MATLABSIMULINK講解完整版解析課件

1、第3章 SIMULINK應(yīng)用基礎(chǔ) 3.1 SIMULINK仿真環(huán)境 3.2 SIMULINK的基本操作 3.3 SIMULINK系統(tǒng)建模 3.4 SIMULINK運(yùn)行仿真 3.5 SIMULINK模塊庫(kù) 3.6 SIMULINK系統(tǒng)仿真應(yīng)用 習(xí)題 3.1 SIMULINK仿真環(huán)境SIMULINK是MATLAB的一個(gè)分支產(chǎn)品，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程問(wèn)題的模型化及動(dòng)態(tài)仿真。SIMULINK體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)仿真的思想，采用模塊組合的方法使用戶(hù)能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，使得建模仿真如同搭積木一樣簡(jiǎn)單。SIMULINK現(xiàn)已成為仿真領(lǐng)域首選的計(jì)算機(jī)環(huán)境。具體到電力系統(tǒng)仿真而言，原來(lái)的M

2、ATLAB編程仿真是在文本命令窗口中進(jìn)行的，編制的程序是一行行的命令和MATLAB函數(shù)，不直觀也難以與實(shí)際電力模型建立形象的聯(lián)系。在SIMULINK環(huán)境中，電力系統(tǒng)元器件的模型都用框圖來(lái)表達(dá)，框圖之間的連線表示了信號(hào)流動(dòng)的方向。對(duì)用戶(hù)而言，只要熟悉了SIMULINK仿真平臺(tái)的使用方法以及模型庫(kù)的內(nèi)容，就可以使用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)繪制和組織系統(tǒng)模型，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真，完全不必從頭設(shè)計(jì)模型函數(shù)或死記那些復(fù)雜的函數(shù)。圖3-1 打開(kāi)SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器的方法3.1.1 SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器SIMULINK仿真環(huán)境包括SIMULINK模塊庫(kù)和SIMULINK仿真平臺(tái)。如圖3-1所示，在MATLA

3、B命令窗口中輸入“simulink”再回車(chē)，或單擊工具欄中的SIMULINK圖標(biāo) ，可打開(kāi)SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器窗口，如圖3-2所示。圖3-2 SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器窗口SIMULINK模塊庫(kù)包括標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)和專(zhuān)業(yè)模塊庫(kù)兩大類(lèi)。標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)是MATLAB中最早開(kāi)發(fā)的模塊庫(kù)，包括了連續(xù)系統(tǒng)、非連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、信號(hào)源、顯示等各類(lèi)子模塊庫(kù)。由于SIMULINK在工程仿真領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，因此各領(lǐng)域?qū)＜覟闈M(mǎn)足需要又開(kāi)發(fā)了諸如通信系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、電力系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等20多種專(zhuān)業(yè)模塊庫(kù)。點(diǎn)擊圖3-2中“樹(shù)狀結(jié)構(gòu)目錄窗口”中各模塊庫(kù)名前帶“”的小方塊可展開(kāi)二級(jí)子模塊庫(kù)的目錄?！澳K窗

4、口”中顯示的是用戶(hù)在“樹(shù)狀結(jié)構(gòu)目錄窗口”中選中的模塊庫(kù)所包含的模塊圖標(biāo)。如果顯示的模塊圖標(biāo)前帶“”的小方塊，表明該圖標(biāo)下還有三級(jí)目錄，直接點(diǎn)擊該圖標(biāo)可在該窗口中展現(xiàn)三級(jí)目錄下的模塊圖標(biāo)。為了敘述方便，本書(shū)將模塊庫(kù)中以圖標(biāo)形式表示的典型環(huán)節(jié)稱(chēng)為模塊，將用典型環(huán)節(jié)模塊組成的系統(tǒng)仿真模型簡(jiǎn)稱(chēng)為模型。3.1.2 SIMULINK仿真平臺(tái)從MATLAB窗口進(jìn)入SIMULINK仿真平臺(tái)的方法有以下兩種：(1) 點(diǎn)擊MATLAB菜單欄中的FileNewModel，如圖3-3所示。(2) 點(diǎn)擊SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器窗口工具欄上的按鍵。圖3-3 進(jìn)入SIMULINK仿真平臺(tái)方法1完成上述操作，將出現(xiàn)圖3-

5、4所示的SIMULINK仿真平臺(tái)。仿真平臺(tái)標(biāo)題欄上的“untitled”表示一個(gè)尚未命名的新模型文件。仿真平臺(tái)中的菜單欄和工具欄是SIMULINK系統(tǒng)仿真的重要工具。圖3-4 SIMULINK的仿真平臺(tái)1. 仿真平臺(tái)菜單欄SIMULINK仿真平臺(tái)中的菜單包括“File(文件)”、“Edit(編輯)”、“View(查看)”、“Simulation(仿真)”、“Format(格式)”、“Tools(工具)”與“Help(幫助)”七項(xiàng)內(nèi)容。每個(gè)主菜單項(xiàng)都有下拉菜單，下拉菜單中每個(gè)小菜單為一個(gè)命令，只要用鼠標(biāo)選中，即可執(zhí)行菜單項(xiàng)命令所規(guī)定的操作。其中，編輯和仿真菜單使用最為頻繁。各個(gè)菜單命令的等效快捷

6、鍵及功能說(shuō)明見(jiàn)附錄A。2. 仿真平臺(tái)工具欄SIMULINK仿真平臺(tái)中的工具欄歸納起來(lái)可分為五類(lèi)。3.2 SIMULINK的基本操作3.2.1 模塊及信號(hào)線的基本操作1. 模塊的基本操作模塊是系統(tǒng)模型中最基本的元素，不同模塊代表了不同的功能。各模塊的大小、放置方向、標(biāo)簽、屬性等都是可以設(shè)置調(diào)整的。表3-1列出了SIMULINK中模塊基本操作方法的簡(jiǎn)單描述。表3-1 SIMULINK中模塊的基本操作方法續(xù)表 如圖3-5所示，將模塊進(jìn)行了三種操作：模塊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90、標(biāo)簽內(nèi)容修改和標(biāo)簽位置改變。2. 信號(hào)線的基本操作信號(hào)線是系統(tǒng)模型中另一類(lèi)最基本的元素，熟悉和正確使用信號(hào)線是創(chuàng)建模型的基礎(chǔ)。SIMU

