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双级式矩阵变换器是高阶的、多模态的、非线性的动态系统，提出应用2级开关状态函数建立其精确的数学模型。为了将模型中整流级和逆变级相乘的开关函数矩阵进行解耦，提出将整流级的输出电压波动看作逆变级闭环系统的环内扰动，将系统的建模简化成逆变级的建模分析。应用开关周期平均算子、坐标旋转变换、小信号扰动法，建立了系统逆变级的小信号动态数学模型，推导出从调制器输入到变换器输出的传递函数。应用PSIM软件验证了数学模型的合理性。