工廠供電系統(tǒng)仿真——三相半橋仿真和諧波分析【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　工廠供電系統(tǒng)仿真——三相半橋仿真和諧波分析</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 <

2、;/p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>

3、;　　隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，而同時(shí)由電力電子裝置帶來的諧波問題危害著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文通過對(duì)三相半橋可控整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載仿真來模擬工廠供電系統(tǒng)，設(shè)好電動(dòng)機(jī)的參數(shù)和供電電源的參數(shù)。在仿真的基礎(chǔ)上，對(duì)仿真波形進(jìn)行諧波分析，利用快速傅里葉計(jì)算出各諧波參數(shù)，并與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作比較。最后設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的GUI，用戶只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能清楚知道各個(gè)數(shù)據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵

4、詞：仿真，傅里葉計(jì)算，GUI</p><p>　　Electric power system simulation</p><p>　　——three-phase half-bridge rectifier circuit and harmonic analysis</p><p><b>　　Abstract</b></p>&

5、lt;p>　　With the development of prolificacy, people have become increasingly demanding power quality, while the harmonic problems which resulted from power electronic devices will endanger the power system security, st

6、ability and the economy operations. Based on simulation of the three-phase half-bridge rectifier circuit with DC motor load, after setting the parameters of DC motor load and power supply .On the basis of simulation, har

7、monic analysis of the simulation waveform, use Fourier to calculate th</p><p>　　Key Words : Simulation, Fourier, GUI</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………

8、………………………………Ⅲ</p><p>　　Abstract……………………………………………………………………………Ⅳ</p><p>　　引言…………………………………………………………………………………1</p><p>　　1 緒論………………………………………………………………………………2</p><p>　　1.1 電力系統(tǒng)

9、諧波…………………………………………………………….2</p><p>　　1.1.1 諧波的基本概念……………………………………………………2</p><p>　　1.1.2 電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因…………………………………………3</p><p>　　1.1.3 國(guó)家諧波標(biāo)準(zhǔn)………………………………………………………3</p><p>　

10、　2 MATLAB電力系統(tǒng)仿真簡(jiǎn)介…………………………………………………….4</p><p>　　2.1 MATLAB的特點(diǎn)……………………………………………………………4</p><p>　　2.2 Simulink 工具箱…………………………………………………………5</p><p>　　2.3 SimPowerSystems電力系統(tǒng)模塊庫(kù)…………………………

11、…………..5</p><p>　　3 三相半橋可控整流電路的仿真…………………………………………………6</p><p>　　3.1 三相半橋可控整流電路簡(jiǎn)介…………………………………………….6</p><p>　　3.2 整流電路對(duì)電網(wǎng)影響分析……………………………………………….6</p><p>　　3.3 實(shí)驗(yàn)仿真……………………

12、…………………………………………….7</p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置………………………………………7</p><p>　　3.3.1.1 主電路的建模和參數(shù)仿真………………………………….7</p><p>　　3.3.1.2 控制電路的建模和參數(shù)仿真……………………………….14</p><p>　　3.3.2

13、系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置………………………………………………14</p><p>　　3.3.3 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析………………………15</p><p>　　3.4 小結(jié)……………………………………………………………………….18</p><p>　　4 傅里葉分析……………………………………………………………………..19</p>&l

14、t;p>　　4.1 離散傅里葉諧波分析原理……………………………………………….19</p><p>　　4.2 采集數(shù)據(jù)………………………………………………………………….20</p><p>　　4.3 傅里葉分析……………………………………………………………….21</p><p>　　4.4 供電質(zhì)量分析…………………………………………………………….

15、22</p><p>　　4.5 小結(jié)……………………………………………………………………….24</p><p>　　5 GUI設(shè)計(jì)………………………………………………………………………….24</p><p>　　5.1 GUI設(shè)計(jì)…………………………………………………………………..24</p><p>　　5.1.1 GUI設(shè)計(jì)原則…

16、…………………………………………………….24</p><p>　　5.1.2 設(shè)計(jì)禁忌……………………………………………………………25</p><p>　　5.1.3 設(shè)計(jì)步驟…………………………………………………………..25</p><p>　　5.2 GUI實(shí)現(xiàn)…………………………………………………………………..26</p><p&g

17、t;　　5.2.1 組件的布局…………………………………………………………26</p><p>　　5.2.2 屬性的編輯………………………………………………………..26</p><p>　　5.2.3 回調(diào)函數(shù)…………………………………………………………..26</p><p>　　5.3 使用GUIDE創(chuàng)建GUI對(duì)象……………………………………………….26&

18、lt;/p><p>　　5.3.1 啟動(dòng)GUIDE………………………………………………………..26</p><p>　　5.3.2 添加控件組件……………………………………………………..27</p><p>　　5.3.3 設(shè)置控件組件的屬性………………………………………………28</p><p>　　5.3.4 編寫相應(yīng)的程序代碼……………

19、…………………………………29</p><p>　　5.3.5 運(yùn)行GUI對(duì)象……………………………………………………..29</p><p>　　5.4 小結(jié)……………………………………………………………………….30</p><p>　　結(jié)論………………………………………………………………………………..31</p><p>　　參考文獻(xiàn)

20、…………………………………………………………………………..32</p><p>　　致謝………………………………………………………………………………..33</p><p>　　附錄Ⅰ………………………………………………………………………………34</p><p>　　附錄Ⅱ………………………………………………………………………………35</p>&