7、LINK中的信號(hào)線并不是簡(jiǎn)單的連線，它具有一定流向?qū)傩郧也豢赡嫦?，表示?shí)際模型中信號(hào)的流向。表3-2列出了SIMULINK中信號(hào)線基本操作方法的簡(jiǎn)單描述。 圖3-5 模塊的基本操作示例表3-2 SIMULINK中信號(hào)線的基本操作方法3.2.2 系統(tǒng)模型的基本操作除了熟悉模塊和信號(hào)線的基本操作方法，用戶(hù)還需熟悉SIMULINK系統(tǒng)模型本身的基本操作，包括模型文件的創(chuàng)建、打開(kāi)、保存以及模型的注釋等。表3-3列出了SIMULINK中系統(tǒng)模型基本操作方法的簡(jiǎn)單描述。表3-3 SIMULINK中系統(tǒng)模型的基本操作方法如圖3-6所示，在模型中加入注釋文字，使模型更具可讀性。圖3-6 添加注釋文字示例(a)

8、 未加注釋文字；(b) 加入注釋文字3.2.3 子系統(tǒng)的建立與封裝1. 子系統(tǒng)的建立一般而言，電力系統(tǒng)仿真模型都比較復(fù)雜，規(guī)模很大，包含了數(shù)量可觀的各種模塊。如果這些模塊都直接顯示在SIMULINK仿真平臺(tái)窗口中，將顯得擁擠、雜亂，不利于用戶(hù)建模和分析?？梢园褜?shí)現(xiàn)同一種功能或幾種功能的多個(gè)模塊組合成一個(gè)子系統(tǒng)，從而簡(jiǎn)化模型，其效果如同其它高級(jí)語(yǔ)言中的子程序和函數(shù)功能。在SIMULINK中創(chuàng)建子系統(tǒng)一般有兩種方法。1) 通過(guò)“子系統(tǒng)”模塊的方法該方法要求在用戶(hù)的模型里添加一個(gè)稱(chēng)為Subsystem的子系統(tǒng)模塊，然后再往該模塊里加入組成子系統(tǒng)的各種模塊。這種方法適合于采用自上而下設(shè)計(jì)方式的用戶(hù)，具

9、體實(shí)現(xiàn)步驟如下：(1) 新建一個(gè)空白模型。(2) 打開(kāi)“端口和子系統(tǒng)”(Ports&Subsystems)模塊庫(kù)，選取其中的“子系統(tǒng)”(Subsystem)模塊并把它復(fù)制到新建的仿真平臺(tái)窗口中。(3) 雙擊“子系統(tǒng)”模塊，彈出一個(gè)子系統(tǒng)編輯窗口。系統(tǒng)自動(dòng)在該窗口中添加一個(gè)輸入和輸出端子，名為In1和Out1，這是子系統(tǒng)與外部聯(lián)系的端口。(4) 將組成子系統(tǒng)的所有模塊都添加到子系統(tǒng)編輯窗口中，合理排列。(5) 按要求用信號(hào)線連接各模塊。(6) 修改外接端子標(biāo)簽并重新定義子系統(tǒng)標(biāo)簽，使子系統(tǒng)更具可讀性。2) 通過(guò)組合已存在模塊的方法該方法要求在用戶(hù)的模型中已有組成子系統(tǒng)所需的所有模塊，并且已做好正

10、確的連接。這種方法適合于采用自下而上設(shè)計(jì)方式的用戶(hù)，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：(1) 打開(kāi)已經(jīng)存在的模型。(2) 選中要組合到子系統(tǒng)中的所有對(duì)象，包括各模塊及其連線。(3) 選擇菜單EditCreate Subsystem命令，模型自動(dòng)轉(zhuǎn)換成子系統(tǒng)。(4) 修改外接端子標(biāo)簽并重新定義子系統(tǒng)標(biāo)簽，使子系統(tǒng)更具可讀性。將圖3-6所示的模型用第二種方法創(chuàng)建子系統(tǒng)，創(chuàng)建過(guò)程如圖3-7圖3-12所示。圖3-7 選中組合子系統(tǒng)的所有對(duì)象(用拖曳鼠標(biāo)劃定范圍框的方法) 圖3-8 轉(zhuǎn)換為子系統(tǒng)(選擇菜單EditCreate Subsystem) 圖3-9 子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(在子系統(tǒng)圖標(biāo)上雙擊鼠標(biāo)鍵進(jìn)入) 圖3-10

11、修改外接端子標(biāo)簽(在原標(biāo)簽上單擊鼠標(biāo)鍵進(jìn)入標(biāo)簽編輯框) 圖3-11 修改子系統(tǒng)標(biāo)簽圖(在原標(biāo)簽上單擊鼠標(biāo)鍵進(jìn)入標(biāo)簽編輯框) 圖3-12 子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換結(jié)果 可見(jiàn)，子系統(tǒng)的創(chuàng)建過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但非常有用。值得注意的是，仿真系統(tǒng)的信號(hào)源和輸出顯示模塊一般不放進(jìn)子系統(tǒng)內(nèi)部。2. 子系統(tǒng)的封裝所謂封裝(Mask)，就是將SIMULINK的子系統(tǒng)“包裝”成一個(gè)模塊，并隱藏全部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。訪問(wèn)該模塊時(shí)只出現(xiàn)了一個(gè)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，模塊中所有需要設(shè)置的參數(shù)都可通過(guò)該對(duì)話框來(lái)統(tǒng)一設(shè)置。創(chuàng)建一個(gè)子系統(tǒng)封裝模塊的主要步驟為：(1) 創(chuàng)建一個(gè)子系統(tǒng)。(2) 選中目標(biāo)子系統(tǒng)，選擇仿真平臺(tái)窗口菜單中的EditMask Subs

12、ystem選項(xiàng)，將彈出Mask編輯器窗口，窗口中包含四個(gè)標(biāo)簽頁(yè)，如圖3-13所示。圖3-13 封裝編輯器窗口(3) 使用封裝編輯器不同的標(biāo)簽頁(yè)進(jìn)行封裝圖標(biāo)、參數(shù)、初始化和文本的設(shè)置。四個(gè)標(biāo)簽頁(yè)主要的功能如下： 圖標(biāo)(Icon)標(biāo)簽頁(yè)：用來(lái)給封裝模塊設(shè)計(jì)自定義圖標(biāo)。“Drawing commands”命令窗口以MATLAB語(yǔ)句來(lái)繪制圖標(biāo)的編輯區(qū)，通過(guò)在“Drawing commands”命令窗口中填寫(xiě)函數(shù)設(shè)置封裝模塊的圖標(biāo)。圖標(biāo)標(biāo)簽頁(yè)的常用繪制命令如表3-4所示。表3-4 圖標(biāo)標(biāo)簽頁(yè)的常用繪制命令 參數(shù)(Parameters)標(biāo)簽頁(yè)：最關(guān)鍵的標(biāo)簽頁(yè)，可增加或刪除子系統(tǒng)參數(shù)對(duì)話框中的變量以及屬性，

