Simulink在電路系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用

1、課程論文首頁(yè)院、系（部）電子信息工程系專業(yè)電子信息工程班級(jí)092學(xué)號(hào)910706201姓名XXX任課教師XXX課程名稱計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)論文題目Simulink在電路系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用成績(jī)?cè)u(píng)語(yǔ) 簽字： 年 月 日復(fù)核人意見(jiàn) 簽字： 年 月 日Simulink在電路系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用XXX摘要：運(yùn)用Matlab提供的可視化仿真環(huán)境Simulink設(shè)計(jì)模塊圖的方法，通過(guò)建立電路的仿真模型來(lái)直觀地觀察電路中的電流、電壓和功率的波形。關(guān)鍵字： Matlab Simulink 電路仿真 1 背景簡(jiǎn)介 電路理論中，對(duì)電路的分析計(jì)算提出了各種方法。但要用這些方法計(jì)算一些較為復(fù)雜的電路，傳統(tǒng)的筆算方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且

2、容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，有必要引進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助分析。若用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫程序，對(duì)編程者的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)要求較高，而且這些語(yǔ)言的變量類型中沒(méi)有復(fù)數(shù)，使得操作者很難直接應(yīng)用。而利用Matlab的M文件求解電路方程，程序非常簡(jiǎn)潔，可讀性強(qiáng)，且計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。同時(shí)Matlab提供的Simulink工具可以直接建立電路的仿真模型，可以非常直觀地觀察電路中的電流、電壓和功率的波形，可以隨意改變仿真參數(shù)且立即得到修改后的仿真結(jié)果，進(jìn)一步省去了編程的步驟。2 原理簡(jiǎn)介在Matlab軟件的Simulink仿真工具中，電路仿真元件庫(kù)SimPowerSystems的內(nèi)部有基本連接件（Connec

3、tors）、電源（Electrical Sources）、基本元器件（Elements）、特別元件（Extra Library）、電機(jī)（Machines）、測(cè)量?jī)x表（Measurements）和電力電子（Power Electronics）7個(gè)子庫(kù)。下面分別介紹電路系統(tǒng)仿真中常用的電氣元件。2.1 電阻、電感和電容元件在Matlab軟件中，沒(méi)有獨(dú)立的電阻、電感和電容元件，三者是以復(fù)合元件的形式出現(xiàn)在基本元器件（Elements）子庫(kù)中，分別是并聯(lián)RLC支路、并聯(lián)RLC負(fù)載、串聯(lián)RLC支路和串聯(lián)RLC負(fù)載4種形式，如圖1所示。通過(guò)設(shè)置RLC串聯(lián)支路和RLC并聯(lián)支路的參數(shù)可以獲得獨(dú)立電阻、電感和電

4、容，具體參數(shù)設(shè)置如表1所示。 圖1 RLC復(fù)合元件的四種形式 表一 獨(dú)立電阻、電感和電容參數(shù)設(shè)置MATLAB庫(kù)元件RLC串聯(lián)支路RLC并聯(lián)支路獲得的獨(dú)立元件電阻參數(shù)設(shè)置電感參數(shù)設(shè)置電容參數(shù)設(shè)置電阻參數(shù)設(shè)置電感參數(shù)設(shè)置電容參數(shù)設(shè)置獨(dú)立電阻R0infRinf0獨(dú)立電感0LinfinfL0獨(dú)立電容00CinfinfC2.2 電源元件在電源子庫(kù)中有三相可編程電壓源、三相電源、交流電流源、交流電壓源、受控電流源、受控電壓源和直流電壓源7個(gè)電源模塊，如圖2所示。 圖2 電源子庫(kù)在電源子庫(kù)中，沒(méi)有提供直流電流源，在實(shí)際仿真應(yīng)用中，可利用以下兩種方法實(shí)現(xiàn)：(1) 使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的常數(shù)模塊和受控電流源參數(shù)的合理設(shè)

5、置來(lái)代替直流電流源。(2) 使用交流電流源，把其頻率設(shè)為0，相位設(shè)為90，即可作為直流電流源。2.3 測(cè)量元件在測(cè)量元件子庫(kù)中有電流表（Current Measurement）、電壓表（Voltage Measurement）、阻抗表（Impedance Measurement）、萬(wàn)用表（Multimeter）以及三相電源伏安特性表（Three-Phase V-I Measurement）5種測(cè)量模塊，如圖3所示。 圖3 測(cè)量子庫(kù)2.4 網(wǎng)孔電流法網(wǎng)孔電流是一個(gè)假象沿著各自網(wǎng)孔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的電流。網(wǎng)孔電流法是以網(wǎng)孔電流作為電路的變量，利用基爾霍夫電壓定律列寫網(wǎng)孔電壓方程，進(jìn)行網(wǎng)孔電流的求解，即網(wǎng)