21、lt;p>　　附錄Ⅲ………………………………………………………………………………36</p><p>　　附錄Ⅳ………………………………………………………………………………37</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　一個(gè)理想的電力系統(tǒng)是以單一恒定頻率與規(guī)定幅值的穩(wěn)定電壓供電的。但實(shí)際上，隨著微電子、電力電子、抗干擾

22、等技術(shù)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)及其設(shè)備日益朝著高電壓、大容量、系統(tǒng)化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。同時(shí)在實(shí)際的電網(wǎng)中，由于大量電力電子元件（大都是非線性的）的投入使用，使得電壓和電流已不再是固定頻率和幅值，而是含有一定的諧波波形。對(duì)電力系統(tǒng)造成了很大的危害。</p><p>　　諧波存在于電力系統(tǒng)已經(jīng)很多年了，國(guó)際上公認(rèn)的諧波含義是：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波的分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍?！?/p>

23、諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。諧波實(shí)際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。</p><p>　　當(dāng)前電力系統(tǒng)中諧波源是多種多樣的。主要有以下3種：</p><p>　　a)、鐵磁飽和型:各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器等,其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。</p><p>　　b)、電子開關(guān)型:主要為各種交直流換流裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶閘管

24、可控開關(guān)設(shè)備等,在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用,并正在蓬勃發(fā)展;在系統(tǒng)內(nèi)部,如直流輸電中的整流閥和逆變閥等。 </p><p>　　c)、電弧型:各種冶煉電弧爐在熔化期間以及交流電弧焊機(jī)在焊接期間,其電弧的點(diǎn)燃和劇烈變動(dòng)形成的高度非線性,使電流不規(guī)則的波動(dòng)?，F(xiàn)在為了競(jìng)爭(zhēng), 對(duì)電工設(shè)備傾向于采用在臨界情況下的設(shè)計(jì)。</p><p>　　同時(shí)，諧波的危害也是很

25、大的，主要有以下幾種：</p><p>　　a）引起串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振，放大諧波，造成危險(xiǎn)的過電壓或過電流。</p><p>　　b）產(chǎn)生諧波損耗，使發(fā)電、變電和用電設(shè)備效率降低</p><p>　　c）加速電氣設(shè)備絕緣老化，使其容易擊穿，從而縮短他們的使用壽命</p><p>　　d）使設(shè)備（電機(jī)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等）運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷_

26、操作</p><p>　　e）干擾通訊系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正確傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。</p><p>　　電力系統(tǒng)中的諧波的出現(xiàn)，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行是一種污染。它們降低了系統(tǒng)電壓正弦波形的質(zhì)量，不但嚴(yán)重地影響了電力系統(tǒng)自身，而且還危害用戶和四周的通信系統(tǒng)。因此對(duì)電力系統(tǒng)諧波的研究對(duì)于改善電能質(zhì)量，抑制和消除諧波具有十分重要的意義。</p><p>&

27、lt;b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1電力系統(tǒng)諧波</b></p><p>　　早在19世紀(jì)末，人們就發(fā)現(xiàn)了電壓、電流的波形畸變問題，并研究如何才能使畸變限制在可接受的范圍內(nèi)。在此，法國(guó)科學(xué)家傅里葉為諧波計(jì)算奠定了良好的基礎(chǔ)。而電力系統(tǒng)諧波問題的研究大約起源于20世紀(jì)五六十年代，當(dāng)時(shí)的研究主要是針對(duì)高壓直流輸電技術(shù)中變流器

28、引起的電力系統(tǒng)諧波問題。進(jìn)入70年代后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣泛應(yīng)用，諧波問題日趨嚴(yán)重，從而引起世界各國(guó)的高度重視。國(guó)際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少國(guó)家國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)和用電設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。</p><p>　　我國(guó)對(duì)諧波問題的研究起步較晚，吳競(jìng)昌、夏道止、張直平等人分別對(duì)我國(guó)的電力系統(tǒng)諧波問題進(jìn)行研究并著寫了一些著作。我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布了

29、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T14549－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，標(biāo)準(zhǔn)給出了公用電網(wǎng)諧波電壓、諧波電流的限制值。</p><p>　　1.1.1諧波的基本概念</p><p>　　國(guó)際上公認(rèn)的諧波含義是：“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。”</p><p>　　而我們自己國(guó)家也有標(biāo)準(zhǔn)，在中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，諧波的定義是：“諧波是

30、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”。 從定義中我們可以看到：</p><p>　　（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。諧波次數(shù)不能為非整數(shù)，因此也不能有非整數(shù)次諧波。</p><p>

31、　?。?）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（subharmonics)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

32、不是基波頻率的整數(shù)倍，所以本文不予討論。</p><p>　　1.1.2電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因</p><p>　　在電力系統(tǒng)中，通常是以正弦波方式進(jìn)行供電的，這不但給電力系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)帶來方便，而且使系統(tǒng)及用電設(shè)備的運(yùn)行處于最佳狀態(tài)。在理想的交流電供電系統(tǒng)中，三相交流電壓是平衡的，其方均根值和頻率都應(yīng)該是不變的，電壓和電流的波形為正弦無畸變，然而諧波的存在卻使電壓、電流的波形產(chǎn)生了畸變。

33、</p><p>　　諧波產(chǎn)生的原因是由諧波源造成的，當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時(shí)，設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變，由于負(fù)荷與電網(wǎng)相連，故諧波電流注入到電網(wǎng)中，這些設(shè)備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。當(dāng)前,電力系統(tǒng)的諧波源主要有三大類：（1）、鐵磁飽和型:各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器等,其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。（2）、電子開關(guān)型:主要為各種交直流換流裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶閘管可控