13、如圖3-14所示。其中，“Variable”項(xiàng)至關(guān)重要，必須和子系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)模塊內(nèi)設(shè)置的變量名稱(chēng)一致，才能建立起封裝模塊內(nèi)部變量和封裝對(duì)話框之間的聯(lián)系。變量類(lèi)型可選三類(lèi)：“可編輯型”(Edit)指定輸入數(shù)據(jù)為可編輯類(lèi)型，即該變量可由用戶(hù)自定義輸入數(shù)據(jù)，這是最普遍的一種類(lèi)型；“復(fù)選框型”(Checkbox)指定輸入數(shù)據(jù)為復(fù)選框類(lèi)型，即用戶(hù)只能進(jìn)行選中與否的設(shè)置；“下拉菜單型”(Popup)指定輸入數(shù)據(jù)為下拉菜單類(lèi)型，即輸入數(shù)據(jù)不可編輯，只能在下拉菜單提供的選項(xiàng)中選擇。圖3-14 Parameters標(biāo)簽頁(yè)窗口 初始(Initialization)標(biāo)簽頁(yè)：通過(guò)命令函數(shù)，允許用戶(hù)在調(diào)用子系統(tǒng)前通過(guò)MA

14、TLAB命令窗口進(jìn)行子系統(tǒng)參數(shù)值的初始設(shè)定，還可以對(duì)圖標(biāo)繪制函數(shù)初始的值進(jìn)行設(shè)置。 文本(Documentation)標(biāo)簽頁(yè)：可設(shè)定封裝子系統(tǒng)的類(lèi)型、描述和幫助等文字說(shuō)明。其中，“封裝類(lèi)型”(mask type)文本框中的內(nèi)容將作為模塊的類(lèi)型顯示在封裝模塊的參數(shù)對(duì)話框中；“封裝模塊描述”(mask description)多行文本框中的內(nèi)容將顯示在封裝模塊參數(shù)對(duì)話框的上部，對(duì)封裝模塊的功用和其它注意事項(xiàng)進(jìn)行描述；“封裝模塊幫助”(mask help)多行文本框中輸入關(guān)于該模塊的幫助，在參數(shù)對(duì)話框中的“help”按鍵按下時(shí)，MATLAB的幫助系統(tǒng)將顯示此封裝模塊幫助多行文本框中的內(nèi)容?！纠?.1

15、】創(chuàng)建一個(gè)子系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行封裝，要求子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能為：y=m sin(x)+n。解：(1) 創(chuàng)建子系統(tǒng)。顯然，該子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與圖3-12所示子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全一致，不同之處為圖3-12所示子系統(tǒng)中Gain模塊和Constant模塊均為定值，而本例要求子系統(tǒng)中這兩個(gè)模塊為可變值。設(shè)置方法為分別雙擊Gain模塊和Constant模塊圖標(biāo)，在彈出的參數(shù)對(duì)話框中將參數(shù)值設(shè)置為m和n即可。創(chuàng)建完成的系統(tǒng)模型及子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-15所示。圖3-15 創(chuàng)建完成的系統(tǒng)模型及子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(a) 創(chuàng)建完成的系統(tǒng)模型；(b) 子系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)(2) 設(shè)置標(biāo)簽頁(yè)。選中目標(biāo)子系統(tǒng)，選擇仿真平臺(tái)窗口菜單中的EditMask

16、 Subsystem選項(xiàng)，在彈出的封裝編輯器窗口中分別對(duì)各標(biāo)簽頁(yè)進(jìn)行設(shè)置。 初始標(biāo)簽頁(yè)。為了實(shí)現(xiàn)模塊的圖標(biāo)繪制，首先必須在初始標(biāo)簽頁(yè)的初始命令區(qū)中輸入繪圖向量的初始化命令，如圖3-16(a)所示。 圖標(biāo)標(biāo)簽頁(yè)。在圖標(biāo)標(biāo)簽頁(yè)的繪制命令區(qū)輸入圖3-16(b)所示命令。圖3-16 繪制封裝模塊的圖標(biāo)(a) 初始化；(b) 繪制圖標(biāo)點(diǎn)擊圖3-16(b)中的“應(yīng)用”(Apply)按鍵，子系統(tǒng)封裝模塊圖標(biāo)如圖3-17所示。圖3-17 子系統(tǒng)封裝模塊圖標(biāo) 圖3-18 參數(shù)標(biāo)簽頁(yè)的設(shè)置 文本標(biāo)簽頁(yè)。通過(guò)設(shè)置可增加模塊的可讀性，設(shè)置完成后如圖3-19所示。點(diǎn)擊封裝編輯器窗口中的“OK”按鍵，子系統(tǒng)的封裝過(guò)程結(jié)束

17、。雙擊圖3-17中的封裝模塊，將彈出該模塊的參數(shù)對(duì)話框，如圖3-20所示。圖3-19 文本標(biāo)簽頁(yè)的設(shè)置 圖3-20 封裝模塊的參數(shù)對(duì)話框 可見(jiàn)，變量的字符、類(lèi)型、說(shuō)明以及封裝子系統(tǒng)的類(lèi)型、描述等設(shè)置均符合要求。該封裝模塊與SIMULINK內(nèi)部模塊的參數(shù)對(duì)話框結(jié)構(gòu)和特性也完全一致。(3) 運(yùn)用封裝模塊。對(duì)圖3-20所示的參數(shù)對(duì)話框進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，即分別在參數(shù)設(shè)置區(qū)的“Gain”和“Constant”編輯框中輸入?yún)?shù)設(shè)定值，如圖3-21所示。選擇SIMULINK仿真平臺(tái)窗口菜單中的SimulationStart選項(xiàng)，開(kāi)始仿真。仿真結(jié)束后，雙擊圖3-17中的示波器模塊，彈出示波器窗口，顯示系統(tǒng)輸出信號(hào)

18、波形，如圖3-22所示。圖3-21 封裝模塊的參數(shù)設(shè)置 圖3-22 系統(tǒng)仿真結(jié)果顯示 3.3 SIMULINK系統(tǒng)建模前面已論述了SIMULINK建模中的一些基本操作方法，下面將對(duì)創(chuàng)建SIMULINK模型的步驟進(jìn)行分析。SIMULINK系統(tǒng)建模的過(guò)程和具體操作步驟一般如下：(1) 分析待仿真系統(tǒng)，確定待建模型的功能需求和結(jié)構(gòu)。(2) 啟動(dòng)模塊庫(kù)瀏覽器窗口，選擇菜單中的FileNewModel選項(xiàng)，新建一個(gè)模型文件。(3) 在模塊庫(kù)瀏覽器窗口中找到模型所需的各模塊，并分別將其拖曳到新建的仿真平臺(tái)窗口中。(4) 將各模塊適當(dāng)排列，并用信號(hào)線將其正確連接。有幾點(diǎn)需要注意： 在建模之前應(yīng)對(duì)模塊和信號(hào)線

