基于MULTISIM仿真软件的发电机励磁控制器设计
基于multisim开关电源的仿真设计
2.课题的来源及现状
2.1课题来源
本课题来源于科研，随着电力电子技术的发展，开关电源的研发越 来越被人们重视，在技术方面也有了更为深入的发展，这就要求我们及 时、准确地把握开关电源的相关知识和发展动向。
= 10A*(1-5V/10V”(100KHZ*30mV) =1667uF
故选取4个470 uF并联。
对输出和输入滤波电容主要关心的是流过这些电容的纹波电流。在这种
情况下纹波电流与电感上电流的交流分量是相同的。
7.闭环控制电路设计
功率开关损耗：(55.56W-50W)*0.5=2.78W
续流二极管损耗：(55.56W-50W)*0.5=2.78W
3•输入平均电流
输入平均电流：55.56W/10V =5.56A
估计峰值电流：10A*(100%+10%)=11A
4•滤波电感的设计(参数扫描法)
设计滤波电感应根据输出电压、输出电流和开关频率，并应首先选 定允许的电感电流最大纹波值。然后计算设计工作电感：
滤波电路设计（滤波电感设计和滤波电容的确定），开关器件及二极管的 设计，控制电路的设计等等。具体设计路线如下：
1•技术指标
输入电压：DC +10V
输出电压：DC +5V
最大输出电流：10A
输出电压纹波峰峰值：+30mV
输出精度：1%
2•“黑箱”预先估计
输出功率：5V*10A=50W(max)
输入功率：Pout/Nest= 50W/0.90=55.56W
4.设计方案及技术路线5
Multisim14电子系统仿真与设计第13章 Multisim14与PLC应用
13.3 梯形图编程元素（指令）
4. 继电器线圈。
（2） RELAY_COIL_NEGATED负逻
M2
辑关系（中间）继电器线圈
CR
RELAY_COL_NEGATED负逻辑关系（中间）继电器线圈一旦被激活， 与它有关联的关系（中间）触点都不改变状态。
双击该设备，系统弹出“RELAY_COIL_NEGATED”对话框，选择 “Value”选项卡，在“Coil Reference”填入M1，M的序号根据程序安排来 确定，M1代表关系（中间）继电器线圈的地址。
13.3 梯形图编程元素（指令）
4. 继电器线圈。
（3） RELAY_COIL_PULSE脉冲继
M2
P
电器线圈
双击该设备，弹出“RELAY_COIL_PULSE”对话框，选择“Value”选 项卡，在“Pulse Duration”文本框中输入100ms，用户自定义脉冲宽度为 100ms。
13.3 梯形图编程元素（指令）
可编程序控制器输出设备，在仿真时用于控制 外部对象，如电机、变频器、开关等。
地址默认值为200，与可编程控制器输入设备设 置相。
U4
5 Vdc
OUT1 OUT2 OUT3 OUT4 OUT5 OUT6 OUT7 OUT8
200
13.3 梯形图编程元素（指令）
3. 继电器触点。
（1） INPUT_CONTACT_NC是由输 入模块的继电器线圈控制的常闭触点
13.3 梯形图编程元素（指令）
4. 继电器线圈。
M1
（4） RESET_COIL重置继电器线圈
R
M1
RESET_COIL是非锁存型继电器线圈，用来重置定时器、计数器和设置 线圈。
基于multisim仿真电路的设计与分析
基于multisim仿真电路的设计与分析
Multisim是一种电路仿真软件，可用于设计、验证、测试电路、系统，以及进行以及抗干扰性分析。
多西姆允许用户模拟几乎所有类型的器件，从单个P型半导体到功率调制器，而且还可以快速分析仿真结果。
首先，用户可以使用Multisim设计和模拟他们需要的电路。
用户可以使用基于PCB 的图形用户界面来构建电路，并选择多种不同的器件进行模拟，还可以使用贴片微电子器件实现更精确的模拟效果。
其次，用户可以使用Multisim验证设计的电路，比如测量器件的电压和电流，计算电感和电容的时间常数，以及检测电路的故障和短路情况等等。
这可以帮助用户确保设计的电路是否按他们希望的方式正常运行，也可以帮助用户更好地理解复杂的电路结构与特性之间的关系。
最后，用户还可以利用Multisim对电路进行抗干扰性分析，测量系统的信号完整性和可靠性，以及对抗外界的干扰因素的敏感程度等等。
