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第4章 基于MATLAB的控制策略仿真
前面着重对PWM整流器的原理和控制策略作了理论分析，在本章中，将对所提及的策略进行仿真实验验证，证明理论分析的正确性。仿真是基于MATLAB/SIMULINK仿真软件进行建模和仿真[10-12]。
4.1 基于CRH1型机车两电平控制仿真
4.1.1 基于瞬态直接电流控制仿真
CRH1型动车组采用的脉冲整流器是两电平桥式整流电路。为了减少网侧输入电流的谐波，减少对电网的干扰，增大系统的容量，采用了二重化结构。
仿真参数设置如下：网侧电压uN?380V，频率为50Hz；网侧漏感LN?5mH；等效电阻RN?0.003???500V；中间直流环节支撑电容Cd?3.3mF；二次滤波电容（常可忽略）；中间直流环节电压给定值udcC2?3mF；二次滤波电感L2?0.84mH；负载电阻RL?15?；开关频率f?2500Hz。
根据瞬态直接电流控制的原理，搭建模型如图4-1所示，图4-2为Uab计算模块。
图4-1 两电平瞬态直接电流控制仿真框图
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图4-2 瞬态直接电流控制的Uab计算模块
当机车处于牵引工作状态时，整流器处于单位功率因数整流状态，其仿真波形如图4-3和4-4所示。其中4-3图为直流侧有二次滤波环节；4-4图无二次滤波环节。
(a) 阀侧输入电压和电流波形 (b) 阀侧输入电压和电流波形
(c) 网侧输入电压Uab波形 (d) 网侧输入电压Uab波形
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(e)直流侧电压Ud波形 (f) 直流侧电压Ud波形
(h) 直流侧电压放大图 (i) 直流侧电压放大图 图4-4 有二次滤波环节的仿真波形 图4-4 有二次滤波环节的仿真波形
由阀侧输入电压和电流的仿真波形可得出：网侧电压和网侧电流基本同相位，实现了PWM整流器的单位功率因数运行。
由中间直流环节的电压仿真波形可知，无滤波环节的的整流器动态响应较快，趋于稳态的时间更短。但输出的直流电压波动较大，有滤波环节的动态响应较慢，但是输出的直流电压波形脉动很小。因此，加入滤波环节使得直流电压质量提高。
4.1.2 基于预测直接电流控制仿真
根据第二章所提及的预测电流控制原理，4-6图为Uab的计算模块。搭建控制系统框图，如图4-5所示；仿真参数与瞬态直接电流控制相同。
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图4-5 两电平预测直接电流控制仿真框图
图4-6 预测直接电流控制的Uab计算模块
当机车处于牵引工作状态时，整流器处于单位功率因数整流状态，其仿真波形如图4-7和4-8所示。其中4-7图为直流侧有二次滤波环节；4-8图无二次滤波环节。
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（a）阀侧输入电压和电流波形 (b) 阀侧输入电压和电流波形
(c) 网侧输入电压Uab波形 (d) 网侧输入电压Uab波形
(e) 直流侧电压Ud波形 (f) 直流侧电压Ud波形