19、有一個(gè)整體、清晰和仔細(xì)的安排，這樣在建模時(shí)會(huì)省下很多不必要的麻煩； 模塊的輸入端只能和上級(jí)模塊的輸出端相連接； 模塊的每個(gè)輸入端必須要有指定的輸入信號(hào)，但輸出端可以空置。(5) 對(duì)模塊和信號(hào)線重新標(biāo)注。(6) 依據(jù)實(shí)際需要對(duì)相應(yīng)模塊設(shè)置合適的參數(shù)值。(7) 如有必要，可對(duì)模型進(jìn)行子系統(tǒng)建立和封裝處理。(8) 保存模型文件?！纠?.2】工業(yè)控制領(lǐng)域常用的溫度變送器的功能是把現(xiàn)場(chǎng)的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳送給監(jiān)控設(shè)備。設(shè)該溫度變送器的溫度測(cè)量范圍為T(mén)minTmaxC，對(duì)應(yīng)的輸出為420 mA的電流信號(hào)。試用SIMULINK創(chuàng)建能反映該系統(tǒng)工作特性的仿真模型。解：(1) 確定待建模型的功能需求。

20、分析題意，溫度變送器的本質(zhì)即傳感器，將溫度參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏繀?shù)。因?yàn)槭蔷€性轉(zhuǎn)換，所以很容易得到輸入值與輸出值之間的關(guān)系：(3-1) 其中，I為變送器輸出的電流信號(hào)值，范圍為420 mA；Tmin和Tmax分別為變送器溫度測(cè)量范圍的下限值和上限值，其值均可設(shè)置；T為變送器輸出的電流信號(hào)值為I時(shí)對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)溫度值。(2) 創(chuàng)建SIMULINK模型文件。新建一個(gè)SIMULINK模型文件，找到創(chuàng)建系統(tǒng)模型所需的各模塊并拖曳到新建的仿真平臺(tái)窗口中。將各模塊排列好，并將其用信號(hào)線正確連接，如圖3-23所示。其中，Ramp模塊1個(gè)，來(lái)自“Sources”子庫(kù)，用于模擬變送器輸出電流值信號(hào)；Constant模塊3

21、個(gè)，來(lái)自“Sources”子庫(kù)，用于設(shè)定公式(3-1)中的常量“4”以及可設(shè)置改變的溫度限值Tmin和Tmax；Add模塊3個(gè)，來(lái)自“Math Operations”子庫(kù)，用于把兩個(gè)輸入信號(hào)相加或相減；Gain模塊1個(gè)，來(lái)自“Math Operations”子庫(kù)，用于將輸入信號(hào)乘上1/16；Product模塊1個(gè)，來(lái)自“Math Operations”子庫(kù)，用于把兩個(gè)輸入信號(hào)相乘；Scope模塊1個(gè)，來(lái)自“Sinks”子庫(kù)，用于顯示系統(tǒng)模型的仿真輸出波形。圖3-23 未經(jīng)修飾的仿真系統(tǒng)圖 (3) 設(shè)置模塊參數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際物理意義，修改各模塊標(biāo)簽名稱(chēng)(見(jiàn)圖3-24)。圖3-24 修改標(biāo)簽后的

22、仿真系統(tǒng)圖對(duì)各模塊設(shè)置合適的參數(shù)值，方法為雙擊目標(biāo)模塊圖標(biāo)，進(jìn)入其屬性對(duì)話框。其中，Imin、Tmax、Tmin模塊由默認(rèn)值1分別設(shè)置為4、T2、T1；K模塊由默認(rèn)值1設(shè)置為1/16；模型左側(cè)的兩個(gè)Add模塊由默認(rèn)符號(hào)“+”設(shè)置為符號(hào)“+”。參數(shù)設(shè)置如圖3-25圖3-27所示，設(shè)置完成后的系統(tǒng)模型如圖3-28所示。圖3-25 Imin、Tmax模塊參數(shù)設(shè)置圖3-26 K模塊參數(shù)設(shè)置圖3-27 Add模塊參數(shù)設(shè)置圖3-28 完整的系統(tǒng)仿真圖(4) 創(chuàng)建子系統(tǒng)并進(jìn)行封裝處理。將圖3-28中除l、T兩模塊外的所有模塊和信號(hào)線通過(guò)拖曳鼠標(biāo)的方法選中，選擇菜單EditCreate Subsystem命令

23、，模型自動(dòng)轉(zhuǎn)換成子系統(tǒng)。將其輸入、輸出端子的標(biāo)注和子系統(tǒng)的標(biāo)簽進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，結(jié)果如圖3-29所示。圖3-29 完成子系統(tǒng)創(chuàng)建 選中子系統(tǒng)，選擇菜單EditMask Subsystem命令，進(jìn)行封裝設(shè)置。在圖標(biāo)標(biāo)簽頁(yè)的繪制命令區(qū)輸入命令：disp(I2T)。在參數(shù)標(biāo)簽頁(yè)中添加T1和T2參數(shù)，如圖3-30所示。在文本標(biāo)簽頁(yè)中設(shè)置封裝模塊的說(shuō)明文本，其中，“封裝類(lèi)型”(Mask type)文本框中輸入“I2T Mask Block”；“封裝模塊說(shuō)明”(Mask description)多行文本框中輸入“Models the equation for a formula: T=(I-4)*(T2-T1

24、)/16+T1. The Tmax Value(T2) and Tmin Value(T1) are masked block parameters.”。圖3-30 參數(shù)標(biāo)簽頁(yè)設(shè)置至此，子系統(tǒng)的創(chuàng)建及封裝工作基本完成，系統(tǒng)最終模型如圖3-31所示。雙擊子系統(tǒng)封裝模塊，彈出的模塊參數(shù)對(duì)話框如圖3-32所示。(5) 保存模型文件，文件名為I2T.mdl。圖3-31 系統(tǒng)最終模型 圖3-32 封裝模塊參數(shù)對(duì)話框 3.4 SIMULINK運(yùn)行仿真3.4.1 運(yùn)行仿真過(guò)程SIMULINK一般使用窗口菜單命令進(jìn)行仿真，方便且人機(jī)交互性強(qiáng)，用戶(hù)可容易地進(jìn)行仿真解法及仿真參數(shù)的選擇、定義和修改等操作。使用窗口

25、菜單命令進(jìn)行仿真主要可以完成以下一些操作過(guò)程。1. 設(shè)置仿真參數(shù)選擇菜單選項(xiàng)SimulationConfiguration Parameters可以進(jìn)行仿真參數(shù)及算法的設(shè)置。選擇此選項(xiàng)后會(huì)顯示仿真參數(shù)對(duì)話框，如圖3-33所示。圖3-33 仿真參數(shù)對(duì)話框此對(duì)話框包含的主要屬性頁(yè)的內(nèi)容及功能如下：(1) Solver：設(shè)置仿真的起始和終止時(shí)間，設(shè)置積分解法以及步長(zhǎng)等參數(shù)；(2) Data Import/Export：SIMULINK和MATLAB工作間數(shù)據(jù)的輸入和輸出設(shè)定，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)的格式、長(zhǎng)度等參數(shù)設(shè)置；(3) Diagnostics：允許用戶(hù)選擇在仿真過(guò)程中警告信息顯示等級(jí)。選擇適當(dāng)?shù)乃惴?/p>