这对于确保电路和系统具有良好的可靠性和性能是至关重要的，这也是Multisim非常强大的一个特性。
总之，Multisim是一款全面功能强大的仿真软件，可用于设计、验证、测试电路和系统，以及对抗干扰性分析等等，它可以帮助用户找出电路存在的问题或弱点，确保系统具有良好的可靠性和性能。
基于simulink的发电机励磁系统整流单元的建模与仿真
基于simulink的发电机励磁系统整流单元的建模与仿真1、前言发电机的励磁系统是保证稳定的发电能力的关键组成部分。
整流单元是励磁系统的核心部件，它将交流电转换成稳定的直流电，为发电机励磁提供所需电能。
在此基础上，本文基于Simulink软件对发电机励磁系统的整流单元进行建模和仿真，以验证其工作可行性。
2、建模整流单元主要由桥式整流器和滤波器组成，其中桥式整流器将交流电转换成直流电，滤波器通过对直流电的滤波作用，使电源电压更加稳定。
在建模过程中，我们采用了经典的三相桥式整流器拓扑结构，如图1所示。
图1 三相桥式整流器电路图图1中，V1、V2和V3分别表示三相交流输入电压，D1、D2、D3、D4、D5和D6为六个二极管，用于将交流电转换成直流电。
VO为直流输出电压，L1、L2为平滑器电感，C1、C2为平滑器电容，用于滤波。
3、仿真在Simulink软件中建立基于上述电路结构的仿真模型，所示。
在仿真模型中，我们通过三相正弦波电压源模块来模拟输入的三相交流电压信号。
在整流器模块中，我们采用了开关模型来模拟三相桥式整流器和二极管，模拟电阻和电感则分别用电感模块和电容模块进行建模。
在滤波器模块中，我们采用了L-C滤波器的模型。
仿真结果如图3所示，其中红色曲线为输入电压，绿色曲线为输出电压。
由图可知，输入的交流电压被成功转换为直流电，并通过滤波器后得到了更加稳定的直流电输出。
4、结论本文通过Simulink软件对发电机励磁系统整流单元进行了建模和仿真。
仿真结果表明，利用三相桥式整流器及L-C滤波器构成的整流单元可以成功将三相交流电转换为直流电，并滤波得到更加稳定的直流电输出，为发电机励磁系统提供所需电能。
这对于保证发电机稳定输出电能具有重要作用，有利于电力系统的运行和调节。
同步发电机励磁控制的设计
目录目 录1 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2励磁控制系统的发展与研究现状 (1)1.2.1励磁功率单元的发展与研究现状 (1)1.2.2励磁控制方式的发展与研究现状 (2)1.3研究内容 (4)2 同步发电机励磁控制原理 (5)2.1 同步发电机基本原理方程 (5)2.1.1 同步电机基本结构 (5)2.1.2 同步电机方程列写基本条件 (5)2.1.3 同步电机基本方程 (7)2.2 同步发电机励磁控制基本原理 (8)2.3 同步发电机励磁系统模型 (11)2.4 本章小结 (14)3同步发电机模糊PID励磁控制器 (15)3.1同步发电机励磁系统的常规PID控制 (15)3.1.1常规PID控制原理 (15)3.1.2数字式PID控制器 (17)3.1.3PID控制器参数的整定 (18)3.2同步发电机励磁系统的模糊控制理论 (19)3.2.1模糊控制的发展和特点 (19)3.2.2模糊控制的基本原理和组成 (19)3.2.3模糊控制的结构分类 (20)3.3同步发电机励磁系统的模糊PID控制器的设计 (21)3.3.1模糊PID控制器的原理 (21)3.3.2模糊PID控制器的具体方案 (22)3.4本章小结 (26)4基于遗传算法优化的同步发电机模糊PID励磁控制器 (28)4.1遗传算法的概述 (28)4.1.1遗传算法的基本理念和发展 (28)4.1.2遗传算法的工作原理 (28)西安科技大学硕士学位论文4.2励磁系统遗传算法优化的模糊PID控制器设计 (30)4.2.1励磁控制优化算法的提出 (30)4.2.2适应度函数的选择 (31)4.2.3励磁控制优化算法的流程 (32)4.3本章小结 (33)5励磁控制系统仿真分析 (34)5.1常规PID励磁系统传递函数的仿真 (34)5.2遗传算法优化PID控制系统仿真 (35)5.2.1 优化算法的应用设计 (35)5.2.2 仿真验证 (37)5.3模糊PID励磁系统传递函数仿真 (39)5.3.1MATLAB模糊逻辑工具箱简介 (39)5.3.2模糊PID控制的具体设计 (39)5.3.3模糊PID控制系统仿真结果及分析 (43)5.4遗传算法优化的模糊PID励磁控制系统仿真 (44)5.4.1比例因子和量化因子的具体影响 (44)5.4.2优化算法的实现 (45)5.4.3仿真及结果分析 (47)5.5同步发电机励磁控制系统的仿真 (50)5.6本章小结 (53)6同步发电机励磁控制的硬件设计 (54)6.1励磁控制系统的总体设计 (54)6.2励磁系统模拟量采集模块设计 (55)6.2.1 采集模拟量的用途 (56)6.2.2 采样方法的选取 (56)6.2.3 采样数据的处理和计算 (56)6.2.4 采样电路的设计 (58)6.3励磁系统同步信号捕捉单元设计 (59)6.4励磁系统移相触发脉冲设计 (60)6.5励磁系统脉冲功率放大电路设计 (61)6.6励磁系统三相全控桥式整流电路设计 (62)6.7励磁系统开关量输入输出模块设计 (64)6.8本章小结 (64)7总结与展望 (65)7.1总结 (65)7.2展望 (65)致 谢 (66)参考文献 (67)1 绪论1.1研究背景及意义在如今的社会中，随着各项科技成果的层出不穷及人们对生活质量要求的不断提高，使得人类社会对能源的需求愈发增加。
基于multisim开关电源的仿真设计
KC017-1 2006 届毕业设计开题报告
题目基于multisim开关电源的仿真设计
专业电气工程及其自动化
姓名周大伟
班级0 2 电三
指导教师许泽刚
起止日期06.3.19-06.3.2
2006年03 月31日
（2）熟悉Multisim仿真软件；
（3）进行方案比较，确定简便、可行的方案。
（4）绘制BUCK主电路和控制电路，并完成闭环参数的设计；（5）采用参数扫描法设计滤波电感；
（6）采用Multisim仿真软件进行仿真设计；
（7）撰写毕业论文，准备答辩；
4.设计方案及其技术路线
4.1BUCK变换器设计
此设计分为BUCK主电路和闭环控制电路两部分的设计，且采用Multisim仿真软件进行仿真设计。
本开关电源设计采用Buck（降压）电路，Buck 变换器是最基本的PWM变换器主电路拓扑之一。
图1是BUCK 变换器电路。
图1 降压（Buck）变换器电路
主要的设计步骤为：主电路选型（Buck电路），“黑箱”计算，输出滤波电路设计（滤波电感设计和滤波电容的确定），开关器件及二极管的设计,控制电路的设计等等。
具体设计路线如下：
1.技术指标
输入电压：DC +10V
注：开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师的指导下，由学生填写，经导师签署意见及系部审核后生效。
基于multisim开关电源的仿真设计
KC017-1
２006 届毕业设计开题报告
题目基于ｍｕltisim开关电源的仿真设计
专业电气工程及其自动化
姓名周大伟
班级0 2 电三
指导教师许泽刚
起止日期06．3．19－06.3.2
２0０6年03 月31日
也就可以尽快解决。
减少投资，加快开发速度,大大减少了设计所需的时间。
３.2工作内容
（1）了解Buｃk变换器的设计方法;
（2）熟悉Mｕltiｓｉm仿真软件;
（3）进行方案比较,确定简便、可行的方案。
（4）绘制ＢUＣK主电路和控制电路,并完成闭环参数的设计;
（5）采用参数扫描法设计滤波电感；
（6）采用Multisim仿真软件进行仿真设计;
（7）撰写毕业论文，准备答辩;
4.设计方案及其技术路线
4．1BUＣK变换器设计
此设计分为BＵCK主电路和闭环控制电路两部分的设计,且采用M ｕｌtisim仿真软件进行仿真设计。
本开关电源设计采用Buck(降压）电路，Ｂuck 变换器是最基本的PWM变换器主电路拓扑之一。
图1是ＢU ＣK变换器电路。
图1降压(Buck)变换器电路
主要的设计步骤为：主电路选型(Buck电路）,“黑箱”计算,输出滤
注：开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一，此报告应在导师的指导下，由学生填写,经导师签署意见及系部审核后生效。