34、開關(guān)設(shè)備等,在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用,并正在蓬勃發(fā)展;在系統(tǒng)內(nèi)部,如直流輸電中的整流閥和逆變閥等。（3）、電弧型:各種冶煉電弧爐在熔化期間以及交流電弧焊機(jī)在焊接期間,其電弧的點(diǎn)燃和劇烈變動(dòng)形成的高度非線性,使電流不規(guī)則的波動(dòng)。</p><p>　　1.1.3國(guó)家諧波標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　我國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1454

35、9－93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，并于1994年3月1號(hào)開始實(shí)施。此標(biāo)準(zhǔn)給出了公用電網(wǎng)諧波電壓、諧波電流的限制值，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。表1-1是我國(guó)對(duì)110KV及以下公用電網(wǎng)所做的各諧波產(chǎn)生的電壓限值。</p><p>　　表1-1 各級(jí)電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的電壓限值</p><p>　　2 MATLAB電力系統(tǒng)仿真簡(jiǎn)介<

36、;/p><p>　　大家都知道電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真研究不能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬實(shí)現(xiàn)。所以我們必須要在一個(gè)模擬平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，MATLAB發(fā)揮了他的強(qiáng)大功能了。MATLAB是MathWorks公司于1984年推出的數(shù)學(xué)軟件，是一種用于科學(xué)工程計(jì)算的高效率的高級(jí)語言。MATLAB經(jīng)過幾十年的研究與不斷完善，現(xiàn)已成為國(guó)際上最流行的科學(xué)計(jì)算與工程計(jì)算軟件工具之一，現(xiàn)在的MATLAB已經(jīng)不僅僅是最初的“矩陣實(shí)驗(yàn)室”了，

37、它已發(fā)展成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的、全新的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語言，可以說它是“第四代”計(jì)算機(jī)語言。而這次設(shè)計(jì)主要在這個(gè)軟件中的電力系統(tǒng)工具箱(SimPowerSystems)中實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2.1 MATLAB的特點(diǎn)</p><p>　　MATLAB系統(tǒng)由MATLAB開發(fā)環(huán)境、MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、MATLAB語言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)和MATLAB應(yīng)用程序接口（API）五

38、大部分構(gòu)成。MATLAB R2007a除了提供便利的開發(fā)環(huán)境、提供強(qiáng)大的數(shù)學(xué)應(yīng)用功能、編程語言簡(jiǎn)易高效等功能外還添加了一些新的功能。例如：</p><p>　　a） 編輯器中增強(qiáng)了分隔符匹配，包括語言構(gòu)造如for、if和switch；瀏覽器搜索結(jié)果中也包括了演示。</p><p>　　b） 增加了新的inputParser類、新的assert函數(shù)、新的verLessThan函數(shù)；</

39、p><p>　　c） 支持多個(gè)線性代數(shù)和元素方式數(shù)值運(yùn)算的多線程計(jì)算、提升了Windows XP64位平臺(tái)的性能；</p><p>　　正是由于它的功能強(qiáng)大，使它獲得了對(duì)應(yīng)用學(xué)科的極強(qiáng)適應(yīng)力，并很快成為應(yīng)用學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)、仿真、教學(xué)乃至科技文字處理不可缺少的基礎(chǔ)軟件。</p><p>　　2.2 Simulink工具箱</p><p>　

40、　Simulink是MathWorks公司開發(fā)的又一個(gè)產(chǎn)生重大影響的軟件產(chǎn)品。它提供了嶄新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具。該軟件有兩個(gè)特別明顯的功能：simu（仿真）與link（鏈接）。也就是說，可以直接利用鼠標(biāo)在模型窗口中畫出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后再利用該軟件提供的功能來對(duì)控制系統(tǒng)直接進(jìn)行模擬。很明顯，這種做法使得一個(gè)原來很復(fù)雜的系統(tǒng)變得相當(dāng)容易輸入。Simulink更提供了一個(gè)很人性化的圖形用戶界面，那就是GUI，該模型由模塊

41、組成的框圖來表示，用戶建?？赏ㄟ^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。</p><p>　　2.3 SimPowerSy

42、stems電力系統(tǒng)模塊庫(kù)</p><p>　　SimPowerSystems庫(kù)是simulink下面的一個(gè)專用模塊庫(kù)，是在Simulink環(huán)境下進(jìn)行電力、電子系統(tǒng)建模和仿真的先進(jìn)工具。該庫(kù)為電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電、輸變電系統(tǒng)和配電計(jì)算提供了強(qiáng)有力的解決方法。它含有130多個(gè)模塊，分布在7個(gè)可用字庫(kù)中。這7個(gè)子庫(kù)分別為“應(yīng)用子庫(kù)”、“電源子庫(kù)”、“元件子庫(kù)”、“附加子庫(kù)”、“電機(jī)子庫(kù)”、“測(cè)量子庫(kù)”和“

43、電力電子子庫(kù)”。 在這7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，為電力研究者帶來了更大的便利。</p><p>　　3 三相半波可控整流電路的仿真</p><p>　　三相半波可控整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載仿真的系統(tǒng)主要由給定信號(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)等幾部分組成。</p><p>　

44、　三相半波可控整流電路帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載仿真主要使用Simulink中的SimPowerSystems工具箱，根據(jù)三相半波可控整流電路原理圖，建立好合適的仿真模型后，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)后輸出相關(guān)關(guān)信號(hào)波形。</p><p>　　3.1 三相半波可控整流電路簡(jiǎn)介</p><p>　　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)展來的大功率