26、并設(shè)置好其它仿真參數(shù)后，選擇對(duì)話框中的“OK”或“Apply”命令，修改的設(shè)置生效。2. 啟動(dòng)仿真完成仿真參數(shù)的設(shè)置后，就可以開(kāi)始仿真。確認(rèn)待仿真的仿真平臺(tái)窗口為當(dāng)前窗口，選擇菜單選項(xiàng)Simulation Start或點(diǎn)擊工具欄中的圖標(biāo)啟動(dòng)仿真。3. 顯示仿真結(jié)果如果建立的模型沒(méi)有錯(cuò)誤，選擇的參數(shù)合適，則仿真過(guò)程將順利進(jìn)行。這時(shí)，雙擊模型中用來(lái)顯示輸出的模塊(如Scope模塊)，就可以觀察到仿真的結(jié)果。當(dāng)然，也可以在仿真開(kāi)始前先雙擊打開(kāi)顯示輸出模塊，再開(kāi)始仿真。4. 停止仿真對(duì)于仿真時(shí)間較長(zhǎng)的模型，如果在仿真過(guò)程結(jié)束之前，用戶(hù)想停止此次仿真過(guò)程，可以選擇菜單選項(xiàng)SimulationStop停止

27、仿真。5. 仿真診斷在仿真過(guò)程中若出現(xiàn)錯(cuò)誤，SIMULINK將會(huì)終止仿真并彈出一個(gè)標(biāo)題為“Error Dialog”的帶有明顯出錯(cuò)圖標(biāo)的錯(cuò)誤提示框。點(diǎn)擊提示框中的“OK”按鍵，將顯示如圖3-34的錯(cuò)誤信息對(duì)話框。該對(duì)話框分為如下三部分：(1) 出錯(cuò)信息列表。顯示所有出錯(cuò)信息，包含四個(gè)列項(xiàng)如下： Message：信息類(lèi)型，如模塊錯(cuò)誤，連線警告等； Source：模型中出錯(cuò)的模塊名； Reported by：出錯(cuò)信息來(lái)源，如SIMULINK、Stateflow、Workshop等； Summary：出錯(cuò)信息概括。(2) 當(dāng)前錯(cuò)誤詳細(xì)信息顯示。用戶(hù)可以在出錯(cuò)信息列表中選擇任意一條錯(cuò)誤，當(dāng)前所選錯(cuò)誤的

28、詳細(xì)信息將顯示在本區(qū)域。(3) 命令按鍵部分。點(diǎn)擊“Open”按鍵可用來(lái)打開(kāi)出錯(cuò)模型并以黃色突出顯示。圖3-34 錯(cuò)誤信息對(duì)話框3.4.2 仿真參數(shù)的設(shè)置如前所述，選擇菜單選項(xiàng)SimulationConfiguration Parameters，將顯示仿真參數(shù)對(duì)話框，如圖3-33所示。這里介紹解法設(shè)置屬性頁(yè)(Solver)中最常用的設(shè)置項(xiàng)，讀者可以通過(guò)查閱help文檔了解其它項(xiàng)目的相關(guān)內(nèi)容。1. 設(shè)置仿真時(shí)間設(shè)置仿真時(shí)間非常重要，它決定了模型仿真的時(shí)間或取值區(qū)域，其設(shè)置完全根據(jù)待仿真系統(tǒng)的特性確定，反映在輸出顯示上就是示波器的橫軸坐標(biāo)值的取值范圍。“Start time”和“Stop time

29、”項(xiàng)分別用以設(shè)置仿真開(kāi)始時(shí)間(或取值區(qū)域下限)和終止時(shí)間(或取值區(qū)域上限)，默認(rèn)值分別為0.0和10.0。2. 選擇仿真算法在SIMULINK的仿真過(guò)程中選擇合適的算法是很重要的。仿真算法是求常微分方程、傳遞函數(shù)、狀態(tài)方程解的數(shù)值計(jì)算方法，主要有歐拉法(Eular)、阿達(dá)姆斯法(Adams)和龍格庫(kù)塔法(Runge-Kutta)。由于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的差異性，使得某種算法對(duì)某類(lèi)問(wèn)題比較有效，而另外算法對(duì)另一類(lèi)問(wèn)題更有效。因此，對(duì)不同的問(wèn)題，可以選擇不同的適應(yīng)算法和相應(yīng)的參數(shù)，以得到更準(zhǔn)確、快速的解。根據(jù)仿真步長(zhǎng)，SIMULINK中提供的常微分方程數(shù)值計(jì)算的算法大致可以分兩類(lèi)：(1) Variable

30、Step：可變步長(zhǎng)類(lèi)算法，在仿真過(guò)程中可以自動(dòng)調(diào)整步長(zhǎng)，并通過(guò)減小步長(zhǎng)來(lái)提高計(jì)算的精度。(2) Fixed Step：固定步長(zhǎng)類(lèi)算法，在仿真過(guò)程中采取基準(zhǔn)采樣時(shí)間作為固定步長(zhǎng)。一般而言，使用變步長(zhǎng)的自適應(yīng)算法是比較好的選擇。這類(lèi)算法會(huì)按照設(shè)定的精確度在各積分段內(nèi)自適應(yīng)地尋找最大步長(zhǎng)進(jìn)行積分，從而使得效率最高。SIMULINK中的各種仿真算法及其說(shuō)明參見(jiàn)表3-5。表3-5 SIMULINK中的各種仿真算法及其說(shuō)明 3.4.3 示波器的使用示波器(Scope)模塊是SIMULINK仿真中非常重要的一個(gè)模塊，不僅可以實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果波形的顯示，而且可以同時(shí)保存波形數(shù)據(jù)，是人機(jī)交互的重要手段。雙擊示波器模