基于Multisim电子仿真软件的电路设计与研究
基于Multisim电子仿真软件的电路设计与研究黄荷英【摘要】Application of simulation system for measuring and verifying the electronic technologies can reform traditional design pattern, improve experiment efficiency, inspire and broaden developers' idea. The function and features of the software Multisim are introduced. In combination with the instances of electronic circuit. the concrete application of the software Multisim in design, simulation and analysis is described. The analysis demonstrates that the application of Multisim is favourable to innovation of the teaching contents and standards, and to cultivation of students' autonomous learning ability and the joy of learning. It also provs that the software Multisim is powerful in electronic circuit simulation.%应用仿真系统对电子技术方面进行测量和验证,可以改革传统设计模式,提高实验效率,启发和拓宽开发者的思路.在此通过介绍Multisim软件的功能、特点,并结合电子电路实例叙述其设计、仿真与分析的具体运用.通过分析证明其有利于创新课程教学内容与标准,有利于充分激发和培养学生自主学习能力及学习的乐趣,同时也说明Multisim 是一种功能强大的电子电路仿真软件.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)016【总页数】4页(P33-36)【关键词】电子设计自动化;电路设计;电子仿真;Multisim软件【作者】黄荷英【作者单位】浙江同济科技职业学院,浙江杭州 311231【正文语种】中文【中图分类】TN919-340 引言随着电子技术的发展，电子元器件的种类越来越多，集成度越来越高，所设计电路的复杂程度也相应提高，而电子产品的更新周期却越来越短，因此，传统的电子电路设计模式就会暴露出许多的局限性：经济与效率的局限性。
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基于MULTISIM仿真软件的发电机励磁控制器设计摘要：现代研发愈来愈多依赖仿真软件进行指导。
本文通过对技术要求进行了理论分析，并设计了一种发电机励磁控制器。
同时通过MULTISIM仿真软件对这种发电机励磁控制器进行了仿真模型搭建，整个仿真系统当中包含了各种保护控制，涵盖过压保护、欠压保护以及浪涌保护等功能。
最终利用仿真结果指导设计了实物控制器模型，成功与发电机进行了联合运行，验证了理论方案的合理性和准确性。
关键词：电路仿真;MULTISIM;发电机励磁控制器1.引言：在快速发展的今天，如何加速科研步伐，加强科研能力显得至关重要。
在以往，企业和科研机构通常通过硬件开发平台进行新产品的研制，这种方式要求研发人员利用现有器件搭建一个新产品的简易原型，然后再进行开发与调试。
现如今，这种开发方式因为其周期长、灵活性差、不易更改等缺点，已经越来越难以满足当今快速的开发节奏。
所以，各种电路仿真软件应运而出。
研发人员可以通过软件模拟实际电路的运行工况，并且实时调节电路结构和元件参数，极大地加速了研发进程。
目前，电路仿真软件种类繁多，使用场合多种多样。
其中，较为常用的有SIMULINK[1]、Saber[2]、Multisim[3]、Psim[4]、Pspice[5]等等。