6、孔電流法是對(duì)各個(gè)網(wǎng)孔列寫KVL方程。3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和過(guò)程如圖4（a）所示電路，已知，求和。 圖4（a）電路原圖 圖4（b）網(wǎng)孔電流法電路圖3.1 理論分析 應(yīng)用網(wǎng)孔電流法計(jì)算和的理論值，可假定兩個(gè)網(wǎng)孔的網(wǎng)孔電流分別為和，如圖4（b）所示?？傻萌缦路匠蹋?又支路電流可由網(wǎng)孔電流和來(lái)表示，故，根據(jù)KVL定理可得：，解得。3.2 實(shí)驗(yàn)仿真3.2.1 仿真電路的建立與連接在Simulink仿真環(huán)境下新建一個(gè)Model窗口，分別從SimPowerSystems子庫(kù)Elements中找到串聯(lián)RLC支路、Electrical Sources中找到交流電流源和直流電壓源、Measurements中找到電流表和電

7、壓表以及Sinks庫(kù)中找到Scope模塊，并用鼠標(biāo)將它們拖到Model窗口，并按照電路圖進(jìn)行布局，同時(shí)根據(jù)實(shí)際電路連接關(guān)系以及仿真需要進(jìn)行各元件的連接。連接后的仿真電路圖如圖5所示。 圖5 仿真電路圖 3.2.2 電路元件的參數(shù)設(shè)置 （1）設(shè)置電流源參數(shù)：雙擊電源模塊，打開參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，把電源的頻率設(shè)為0，相位設(shè)為90，使其充當(dāng)直流電流源來(lái)使用。具體參數(shù)設(shè)置如圖6所示。 圖6 電流源參數(shù)設(shè)置（2）設(shè)置RLC參數(shù)：雙擊圖5中橫放的串聯(lián)RLC支路模塊，在彈出的對(duì)話框中將“Branch type”設(shè)置為R，將串聯(lián)RLC支路設(shè)置為的電阻，如圖7所示。用同樣的方法把另一個(gè)RLC支路設(shè)置為的電阻。 圖7

8、 電阻R參數(shù)設(shè)置（3） 設(shè)置直流電壓源參數(shù)：雙擊直流電壓源模塊，在彈出的對(duì)話框中將Amplitude參數(shù)設(shè)為3后點(diǎn)擊“OK”按鈕就把直流電壓源設(shè)置為我們所需的3V直流電壓源。3.2.3 仿真參數(shù)設(shè)置 電路元件的參數(shù)設(shè)置完畢后，進(jìn)行仿真參數(shù)設(shè)置。由于該系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的連續(xù)系統(tǒng)，仿真參數(shù)設(shè)置中每個(gè)選項(xiàng)都可以使用默認(rèn)值，采用步長(zhǎng)ode45即可滿足解算要求。4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 設(shè)置完各參數(shù)后，仿真電路圖如圖8所示。保存該仿真電路圖，單擊工具欄中的按鈕運(yùn)行仿真，仿真結(jié)果如圖9中的Scope模塊中所示，。若把仿真電路中的顯示元件替換為Display元件，如圖10所示。保存后并運(yùn)行，雙擊Display模塊所得到

9、的波形圖同圖9，結(jié)果一樣也是，。 圖8 Scope仿真模型 （a）波形圖 （b）波形圖圖9 仿真波形圖 圖10 Display仿真模型通過(guò)比較理論分析值和實(shí)驗(yàn)仿真值，二者明顯相同?？梢?jiàn)仿真電路的模型建立與運(yùn)行結(jié)果是可行、準(zhǔn)確的。故當(dāng)電路比較復(fù)雜且列方程計(jì)算較麻煩時(shí)，可利用Matlab的可視化仿真環(huán)境Simulink進(jìn)行電路仿真，可以直觀又快速地得出所需的波形圖或數(shù)值。5 總結(jié)用Matlab提供的Simulink來(lái)建模、仿真，用鼠標(biāo)拖拉模塊圖標(biāo)來(lái)建模，其模型生成直觀、簡(jiǎn)單，還可以在仿真時(shí)隨時(shí)改變參數(shù)，并用Scope等隨時(shí)觀察仿真波形，使得仿真更具有實(shí)時(shí)性、直觀性。使用Simulink進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真一般需要4個(gè)步驟。第一步，布局：根據(jù)實(shí)際電路在Simulink元件庫(kù)中找到所需元器件的仿真模塊，根據(jù)電路元件的排列順序和電壓電流關(guān)系進(jìn)行布局。第二步，連線：根據(jù)實(shí)際電路元器件進(jìn)行連線。第三步，設(shè)置參數(shù)：按照電路要求設(shè)置各個(gè)元器件的參數(shù)，同時(shí)根據(jù)需求設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)境的參數(shù)。第四步，保存并運(yùn)行：當(dāng)仿真進(jìn)度為100