31、塊圖標(biāo)，即可彈出示波器的窗口界面，如圖3-35所示。示波器模塊屬性的設(shè)置對(duì)用戶(hù)觀察和分析仿真結(jié)果影響很大，必須進(jìn)行合適的屬性設(shè)置才能得到滿(mǎn)意的顯示效果。圖3-35 示波器窗口界面1. 示波器參數(shù)點(diǎn)擊“示波器參數(shù)”按鍵，彈出示波器參數(shù)對(duì)話框，該對(duì)話框中含有兩個(gè)標(biāo)簽頁(yè)，分別是“常規(guī)”(General)和“數(shù)據(jù)”(Data history)標(biāo)簽頁(yè)，如圖3-36所示。 圖3-36 示波器參數(shù)對(duì)話框(a) 常規(guī)標(biāo)簽頁(yè)；(b) 數(shù)據(jù)標(biāo)簽頁(yè) 1) “常規(guī)”(General)標(biāo)簽頁(yè)(1) “坐標(biāo)個(gè)數(shù)”(Number of Axes)文本框：用于設(shè)定示波器的y軸數(shù)量，即示波器的輸入信號(hào)端口的個(gè)數(shù)，默認(rèn)值為1，即

32、該示波器用以觀察一路信號(hào)。若將其設(shè)為2，則可以同時(shí)觀察兩路信號(hào)，示波器的圖標(biāo)也自動(dòng)變?yōu)閮蓚€(gè)輸入端口。依此類(lèi)推，一個(gè)示波器可設(shè)置為同時(shí)觀察多路信號(hào)。將該項(xiàng)參數(shù)設(shè)定為2后的示波器模塊圖標(biāo)及示波器窗口如圖3-37所示。圖3-37 設(shè)置示波器參數(shù)以觀察兩路數(shù)據(jù)(a) 模塊圖標(biāo)；(b) 窗口界面 (2) “時(shí)間范圍”(Time range)文本框：用于設(shè)定示波器時(shí)間軸的最大值，一般可選“自動(dòng)”(auto)，這樣x軸可以自動(dòng)以系統(tǒng)的仿真起始和終止時(shí)間作為示波器的時(shí)間顯示范圍。(3) “單位標(biāo)簽”(Tick labels)下拉框：用于選擇標(biāo)簽的貼放位置。(4) “采樣”(Sampling)下拉框：用于選擇數(shù)

33、據(jù)取樣方式，包括“抽取”(decimation)和“采樣時(shí)間”(sample time)兩種方式?！俺槿　狈绞奖硎井?dāng)采樣下拉框右側(cè)文本框輸入數(shù)據(jù)N時(shí)，從每N個(gè)輸入數(shù)據(jù)中抽取一個(gè)用來(lái)顯示。可見(jiàn)，設(shè)定的數(shù)字N越大，顯示的波形就越粗糙，但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的空間可以減少，一般該文本框保持默認(rèn)值1，表示所有輸入數(shù)據(jù)均顯示。若采用“采樣時(shí)間”方式，則需要在采樣下拉框右側(cè)文本框中輸入采樣的時(shí)間間隔，并按采樣間隔提取數(shù)據(jù)顯示。2) “數(shù)據(jù)”(Data history)標(biāo)簽頁(yè)(1) “僅顯示最新的數(shù)據(jù)”(Limit data points to last)復(fù)選框：用于數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)設(shè)置。選中后，其后的文本框被激活，默認(rèn)值為5

34、000，表示示波器顯示5000個(gè)數(shù)據(jù)，若超過(guò)5000個(gè)數(shù)據(jù)，也僅顯示最后的5000個(gè)數(shù)據(jù)。若不選該項(xiàng)，所有數(shù)據(jù)都顯示，但對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存要求較高。(2) “保存數(shù)據(jù)至工作間”(Save data to workspace)復(fù)選框：數(shù)據(jù)在顯示的同時(shí)被保存到MATLAB工作空間中。若選中該項(xiàng)，將激活該復(fù)選框下的另兩個(gè)參數(shù)設(shè)置項(xiàng)：“變量名”文本框用于設(shè)置保存數(shù)據(jù)的名稱(chēng)，以便在MATLAB工作空間中識(shí)別和調(diào)用該數(shù)據(jù)；“格式”文本框用于設(shè)置數(shù)據(jù)的保存格式。數(shù)據(jù)的保存格式有三種：“數(shù)組”(Array)格式，用于只有一個(gè)輸入變量的數(shù)據(jù)保存格式；“帶時(shí)間變量的結(jié)構(gòu)” (Structure with time)格式

35、，用于同時(shí)保存波形數(shù)據(jù)和時(shí)間；“結(jié)構(gòu)”(Structure)格式，用于僅保存波形數(shù)據(jù)。2. 圖形縮放仿真波形在示波器中顯示，有時(shí)用戶(hù)需要對(duì)波形顯示區(qū)域和大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，達(dá)到最佳觀察效果。示波器窗口的工具欄提供了四個(gè)工具按鍵用以圖形縮放操作。(1) 區(qū)域放大按鍵：首先在工具欄中點(diǎn)擊區(qū)域放大按鍵，然后在窗口中需要放大的區(qū)域上按住鼠標(biāo)左鍵并拖曳一個(gè)矩形框，用矩形框框住需要放大的圖形區(qū)域，松開(kāi)鼠標(biāo)左鍵，該區(qū)域被放大顯示。(2) x軸放大按鍵：首先在工具欄中點(diǎn)擊x軸放大按鍵，然后在窗口中需要放大的區(qū)域按住鼠標(biāo)左鍵，并沿x軸方向拖拉即可。(3) y軸放大按鍵：首先在工具欄中點(diǎn)擊y軸放大按鍵，然后在窗口中

36、需要放大的區(qū)域上按住鼠標(biāo)左鍵，并沿y軸方向拖拉即可。(4) 自動(dòng)尺寸按鍵：能自動(dòng)地調(diào)整示波器的橫軸和縱軸，既可完全顯示用戶(hù)設(shè)置的仿真時(shí)間域以及對(duì)應(yīng)的結(jié)果數(shù)值域，又能取得合理的顯示效果，應(yīng)用非常方便。3. 坐標(biāo)軸范圍示波器的x軸和y軸的最大取值范圍一般是自動(dòng)設(shè)定的，利用圖形縮放中的放大鏡功能可以在x軸和y軸的范圍內(nèi)選取其中一部分顯示。當(dāng)需要進(jìn)一步放大y軸的范圍或更精確地標(biāo)定y軸的坐標(biāo)范圍時(shí)，可以利用軸參數(shù)設(shè)置頁(yè)進(jìn)行設(shè)置。在示波器窗口的圖形區(qū)域內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“Axes parameters”選項(xiàng)，出現(xiàn)一個(gè)名為“scope properties:axis1”的軸屬性對(duì)話框，如

37、圖3-38所示。其中的Y-min與Y-max用來(lái)設(shè)置縱軸顯示數(shù)值范圍；Title項(xiàng)用來(lái)給顯示信號(hào)命名。圖3-38 示波器y軸范圍設(shè)定【例3.3】對(duì)例3.2所建模型進(jìn)行仿真，并觀察系統(tǒng)特性。解：(1) 打開(kāi)例3.2中建立的模型文件12T.mdl。選擇菜單中的SimulationConfiguration Parameters選項(xiàng)，將“Simulation time”設(shè)置區(qū)域內(nèi)的“開(kāi)始時(shí)間”(Start time)設(shè)置為4.0，“結(jié)束時(shí)間”(Stop time)設(shè)置為20.0。(2) 雙擊封裝模塊，將參數(shù)對(duì)話框中的Tmax和Tmin分別設(shè)置為50和0，點(diǎn)擊“OK”按鍵。(3) 選擇菜單中的Simu