本文则利用上述软件中的Multisim仿真工具进行了整个发电机励磁控制器的模型搭建和仿真调试验证。
并最终利用此仿真指导搭建出了实物模型，能够完成与发电机的联合运行任务。
2.发电机控制基本原理和要求本文需要控制的发电机为航空发电机。
主要给平台和机载设备提供能源供应，保障各种飞行条件下设备的电源供应。
整个发电机系统的控制原理如下图 1所示：图 1 发电机系统控制原理图从图中可以看到，交流发电机的输出电压经过整流后与发电机控制器相连，给控制器供给工作电压。
同时，发电机控制器检测发电机实际输出电压，并利用闭环反馈回路改变发电机的输出励磁电流，从而保持发电机能够保持稳定的输出电压。
在初始启动阶段，由于缺少励磁电流，发电机并没有电压输出。
所以在初始条件下，需要加入辅助激磁去激励发电机的电压输出，并且在发电机的输出电压能够自供控制器的正常工作时，撤掉辅助激磁，由发电机为控制器提供电源。
发电机的总体性能指标和需求具体见表 1所示：表 1 发电机总体性能指标额定电28V压额定功8kW率额定电285A流建压转1700r/min速额定转4500r/min-速6500r/min辅助激磁12VDC或28VDC调压精度±1.5V脉动电压≤1.5V过压切换动作值及延迟32±0.5V切换即可35±0.5V0.07-0.09s欠压切换动作值及延迟24±0.5V切换即可22±0.5V0.14-0.18s通过上述要求可以分析出，在主要的调理电路当中，应存在两路可控电路，在常用回路出现故障时候能够切换到备用回路。
并且在控制功能上，需要拥有过压保护、欠压保护以及浪涌保护等功能。
最后，还需要实时监测发电机的实际输出电压和电流。
3.发电机励磁控制器的设计3.1.主功率回路设计通常，此发电机的输出电压要高于其励磁电压。
考虑到励磁电压也来自于输出电压，所以选取常用的buck电路结构。
如图 2：图 2 控制器主功率回路继电器常开触点所对应的调压回路为备用调压回路。
并且在整个公用回路当中设置了一个开关管，用于在发生浪涌过压时，关断励磁输出，保护整个电路和电机。
此控制器要求在切换到备用回路后，即使电压已经恢复正常，仍然不能切换到常用回路，因为此时常用回路极大可能已经无法正常调压。
所以对继电器的线圈电压加入了两个三极管组成的自锁电路，一旦切入备用调压后，自锁电路能够保持继电器一直吸合，从而维持控制器在备用调压回路中工作。
3.2.调压控制电路设计调压回路中的MOS管需要利用PWM电压波形进行驱动控制。
本文采取的是常用的1525控制芯片。
1525是一种通用性很强的PWM控制芯片，在本文中，其外围电路如图 3所示：图 3 1525及其外接电路图中C7，R31组成了振荡器的充电回路，C7，R30组成了振荡器的放电回路，用以调节PWM波形的输出频率。
参考信号来自芯片自身的5V输出分压得到2.5V的电压。
考虑到Buck电路的闭环特性，利用芯片自带的反馈运放组成了2型补偿网络，增强了系统的稳定性和响应速度。
由于1525是双路输出，而且因为死区的存在，其单路输出最高占空比不会超过0.5。
在此控制器当中，1525只需控制一个开关管，所以将两路合并一起输出，此时最高占空比可接近1，提高了其利用率。
考虑到1525的驱动能力不足，在PWM输出侧还加入了三极管驱动电路。
4.MULTISIM仿真结果在MULTISIM中仿真搭建原理图与设计原理图基本相同。
但是考虑到MULTISIM仿真软件的运行特性，做了少许修改。
由于仿真软件会先进行直流稳态分析再在此基础上进行瞬态分析。
所以对于自锁电路，需要在三极管的集极并如一个初始电压为0V的电容，从而保证其在仿真初始时刻为截止状态。
如图 4所示：图 4 MULTISIM中自锁电路考虑到MULTISIM中没有1525的控制芯片，直接利用运放和PWM发生器进行了原理性搭建，如图所示，与1525相比，缺少了双路输出特性、软启动等特性。
但在原理验证上仍然存在参考价值。
如图 5所示：图 5 MULTISIM中Mosfet控制及驱动电路主回路中设置了两个人工控制开关，其中一个模拟辅助继电器。
只有在启动过程中提供辅助激磁，启动完成后断掉辅助激磁。
另一个模拟负载继电器，此开关闭合后代表电机带动负载，否则为空载运行。