45、6相、12相整流電路等幾類。單相可控整流電路可分為單相半波整流電路和單相全控整流電路兩類，這種電路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，只是適用負(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波可控整流電路和三相橋式全控整流電路兩類。其中最基本的是三相半波可控整流電路。三相半波可控整流電路只采用三個(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)。本次設(shè)計(jì)就是采用三相半波可控整流電路來模擬工

46、廠供電系統(tǒng)仿真。</p><p>　　三相半波可控整流電路中的3個(gè)晶閘管采用共陰極接法，即陽極分別接到a、b、c三相交流電源中，他們的陰極連接在一起。采用這種接法是因?yàn)樗麄儗?duì)應(yīng)的觸發(fā)電路有公共端，連線方便。</p><p>　　我們知道只要改變晶閘管觸發(fā)角的值，整流電路的工作情況也相應(yīng)的發(fā)生變化。那這觸發(fā)角的范圍有多大呢？我們通過研究電阻負(fù)載發(fā)現(xiàn)：若角持續(xù)增大，其整流電壓將越來越少，直至=

47、150°時(shí)，整流輸出電壓為零，所以角的移相范圍為0°~150°。此時(shí)，整流電壓平均值的計(jì)算也要分兩種情況：</p><p>　?。?）≦30°時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　當(dāng)=0時(shí)，Ud 最大，為Ud=1.17U2。</p><

48、;p>　　（2）﹥30°時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減少，此時(shí)有 </p><p><b>　?。?-2） </b></p><p>　　由于整流電路輸出電壓的波形是脈動(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，一般在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)平波電抗

49、器，保證整流電流的波形在較大范圍內(nèi)比較光滑。同時(shí)對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，過大的交流分量會(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。</p><p>　　3.2 整流電路對(duì)電網(wǎng)影響分析</p><p>　　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)部門應(yīng)用的整流裝置數(shù)量也在快速的增長(zhǎng)，同時(shí)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

50、大。</p><p>　　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。這里我要解釋下高次諧波是怎么產(chǎn)生？</p><p>　　其實(shí)高次諧波是在變流裝置的兩端產(chǎn)生的。而變流裝

51、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)果相互作用就在變流裝置的兩端產(chǎn)生了高次諧波了。</p><p>　　既然諧波的危害這么大，所以我們必須要找到擬制諧波的措施，現(xiàn)在抑制諧波措施大致有以下幾種方法：</p><p>　　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，其幅值也越來越小，能夠顯著減

52、少諧波的影響；</p><p>　　2）在整流裝置輸入端使用LC濾波器進(jìn)行濾波；</p><p><b>　　3）減小控制角。</b></p><p>　　隨著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)部門提高生產(chǎn)技術(shù)水平、改善生產(chǎn)過程和提高經(jīng)濟(jì)效益都有很大的作用。但是必須同時(shí)看到電網(wǎng)中諧波的含量也大大增加，造成了電力系統(tǒng)的污染嚴(yán)重。<

53、;/p><p><b>　　3.3 實(shí)驗(yàn)仿真</b></p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置</p><p>　　系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。</p><p>　　3.3.1.1 主電路的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　三相半波可控整流電路的主電路由三相

54、對(duì)稱交流電壓源、3個(gè)晶閘管、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、3個(gè)單獨(dú)脈沖觸發(fā)器、示波器等部分組成。</p><p>　?、?三相對(duì)稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　從電源模塊組中選取一個(gè)交流電壓源模塊，然后按住ctrl復(fù)制2個(gè)同樣的交流電壓模塊，這就是三相電源。并用模塊標(biāo)題名稱修改方法將模塊標(biāo)簽分別改為“VA”、“VB”、“VC”。最后在連接器模塊組中選取“Ground”元件，將三

55、個(gè)交流電壓源負(fù)極接地。</p><p>　　我們雙擊VA交流電壓源圖標(biāo)，打開電壓源參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在其參數(shù)設(shè)置中，峰值取220*sqrt（2）V，初相位設(shè)置成0°，頻率為50Hz，采樣時(shí)間設(shè)為0，測(cè)量框選測(cè)電壓。如圖3-1所示。VB、VC的交流電源參數(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VA相同，由此可得到三相對(duì)稱交流電源</p><p>

56、;　　圖3-1 VA電源參數(shù)設(shè)置</p><p>　?、?晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　從電力電子模塊組中選取“thyristor”模塊,按住ctrl復(fù)制2個(gè)相同的器件，然后雙擊該模塊，打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置如圖3-2所示。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Ron、Lon 、Vf、Ic、Rs、Cs應(yīng)取該裝置中晶閘管元件的實(shí)際

57、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。</p><p>　　圖3-2 晶閘管的參數(shù)設(shè)置</p><p>　?、?平波電抗器和電阻的建模和參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　從元

58、件模塊中選取“Series RLC Branch”模塊，將模塊標(biāo)簽改為“Z”，然后打開參數(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是通過仿真試驗(yàn)后得到的優(yōu)化參數(shù)。</p><p>　　圖3-3 平波電抗器的參數(shù)設(shè)置</p><p>　　④ 直流電動(dòng)機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　從電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模塊組中選取“DC Machine”模塊，直流電動(dòng)

59、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-”接經(jīng)平波電抗器和晶閘管整流橋輸出的直流電壓，電動(dòng)機(jī)經(jīng)TL端口接恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。</p><p>　　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。</p><p

60、>　　圖3-4 直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置</p><p>　?、?脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　從脈沖源模塊中選取“Pulse Generator”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“脈沖發(fā)生器”，這時(shí)按住ctrl復(fù)制2個(gè)相同的模塊。雙擊脈沖發(fā)生器，打開其參數(shù)設(shè)置，在我們看到有一欄“Phase delay”,此欄就是來表示晶閘管的觸發(fā)角。不過脈沖發(fā)生器中不能直接用角度來表示觸發(fā)角

