傅立葉分析系統(tǒng)是通過(guò)GUI中輸出控件開(kāi)發(fā)的，主要是通過(guò)GUIDE向?qū)?lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)分三部分，一是在GUI窗口上布局控件并設(shè)置GUI控件的屬性；二是GUI編程；三是諧波的傅立葉分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。結(jié)論MATLAB在提供強(qiáng)大的計(jì)算功能的同時(shí)，今年來(lái)還大力發(fā)展了面向?qū)ο蟮膱D形技術(shù)和GUI技術(shù)，使用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互式顯示。MATLAB的圖形繪制、圖形高級(jí)操作以及GUI這些方面的應(yīng)用日益普遍。使用MATLAB提供的圖形設(shè)計(jì)技術(shù)，用戶無(wú)須了解圖形實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)內(nèi)容，有時(shí)甚至只需幾個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)就可以繪制非常復(fù)雜的圖形。另外，用戶還可以根據(jù)需要來(lái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)MATLAB的圖形外觀，不斷調(diào)整完善，直至繪圖結(jié)果完全符合用戶要求?？傊肕ATLAB提供的GUI設(shè)計(jì)工具或編寫(xiě)程序，可以簡(jiǎn)單、便捷地設(shè)計(jì)出美觀、方便的菜單化和控制式的人機(jī)交互界面。本設(shè)計(jì)利用MATLAB的電力系統(tǒng)仿真元件庫(kù)中的眾多模型，建立了三相晶閘管全橋整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載仿真模型，仿真是本設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了非線性負(fù)荷下的波形畸變情況的仿真研究，分析了整流裝置的負(fù)載阻抗對(duì)電網(wǎng)電壓波形的影響，證實(shí)了非線性負(fù)荷中的參數(shù)是造成電網(wǎng)電壓畸變的重要因素。利用傅立葉分析計(jì)算了畸變波形的各諧波分量，對(duì)照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 145491993電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波是否超出允許范圍。最后設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的GUI，點(diǎn)擊一下界面中的按鈕就能馬上分析出電壓中諧波成分，用戶能夠一目了然的知道諧波的參數(shù)。參考文獻(xiàn)1 吳競(jìng)昌，孫樹(shù)勤，宋文南，曲濤.電力系統(tǒng)諧波M.水利電力出版社，1988.2 夏道止等.高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波M.水利電力出版社，1994. 3 王兆安等.電力電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.7:43-58.4 程浩忠等.電能質(zhì)量M.北京：清華大學(xué)出版社,2006.9:238-246.5 呂潤(rùn)馀.電力系統(tǒng)告辭諧波M.北京：中國(guó)電力出版社.1998.6 張直平.城市電網(wǎng)諧波手冊(cè)M.中國(guó)電力出版社，2001.7 吳天明,謝小竹,彭彬. 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