38、lationStart選項(xiàng)或點(diǎn)擊工具欄中圖標(biāo)，開(kāi)始仿真。仿真結(jié)束后，雙擊示波器模塊，在彈出的示波器面板中可以觀察系統(tǒng)仿真結(jié)果，如圖3-39(a)所示。(4) 雙擊子系統(tǒng)封裝模塊，將參數(shù)對(duì)話框中的Tmax和Tmin分別設(shè)置為100和0，點(diǎn)擊“OK”按鍵。重新運(yùn)行仿真并查看示波器，結(jié)果如圖3-39(b)所示。可見(jiàn)，該模型能正確仿真不同溫度輸入范圍溫度變送器的工作特性。圖3-39 例3.3仿真結(jié)果(a) 溫度范圍為050；(b) 溫度范圍為01003.5 SIMULINK模塊庫(kù)SIMULINK的最大特點(diǎn)之一就是提供了很多的基本模塊，目的是讓用戶(hù)能把更多的精力投入到系統(tǒng)模型本身的結(jié)構(gòu)和算法研究上。SI

39、MULINK的每個(gè)模塊對(duì)用戶(hù)都是透明的，用戶(hù)只需知道模塊的輸入、輸出、功能以及內(nèi)部可設(shè)置參數(shù)的意義，而不必管模塊內(nèi)部是怎樣實(shí)現(xiàn)的，事件是如何驅(qū)動(dòng)的等細(xì)節(jié)性問(wèn)題。這樣，用戶(hù)要做的只是根據(jù)需要選擇合適的模塊，然后正確連接它們，即可以輕松、有效的方式完成自己的仿真任務(wù)。圖3-2所示模塊庫(kù)瀏覽器窗口的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖窗口中，共顯示了28個(gè)模塊庫(kù)(用戶(hù)在安裝時(shí)可以有選擇性地安裝，具體模塊庫(kù)個(gè)數(shù)由用戶(hù)安裝時(shí)的選擇項(xiàng)決定)。對(duì)于電力系統(tǒng)仿真而言，常用的模塊庫(kù)有兩個(gè)：標(biāo)準(zhǔn)SIMULINK模塊庫(kù)和電力系統(tǒng)模塊庫(kù)。3.5.1 標(biāo)準(zhǔn)SIMULINK模塊庫(kù)如圖3.2所示，標(biāo)準(zhǔn)SIMULINK模塊庫(kù)在樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖窗口中名為“S

40、imulink”。單擊Simulink圖標(biāo)，在模塊窗口中展開(kāi)該模塊庫(kù)，共含16個(gè)子庫(kù)，分別為“常用模塊庫(kù)(Commonly Used Blocks)”、“連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)(Continuous)”、“非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)(Discontinuities)”、“離散系統(tǒng)模塊庫(kù)(Discrete)”、“邏輯與位操作模塊庫(kù)(Logic and Bit Operations)”、“查表模塊庫(kù)(Look-Up Tables)”、“數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(kù)(Math Operations)”、“模塊聲明庫(kù)(Model Verification)”、“模塊通用功能庫(kù)(Model-Wide Utilities)”、“端口和子

41、系統(tǒng)模塊庫(kù)(Ports & Subsystems)”、“信號(hào)屬性模塊庫(kù)(Signal Attributes)”、“信號(hào)數(shù)據(jù)流模塊庫(kù)(Signal Routing)”、“接收器模塊庫(kù)(Sinks)”、“信號(hào)源模塊庫(kù)(Sources)”和“用戶(hù)自定義函數(shù)庫(kù)(User-Defined Functions)”、“附加的數(shù)學(xué)與離散函數(shù)庫(kù)(Additional Math and Discrete)”。下面簡(jiǎn)單介紹各模塊子庫(kù)中包含的常用模塊類(lèi)型及主要應(yīng)用，各模塊子庫(kù)包含的具體模塊及詳細(xì)說(shuō)明在附錄C中列出。1. 信號(hào)源模塊庫(kù)“信號(hào)源模塊庫(kù)”提供了20多種常用的信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)，并且可以從MA

42、TLAB工作空間及.mat文件中讀入信號(hào)數(shù)據(jù)。2. 接收器模塊庫(kù)“接收器模塊庫(kù)”提供了9種常用的顯示和記錄儀表，用于觀察信號(hào)的波形或記錄信號(hào)數(shù)據(jù)。該模塊庫(kù)包含的常用模塊的名稱(chēng)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄C表C2。3. 連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)“連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)”提供了用于構(gòu)建連續(xù)控制系統(tǒng)仿真模型的模塊。該模塊庫(kù)包含的常用模塊的名稱(chēng)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄C表C3。4. 離散系統(tǒng)模塊庫(kù)“離散系統(tǒng)模塊庫(kù)”的功能基本與連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)相對(duì)應(yīng)，但它是對(duì)離散信號(hào)的處理。該模塊庫(kù)包含的模塊較豐富，其中常用的模塊的名稱(chēng)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄C表C4。5. 非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)“非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)”中的模塊用于模擬各種非線性環(huán)節(jié)。6. 數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊

43、庫(kù)“數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(kù)”提供了用于完成各種數(shù)學(xué)運(yùn)算(包括加、減、乘、除以及復(fù)數(shù)計(jì)算、函數(shù)計(jì)算等)的模塊。7. 邏輯與位操作模塊庫(kù)“邏輯與位操作模塊庫(kù)”提供了用于完成各種邏輯與位操作(包括邏輯比較、位設(shè)置等)的模塊。8. 信號(hào)數(shù)據(jù)流模塊庫(kù)“信號(hào)數(shù)據(jù)流模塊庫(kù)”提供了用于仿真系統(tǒng)中信號(hào)和數(shù)據(jù)各種流向控制操作(包括合并、分離、選擇、數(shù)據(jù)讀、寫(xiě))的模塊。9. 端口和子系統(tǒng)模塊庫(kù)“端口和子系統(tǒng)模塊庫(kù)”提供了許多按條件判斷執(zhí)行的使能和觸發(fā)模塊，還包括重要的子系統(tǒng)模塊。10. 用戶(hù)自定義函數(shù)庫(kù)“用戶(hù)自定義函數(shù)庫(kù)”內(nèi)的模塊可以在系統(tǒng)模型中插入M函數(shù)、S函數(shù)以及自定義函數(shù)等，使系統(tǒng)的仿真功能更強(qiáng)大。11. 常用模塊庫(kù)