61、，只能通過脈沖的延長(zhǎng)時(shí)間t表示，我們通過t=T/360°來轉(zhuǎn)換兩者之間的關(guān)系，此式中的T為脈沖發(fā)生器的脈沖周期，必須與交流電源的周期同步。本次設(shè)計(jì)采用=0°時(shí)，此時(shí)t通過公式可以求出為t=0.01/6。不過這只是VA相的脈沖觸發(fā)角度，為了使三相交流電源達(dá)到同步，VA、VB、VC相各相差120°。那就是VB相的t=0.05/6,VC相的t=0.09/6。設(shè)置同步電壓頻率為50Hz,脈沖寬度為50。具體參數(shù)設(shè)置

62、如圖3-5。 </p><p>　　圖3-5 脈沖發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置 </p><p>　?、?波形顯示模塊建模數(shù)設(shè)置</p><p>　　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，如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6

63、 波形顯示圖</p><p>　　雙擊“scope”模塊圖標(biāo)，打開示波器的波形顯示圖，在工具欄點(diǎn)擊，打開示波器參數(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。</p><p>　　圖3-7 示波器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　雙擊“Demux”模塊，打開參數(shù)對(duì)話框，如圖3-8所示。此模塊也可以根據(jù)波形數(shù)目多少進(jìn)行

64、設(shè)置。</p><p>　　圖3-8 Demux參數(shù)設(shè)置</p><p>　　雙擊“Multimeter”模塊，打開對(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。</p><p><b>　?、?其他附加模塊</b></p><p>　　如在電源側(cè)加電阻

65、，作為線路上的電阻，此電阻可以用來產(chǎn)生諧波。又如需要測(cè)量電源兩端的電壓，可以直接用電壓表連接示波器，就能觀察電壓波形。</p><p>　　圖3-9 萬用表參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3.3.1.2 控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　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)，那就是“Constant”模塊，它可以從輸入源模塊組中選取，然后雙擊該

66、模塊圖標(biāo)，打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，將參數(shù)設(shè)置為200N/m。這既是電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，通過改變它的值，可以影響著電動(dòng)機(jī)的電流。參數(shù)設(shè)置為200N/m是讓諧波在電源側(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，我們可通過仿真實(shí)踐，確定給定信號(hào)允許的變化范圍。</p><p>　　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所示的三相半橋可控整流電路帶直流

67、電動(dòng)機(jī)負(fù)載的仿真模型。</p><p>　　圖3-10 三相半橋可控整流電路仿真模型</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置</p><p>　　在MATLAB的模型窗口打開“Simulation”菜單，進(jìn)行“configuration Parameters”設(shè)置，如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11 仿真參數(shù)

68、設(shè)置</p><p>　　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)過程很慢，需要一段時(shí)間后才能在恒

69、定速度下轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　圖3-12 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框及參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3.3.3 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析</p><p>　　當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。在MATLAB的模型窗口點(diǎn)擊仿真按鈕，系統(tǒng)開始仿真，仿真結(jié)束后可輸出仿真結(jié)果。雙擊示波器，通過示波器模塊觀察仿真輸出波形，如圖3-13（a）、（b）、（c

70、）、（d）所示。</p><p>　　圖3-13（a） 點(diǎn)源電壓波形</p><p>　　圖3-13（b） A相晶閘管電壓波形</p><p>　　圖3-13（c） 電動(dòng)機(jī)電樞電流波形</p><p>　　圖3-13（d） 電動(dòng)機(jī)電樞電壓波形 </p><p>　　從圖3-13可以得出以下結(jié)論：</p>

71、<p>　?、?電動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩很大，因此電動(dòng)機(jī)電樞電流也很大，流經(jīng)平波電抗器的電流與電樞電流一樣大。由于平波電抗器對(duì)電流變化有抗拒作用，流經(jīng)電抗器的電流變化時(shí)，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它的極性是阻止電流變化的，當(dāng)電流增加時(shí)，它的極性阻止電流增加，當(dāng)電流減少時(shí)，它的極性反過來阻止電流減小。這使得流經(jīng)電抗器的電流不能發(fā)生突變。電阻上的電壓很小，是因?yàn)殡娮枳柚岛苄?，即使電流很大，也只有少許壓降，電壓幾乎全部加在電動(dòng)機(jī)的電樞繞組上

72、。</p><p>　　② 從觸發(fā)角時(shí)的情況可以總結(jié)出三相半橋可控整流電路的一些特點(diǎn)：三個(gè)晶閘管的共陰極連接方式使三者都有可能導(dǎo)通，但彼此之間有排他性，只能是誰的陽極電位高誰導(dǎo)通，由a、b、c三點(diǎn)的電位高低來決定。在一個(gè)周期中，三個(gè)晶閘管輪流導(dǎo)通，每管各導(dǎo)通120°。</p><p>　?、?由于負(fù)載是電動(dòng)機(jī)，而且加的輸入轉(zhuǎn)矩很大，因此，對(duì)電源側(cè)的電壓產(chǎn)生很大的影響，電壓波形中含

73、有諧波成分。</p><p><b>　　3.4 小結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)在系統(tǒng)建模的時(shí)候，分成主電路和控制電路2兩部分單獨(dú)設(shè)計(jì)。在對(duì)脈沖發(fā)生器、晶閘管、直流電動(dòng)機(jī)、平波電抗器等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)，應(yīng)遵循的原則是：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