最终可以看到，在辅助激磁接入后，发电机能够正常启动，并且断开辅助激磁后，系统仍然可以正常工作，电机稳定提供28V输出电压。
如图 6所示：图 6 辅助激磁启动波形在电路稳定工作时突加大负载，使得输出电压短时下降到保护值，能够发现其能够成功切换到备用调压电路，并且在发电机输出恢复正常后，仍然能保持在备用调压回路中工作。
如图 7所示：图 7 欠压检测调试波形为了测试过压保护是否正常，在仿真中直接利用辅助激磁端供给一个脉冲型的过压电压，能够看到系统也能够切换到备用调压电路。
与理论设计相符合，如图 8所示：图 8 过压检测调试波形5.试验与验证由于仿真系统已经验证了整个设计的正确性和完整性，所以直接以此为参考，制作了相应的实物模型。
在进行控制器的单板调试时，将直流电源加在辅助激磁端，励磁暂时接入阻性负载。
直流电源由0V逐步增加。
可以观察到，在直流电源增加到18V左右，控制电路的电源模块能够开始输出工作电压，1525芯片开始输出PWM波形。
此时由于输出电压不可控，等同于辅助电压，所以，PI调节器中的积分环节会一直累加误差值，使得开关管的驱动占空比迅速达到最大值。
如图 9所示：图 9 调压测试当直流电源增加到28V以上时，代表此时需要降低占空比，而由于输出电压为辅助电压缘故，调节器使得占空比迅速下降，直到降至0，开关管保持关断。
图 10为零启动测试波形。
辅助电源从0V逐渐增加到28V，然后再降低到24V以下。
可以发现在启动阶段并没有切换到备用调压，说明启动阶段的欠压保护屏蔽正常。
然后在启动后降低到24V以下，有备用切换信号，并且在调节辅助电源重新回到正常工作点后，备用切换信号仍然能够保持，表明自锁电路和欠压保护都正常工作。
图 10 欠压保护测试图 11为突加电源测试波形。
辅助电源直接升到28V，然后再逐渐增加到32V 以上并回调至28V。
可以发现，突加电源，电路工作仍然正常，在发生过压时，控制电路能够完成切换。
在电压回归正常后，备用切换信号仍然保持高电平，表明自锁电路和过压保护都正常工作。
图 11 过压保护测试电机与控制器的联合测试时，辅助激磁使用20V直流源。
在电机启动转速为1700转/分时，给予辅助激磁5秒钟再断开，控制器仍然能够正常工作。
表明电机的输出电压已经能够自供给控制电路。
然后再将发电机增加到额定转速4500转/分时，其输出电压仍然可以稳定在28V左右，代表控制器工作正常。
6.结论通过上述仿真和实验可以看出，实验的结果和仿真基本相同。
尤其是在原理上，仿真对实验有着极大的指导作用。
并且，相比于实物的搭建时间，仿真的搭建时间极短，测试灵活性更高，运作成本更低，还不用担心高压电路或短路等安全问题。
利用仿真软件进行电路设计，极快地加速了研发流程。
在今后的科研生产过程中，仿真软件也必将占据极大地科研地位。
7.参考文献[1]付秀伟, 付莉. SimPowerSystem电路仿真平台在开放实验室中的应用[J]. 吉林化工学院学报, 2018, 35(1): 28-32.[2]王伟基于Saber仿真的卫星电源电路分析与优化研究[D]. 天津大学, 2015.[3]王清亮, 刘青峰, 张锐. 基于Multisim的电路仿真设计研究[J]. 科技创新与应用, 2016, (20): 61-62[4]S Onoda, A Emadi. PSIM-based modeling of automotive power systems: conventional, electric, and hybrid electric vehicles[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2004, 53(2): 390-400.[5]张东辉, 严萍, 高迎慧, 等. Pspice电路仿真中变压器模型的使用[J].电气应用, 2007, 26(1): 21-26.[6]P Maya-Ortiz, G Espinosa-Perez. Output feedback excitationcontrol of synchronous generators[J]. International Journal ofRobust&Nonlinear Control, 2010, 14(9-10): 879-890.。