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“電力電子技術”是電氣及其相關專業的專業基礎課程之一。其教學環節一般由兩部分構成:理論教學和實驗教學。理論教學,其過程常借助大量的波形分析講解不同形式電能之間的轉換過程;實驗教學是提高學生對理論知識認識的重要的輔助教學環節。目前本校的實驗室資源短缺,設備較陳舊,所以利用虛擬實驗平臺對電力電子技術實驗進行仿真,可以彌補實驗設備的不足,且虛擬實驗平臺還可以用于理論教學中,增加學生的學習興趣[1]。目前各高校都在對電力電子技術課程仿真實驗平臺進行研究與開發。文獻2是應用Matlab仿真軟件進行實驗平臺開發,但是所設計的實驗平臺不能脫離Matlab的運行環境。文獻3應用Pspice電路仿真軟件,該軟件對元件的描述采用了物理模型,雖然比較準確,但是仿真運算工作量很大,仿真速度較慢,且不易學。文獻4應用Saber仿真軟件,但是需要學生熟練掌握Saber仿真技術。為了解決上述仿真平臺中的問題,本文采用vc與matlab混合編程的方法開發仿真實驗平臺,可脫離Matlab環境而單獨運行,并具有操作簡單、方便、占用內存空間小等特點。

1實驗平臺開發環境設置

利用Matlab環境下的Matlab編譯器,將MAT-LAB的程序文件“*.m”編譯為動態鏈接庫“*.dll”。具體分三步完成。

(1)設置Matlab編譯器的環境配置:

①由于Matlab的編譯器只能對M文件的函數形式進行編譯,所以如果原來的程序是腳本程序應改寫成函數形式[5];②鍵入命令選擇VC6.0作為編譯工具;③由于M文件中使用了圖形相關函數,因此采用如下命令編譯:mcc-p-Bsglcppfilename.m;④對m文件進行編譯。

(2)設置VC中的環境配置:

①用VC建立相應類型的工程,把由Matlab編譯得到的文件拷貝到工程所在目錄中。②選擇菜單Tools-Options-在屬性頁中選擇Directories-下拉框中選擇IncludeFiles,在其最后加入[6]:%MATLAB6.5%EXTERNINCLUDECPP%MATLAB6.5%EXTERNINCLUDE再在下拉框中選擇“LibraryFiles”,其中“%MATLAB6.5%”為Matlab的安裝路徑。③選擇菜單“Project-Settings-”屬性頁“Link-”下拉列表中選擇“Input”,在目標/庫模型的文本框中加入“libmmfile.liblibmatlb.liblibmx.liblib-ma.tliblibmatpm.libsg.lliblibmwsglm.liblibmwser-vices.lib”。④選擇C/C++屬性頁,在下拉列表中選擇“Preprocessor”,在“Preprocessordefinitions”中加入“MSVC,IBMPC,MSWIND”。再在下拉框中選擇“PrecompliedHeaders”,選中“Automaticuseofpre-compiledheaders”,在其中填入“stdafx.h”。⑤選擇菜單“Project-AddToProject-Files”把所有拷貝過來的cpp文件添加到當前工程中。

(3)設置的M文件運行所需配置:對于編譯且添加好的M文件,需要在MFC程序對話框類的OnInitDialog()函數中添加用來啟動和關閉對M文件的調用[7]。這樣,對MFC程序進行編譯后就可以調用相應的M文件了。

2實驗平臺

實驗平臺由主界面、各實驗界面兩大部分完成,所圖1所示。圖1實驗平臺結構圖

3實驗實例

以“三相橋式全控整流電路”實驗為例來說明仿真實驗的方法、過程及其系統特點。

3.1電路的數學模型

在各種電力電子路中的電力電子器件都可看作理想開關,其在開通時相當于導線可用電路理論分析和建立電路的方程。從而通過軟件編程實現對生成的電路的表矩陣方程進行求解,從而得到各支路的電流和電壓信息[7-9]。

3.2軟件平臺運行

用戶選擇“三相橋式全控整流電路”進入實驗,選擇相應選項可看到如圖2所示的實驗電路模型[10]。

圖2實驗電路模型

在熟悉實驗目的、實驗原理和實驗電路電路后,就可以開始實驗操作了。實驗內容窗口如圖3所示。該仿真實驗內容是根據圖2所示的實驗電路模型及要求的設計,具體操作和內容基本與實物實驗一致。在根據實驗電路模型進行連線的過程中,若連線錯誤則不能進行實驗的下一步。

圖3電路連接界面圖

在連線正確后,學生可對主電路參數和觸發控制電路的參數進行設定,如被測量參數、觸發角度等,相應的波形則可在右側窗口顯示出來,如圖4所示。待所有的實驗結果自動寫到實驗記錄表中去以后并保存輸出實驗報告。該實驗可作為學生實物實驗的預習和復習,將促進理論知識的深入理解和掌握并找出理論和實驗之間的聯系與區別。

圖4晶閘管兩端電壓仿真結果圖

4結束語

在虛擬實驗平臺上進行各個實驗的電路的參數和所得數據與在實驗臺測得數據比較基本一致。通過在本校07電氣工程及其自動化專業學生中對開發的實驗平臺進行測試,結果為其波形分析能力大大提高。其次,通過學生課下在實驗平臺進行實驗練縮短了在實驗臺實際操作的時間,提高了實驗設備的利用率,緩解實驗設備不足的壓力。