74、。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，則通過仿真試驗(yàn)，不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。同時(shí)，在選仿真時(shí)間時(shí)，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，沒有一種仿真算法是萬能的。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。</p><p><b>　　4 傅立葉分析&

75、lt;/b></p><p>　　傅立葉分析作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，很好的影響著數(shù)學(xué)思想的發(fā)展，同時(shí)它也在信號(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)間快/慢的變化。從時(shí)間的角度來看，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。本文主要采用離散傅立葉變換。</p><p>　　4.1 離散傅立葉進(jìn)行諧波

76、分析原理</p><p>　　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。</p><p>　?。?-1） </p><p>　　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

77、可以表示為傅立葉級(jí)數(shù)的形式，通過變換能得到各次諧波的幅值、相位。</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中、—n次諧波電壓、電流的有效值；</p><p><b>　　—基波角速度；</b><

78、/p><p>　　、—n次諧波電壓、電流的初相角；</p><p>　　可見只要求出了、、、，就能求出第n次諧波的幅值和相位，從而使問題得到解決。</p><p>　　根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)理論，可以得到</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　（4-5）<

79、/b></p><p><b>　　（4-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　因</b></p><p><b>　　設(shè)、如下：</b></p><p><b>

80、　　（4-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　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</p><p><b>　　（4-10）</b></p><p><b>　?。?-11）</b>

81、</p><p><b>　　（4-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　由此可見，確定等的關(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</p><p><b>　?。?-14）</b></p>&

82、lt;p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　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</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b

83、>　?。?-17）</b></p><p><b>　　4.2 采集數(shù)據(jù)</b></p><p>　　MATLAB軟件中，采集數(shù)據(jù)是通過“workspace”實(shí)現(xiàn)，首先從元件模塊組中選取“to workspace”模塊，然后雙擊該圖標(biāo)，打開參數(shù)對(duì)話框，如圖4-1所示。再把“to workspace”模塊接到產(chǎn)生電源側(cè)的電壓波形上，如圖4-2所示。再

84、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，用于調(diào)用。</p><p>　　圖4-1 to workspace 參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖4-2 帶數(shù)據(jù)保存功能的三相半橋可控整流電路</p><p><b>　　4.3 傅立葉分析<

85、/b></p><p>　　我們仿真的周期是0.02s，仿真時(shí)間是10s，所以真真仿真有500個(gè)周期，這里我們?nèi)∽詈笠粋€(gè)周期。調(diào)用Workspace中保存的數(shù)據(jù)，編寫一個(gè)能對(duì)波形進(jìn)行傅立葉分析的程序用M文件將它保存起來，程序如附錄Ⅰ所示。運(yùn)行M文件，產(chǎn)生如圖4-3所示的波形。</p><p>　　圖4-3 一個(gè)周期的x(n)波形</p><p>　　我們?nèi)缓?/p>

86、對(duì)這些你收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉分析，運(yùn)行程序如附錄Ⅱ所示的M文件，運(yùn)行M文件，得到如圖4-4所示</p><p>　　圖4-5 DFT變換結(jié)果</p><p>　　4.4 供電質(zhì)量分析</p><p>　　國(guó)家有關(guān)部分對(duì)電力系統(tǒng)諧波畸變?cè)试S值和諧波源注入供電點(diǎn)的諧波電流值作定，對(duì)諧波源和供電點(diǎn)電壓或電流的諧波含量或畸變值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)新接入的諧波源負(fù)荷進(jìn)行必要的驗(yàn)算和管

87、理。以保證電能質(zhì)量以及電力系統(tǒng)和用戶設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，另一方面，電力用戶為保證自身設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，也應(yīng)當(dāng)把自己的用電設(shè)備差生的諧波畸變保持在規(guī)定的限度內(nèi)。對(duì)電力系統(tǒng)的污染必須由產(chǎn)生諧波污染的用戶采取措施，將其設(shè)備產(chǎn)生的諧波限制在規(guī)定值以下。因此，除了要求現(xiàn)有的諧波源用戶采取措施外，對(duì)新接入系統(tǒng)的打諧波源負(fù)荷必須經(jīng)供電部門進(jìn)行驗(yàn)算，確定其允許值和是否需要采取措施。供電部門在確定新接入用戶的諧波含量和畸變?cè)试S值時(shí)，除考慮系統(tǒng)中原有

88、的諧波含量外，還應(yīng)留有適當(dāng)裕度，為今后接入系統(tǒng)的新用戶考慮。</p><p>　　從仿真的結(jié)果跟傅里葉變換的圖形中，我們可以看出，這次仿真的基波的頻率為50Hz,幅值大約為311V。而我們檢測(cè)的波形中只有奇次諧波，從圖形中清楚地可以看出7次諧波的頻率為350Hz，幅值大約為16V。并通過公式計(jì)算得出7次諧波含量= ，然后根據(jù)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》來判斷諧波是否超出允許范圍。各級(jí)電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的電壓限值見表4-1。

89、</p><p>　　表4-1 各級(jí)電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的電壓限值</p><p>　　從表中看出，7次諧波的含量超出了電壓允許值。</p><p>　　為了形象的讓用戶了解諧波分量與標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比情況，我們?cè)傩陆ㄒ粋€(gè)M文件，編寫程序，程序如附錄Ⅲ所示。運(yùn)行該程序，得到如圖4-4所示的圖形。</p><p>　　圖4-4 諧波分量與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比情況<

90、/p><p><b>　　4.5 小結(jié)</b></p><p>　　傅里葉分析在諧波分析中占有很重的比例，本次設(shè)計(jì)通過仿真收集數(shù)據(jù)，并調(diào)出一個(gè)周期來看看有多少數(shù)據(jù)很一個(gè)周期的波形。最后編寫一個(gè)程序讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅里葉分析，最后讓它與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作比較。</p><p><b>　　5 GUI設(shè)計(jì)</b></p><

91、;p>　　圖形用戶界面（Graphical User Interface）簡(jiǎn)稱GUI，是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說明等對(duì)象構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。它是用戶和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交流的工具和方法。一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)秀的GUI能夠非常直觀地讓用戶知道如何操作MATLAB的界面。</p><p>　　GUI實(shí)際上是一套MATLAB工具集，它主要有六部分組成：版面設(shè)計(jì)工具、屬性編輯器、菜單編輯器、調(diào)整工具、對(duì)象瀏覽器、TAB次

92、序編輯器。且GUI的編程與M文件編程有很大的區(qū)別，它除了要編寫程序功能的內(nèi)核代碼外，還需要編寫前臺(tái)界面。它的前臺(tái)界面由一系列交互組件組成，如按鈕、單選框、文本框、標(biāo)簽文字、滑動(dòng)條等。只有把實(shí)現(xiàn)程序功能的內(nèi)核代碼和這些交互組件的鼠標(biāo)或鍵盤事件關(guān)聯(lián)起來，即通過設(shè)置這些交互組件的回調(diào)函數(shù)，才能完成特定交互事件下后臺(tái)程序完成的功能。</p><p><b>　　5.1 GUI設(shè)計(jì)</b></p

93、><p>　　一個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)秀的GUI在它設(shè)計(jì)程序前，首先必須考慮設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)和開發(fā)流程。開發(fā)前的思考、開發(fā)文檔的編輯對(duì)于理清編程者的思路、提高開發(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)出來的GUI也千差萬別。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。</p><p>　　5.1.1 GUI設(shè)計(jì)原則</p><p&

94、gt;<b>　　（1） 易用性</b></p><p>　　設(shè)計(jì)界面時(shí)，應(yīng)力求簡(jiǎn)潔、直接、清晰的反應(yīng)界面的功能和特征。界面設(shè)計(jì)應(yīng)滿足“寧可讓程序多干，不可讓用戶多干”的原則。對(duì)于一些相對(duì)固定的數(shù)據(jù)，不應(yīng)讓用戶頻頻輸入（特別是漢字），而應(yīng)讓用戶用鼠標(biāo)輕松選擇。</p><p>　　組件名稱應(yīng)該易懂，用詞準(zhǔn)確，屏棄模楞兩可的字眼，要與同一界面上的其它組件易于區(qū)分，能望文

95、知意最好。理想的情況是用戶不用查閱幫助就能知道該界面的功能并進(jìn)行相關(guān)的正確操作。界面的設(shè)計(jì)應(yīng)該對(duì)用戶透明。</p><p><b>　?。?） 統(tǒng)一性</b></p><p>　　在界面設(shè)計(jì)中應(yīng)該保持界面的統(tǒng)一性。統(tǒng)一性既包括使用標(biāo)準(zhǔn)的組件，也指使用相同的信息表現(xiàn)方法，如在字體、標(biāo)簽風(fēng)格、顏色、術(shù)語、顯示錯(cuò)誤信息等方面確保一致。最忌諱的是每換一個(gè)屏幕用戶就要換一套操作

96、命令與操作方法。</p><p><b>　　（3） 規(guī)范性</b></p><p>　　通常界面設(shè)計(jì)都按Windows界面的規(guī)范性來設(shè)計(jì)，即包括“菜單條、工具欄、按鈕、右鍵快捷菜單”（GUI設(shè)計(jì)）的標(biāo)準(zhǔn)格式，可以說：界面遵循規(guī)范化的程度越高，則易用性相應(yīng)就越好。</p><p><b>　?。?） 合理性</b><

97、/p><p>　　屏幕對(duì)角線相交的位置是用戶直視的地方，正上方四分之一處為易吸引用戶注意力的位置，在放置窗體時(shí)要注意利用這兩個(gè)位置。界面大小應(yīng)該適合美學(xué)觀點(diǎn)，感覺協(xié)調(diào)舒適，能在有效的范圍內(nèi)吸引用戶的注意力。</p><p>　　應(yīng)注意在一個(gè)窗口內(nèi)部所有組件的布局和信息組織的藝術(shù)性，使得用戶界面美觀。在一個(gè)窗口中按TAB鍵，移動(dòng)聚焦的順序不能雜亂無章，tab的順序是先從上至下，再?gòu)淖笾劣?。一屏?/p>

98、首先應(yīng)輸入的和重要信息的控件在TAB順序中應(yīng)當(dāng)靠前，位置也應(yīng)該放在窗口上較醒目的位置。布局力求簡(jiǎn)潔、有序、易于操作。</p><p>　　5.1.2 設(shè)計(jì)禁忌</p><p>　　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，在這里舉例說名一些GUI設(shè)計(jì)上的細(xì)節(jié)但卻是常見的錯(cuò)誤問題。</p><p><b>　?。?）頁面設(shè)置問題</b>

99、;</p><p>　　將復(fù)選框用作單選按鈕使用；無初始值的多選一設(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)前頁面中的重要信息；無意義的虛假進(jìn)度條等等。這些都是在GUI頁面設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)的錯(cuò)誤。</p><p><b>　?。?）功能實(shí)現(xiàn)問題</b></p><p>　　同一頁面

100、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)前無效的控件不充分置灰顯；取消按鈕無法真正取消操作：返回按鈕不能達(dá)到預(yù)期的目的；在同一個(gè)窗體上，命令按鈕超過六個(gè)；圖片按鈕對(duì)鼠標(biāo)按下操作沒有視覺上的變化等等。這些系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)上出錯(cuò)的問題，對(duì)于GUI的設(shè)計(jì)者來說是不能忽略的。</p><p>　?。?）面向用戶的顯示問題</p><p>　　顯示對(duì)用戶無意義的錯(cuò)誤提示；只顯示只讀數(shù)據(jù)

101、而無任何說明；要求用戶輸入隨機(jī)數(shù)據(jù)而無制約性提示；不考慮用戶可能的人為錯(cuò)誤輸入；不同類型的頁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。這些顯示問題會(huì)嚴(yán)重影響到用戶與系統(tǒng)交互的質(zhì)量。</p><p>　　5.1.3 GUI設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　為了高效率地開發(fā)一個(gè)GUI，必須按照一定的開發(fā)步驟，而不能“需要即添加”。具體步驟如下：</p><

102、;p>　　a）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)；</p><p>　　b）在紙上繪出界面草圖，并站在使用者的角度審查草圖；</p><p>　　c）按照構(gòu)思的草圖上機(jī)制作靜態(tài)界面，并檢查它；</p><p>　　d）編寫界面動(dòng)態(tài)功能的程序，對(duì)功能進(jìn)行逐項(xiàng)檢查</p><p>　　以上過程，僅僅是一般原則。在設(shè)計(jì)中，步驟之間也

103、許要交叉執(zhí)行或復(fù)合執(zhí)行。設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程不是一步到位，可能需要反復(fù)修改，才能獲得滿意的界面效果。建議先進(jìn)行界面布局編碼，后進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互功能的編碼。</p><p><b>　　5.2 GUI實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　GUI編程實(shí)現(xiàn)主要分為三大塊：組件的布局、屬性的編輯和回調(diào)函數(shù)的編輯。</p><p>　　5.2.1 組件的布局</

104、p><p>　　在GUI的版面設(shè)計(jì)區(qū)添加組件的方法其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要用鼠標(biāo)從組件面板里點(diǎn)擊并拖拉組件即可實(shí)現(xiàn)。而菜單的添加有專門的菜單編輯器來完成。完場(chǎng)組件的添加后，就可以使用GUI的特征工具調(diào)整組件的位置和使用TAB次序編輯器調(diào)整TAB次序已達(dá)到最優(yōu)化配置。布局完成。</p><p>　　5.2.2 屬性編輯</p><p>　　沒有編輯屬性前，一般組件的屬性值都是默認(rèn)

105、值。通過屬性編輯器可以更該當(dāng)前組件的屬性值。在菜單編輯器里可以更改菜單的一些屬性值。當(dāng)然，改變了組件一些屬性時(shí)，可能會(huì)影響到界面的版式和效果，這時(shí)還要回到組件的布局進(jìn)行優(yōu)化。</p><p>　　在完成上兩步后，GUI實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵還是在于回調(diào)函數(shù)的處理。沒有回調(diào)函數(shù)的界面就失去GUI設(shè)計(jì)的意義。</p><p>　　5.2.3 回調(diào)函數(shù)</p><p>　　選擇需要添

106、加回調(diào)函數(shù)的組件，點(diǎn)擊“View”的菜單項(xiàng)，進(jìn)入M文件編輯器環(huán)境。GUIDE會(huì)在GUI文件中添加一個(gè)子函數(shù)，對(duì)應(yīng)回調(diào)函數(shù)的編輯，用戶可以直接編輯期望的命令。</p><p>　　5.3 使用GUIDE創(chuàng)建GUI對(duì)象</p><p>　　5.3.1 啟動(dòng)GUIDE</p><p>　　在MATLAB的工作空間中輸入“guide”命令，出現(xiàn)了如圖5-1所示GUIDE模板

107、設(shè)計(jì)界面，Create new GUI 包含了四種初始化了的實(shí)際模板界面：Blank GUI(Default)創(chuàng)建一個(gè)空白的GUI；GUI with Uicontrols創(chuàng)建一個(gè)帶有控件組件的GUI；GUI with Axes and Menu創(chuàng)建一個(gè)帶有軸對(duì)象和菜單的GUI；Model Question Dialog 創(chuàng)建一個(gè)對(duì)話框。Open Existing GUI打開以前的GUI設(shè)計(jì)來編輯。這里我們選擇BlankGUI（空白模板）

108、，單擊OK。可以看到在輸出編輯器中打開一個(gè)新的GUI設(shè)計(jì)窗口，如圖5-2所示。它相當(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。</p><p>　　圖5-1 GUIDE模板設(shè)計(jì)版面</p><p>　　圖5-2 GUI設(shè)計(jì)窗口</p><p>　　5.3

109、.2 添加控件組件</p><p>　　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

110、）。</p><p>　　在GUI中添加各種控件，并把它們拖拉到設(shè)計(jì)區(qū)。本次設(shè)計(jì)要求在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，然后按照要求排列組合控件。排列好后的圖形界面如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 排列好的圖形界面</p><p>　　5.3.3 設(shè)置控件組件的屬性</p><p>　　下表列出了控

111、件組件的屬性值</p><p>　　表5-1 屬性值的修改</p><p>　　5.3.4 編寫相應(yīng)的程序代碼</p><p>　　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：</p><p>　　a）創(chuàng)建GUI M文件；</p><p>　　b）打開GUI M文件；</

112、p><p>　　c）在回調(diào)函數(shù)間共享數(shù)據(jù)；</p><p><b>　　d）識(shí)別回調(diào)函數(shù)。</b></p><p>　　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)