44、“常用模塊庫(kù)”將上述各模塊庫(kù)中最經(jīng)常使用的模塊放在一起，目的是為了方便用戶(hù)使用。12. 其它模塊庫(kù)還有其它幾個(gè)模塊庫(kù)，由于應(yīng)用較少，這里就不作介紹了，用戶(hù)若有應(yīng)用，可查看MATLAB幫助文檔。3.5.2 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)電力系統(tǒng)模塊庫(kù)是專(zhuān)用于RLC電路、電力電子電路、電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)仿真的模塊庫(kù)。該模塊庫(kù)中包含了各種交/直流電源、大量電氣元器件和電工測(cè)量?jī)x表以及分析工具等。利用這些模塊可以模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的各種狀態(tài)，并進(jìn)行仿真和分析。電力系統(tǒng)模塊庫(kù)在樹(shù)狀結(jié)構(gòu)圖窗口中名為SimPower Systems，以SimPowerSystem 4.0為例，展開(kāi)后如圖3-40所示，共含7個(gè)可

45、用子庫(kù)和1個(gè)廢棄的相量子庫(kù)。SimPower Systems 4.0中還含有一個(gè)功能強(qiáng)大的圖形用戶(hù)分析工具Powergui。圖3-40 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)1. 電源子庫(kù)“電源子庫(kù)”提供了7種電源模塊，分別是單相交流電流源、單相交流電壓源、單相受控電流源和單相受控電壓源、直流電壓源、三相可編程電壓源和三相電源模塊。這些模塊的圖標(biāo)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄D表D1。2. 元件子庫(kù)“元件子庫(kù)”提供了29種常用的電氣元件模塊，其中有9種變壓器模塊(包括耦合電路)、7種線路模塊、5種負(fù)荷模塊、4種斷路器模塊(包括避雷針模塊)、1個(gè)物理接口端子模塊、1個(gè)接地模塊、1個(gè)中性點(diǎn)模塊和1個(gè)三相濾波器模塊。這些模塊的圖標(biāo)及功

46、能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄D表D2，詳細(xì)使用參見(jiàn)第4章。3. 電機(jī)子庫(kù)“電機(jī)子庫(kù)”提供了16種常用的電機(jī)模塊，其中有2種簡(jiǎn)化的同步電機(jī)、3種詳細(xì)的同步電機(jī)、2種直流電機(jī)、2種異步電機(jī)、1個(gè)汽輪機(jī)及控制器、1個(gè)永磁同步電機(jī)、2種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、1個(gè)電機(jī)信號(hào)分離模塊、1個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)、1個(gè)水力和蒸汽渦輪調(diào)速系統(tǒng)模型。電機(jī)參數(shù)的單位有標(biāo)幺制和國(guó)際單位制兩種。電機(jī)模塊既可用作電動(dòng)機(jī)，也可用作發(fā)電機(jī)。這些模塊的圖標(biāo)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄D表D3，詳細(xì)使用參見(jiàn)第4章。4. 電力電子子庫(kù)“電力電子子庫(kù)”提供了9種模塊，分別是二極管、簡(jiǎn)化晶閘管、復(fù)雜晶閘管、GTO、理想開(kāi)關(guān)、MOSFET、IGBT、通用橋式電路和三電平橋式電路。

47、這些模塊的圖標(biāo)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄D表D4，詳細(xì)使用參見(jiàn)第5章。5. 測(cè)量子庫(kù)“測(cè)量子庫(kù)”中的模塊有5種，分別是電壓測(cè)量模塊、電流測(cè)量模塊、阻抗測(cè)量模塊、三相電壓電流測(cè)量模塊和萬(wàn)用表模塊。這些模塊的圖標(biāo)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄D表D5。6. 相量子庫(kù)“相量子庫(kù)”已經(jīng)被廢棄，其中僅包含一個(gè)靜止無(wú)功補(bǔ)償器模塊(Static Var Compensator)。7. 應(yīng)用子庫(kù)“應(yīng)用子庫(kù)”中又包含了3個(gè)子庫(kù)，分別是“分布式電源子庫(kù)”、“特種電機(jī)子庫(kù)”和“FACTS子庫(kù)”?！胺植际诫娫醋訋?kù)”中目前只含有適合于普通風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的分布式能源模型；“特種電機(jī)子庫(kù)”中含有特殊的直流、交流電機(jī)模塊和軸系及減速器模型；“FA

48、CTS子庫(kù)”中含有HVDC系統(tǒng)模型、基于FACTS的電力電子模塊和特種變壓器。這些模塊相對(duì)而言都比較復(fù)雜，讀者可以在具體應(yīng)用時(shí)參看SIMULINK的幫助。8. 附加子庫(kù)附加子庫(kù)中包含了上述模塊庫(kù)中沒(méi)有的其它電氣元件模型，使用這些模塊可以使系統(tǒng)的仿真功能更加強(qiáng)大。附加子庫(kù)又包含了7個(gè)子模塊庫(kù)，其中“額外電機(jī)子庫(kù)”(Additonal Machines)和“三相模塊庫(kù)”(Three-Phase Library)已經(jīng)廢棄，剩余的5個(gè)子模塊庫(kù)分別涉及控制模塊、離散控制模塊、離散測(cè)量模塊、測(cè)量模塊、相量模塊等相關(guān)內(nèi)容，包括RMS測(cè)量、有效和無(wú)功功率計(jì)算、傅里葉分析、HVDC 控制、軸系變換、三相V-I

49、測(cè)量、三相脈沖和信號(hào)發(fā)生、三相序列分析、三相 PLL 和連續(xù)/離散同步6/12脈沖發(fā)生器等。這些模塊的圖標(biāo)及功能簡(jiǎn)介參見(jiàn)附錄D表D6。3.6 SIMULINK系統(tǒng)仿真應(yīng)用3.6.1 一般控制系統(tǒng)中的仿真應(yīng)用【例3.4】對(duì)圖3-41所示的控制系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，求系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性。圖3-41 控制系統(tǒng)框圖解：(1) 選擇SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器工具欄中的圖標(biāo)，打開(kāi)一個(gè)新的SIMULINK仿真平臺(tái)窗口。(2) 從SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器中尋找并拖曳相應(yīng)的模塊到仿真平臺(tái)窗口，進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐帕?，如圖3-42所示。圖3-42 目標(biāo)模塊選取并合理排列其中，Step模塊來(lái)自SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)的

50、Sources子庫(kù)，用以模擬階躍輸入信號(hào)；Transfer Fcn模塊來(lái)自SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)的Continuous子庫(kù)，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)前向通道中包含的傳遞函數(shù)環(huán)節(jié)；Transfer Fcn1模塊來(lái)自SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)的Continuous子庫(kù)，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后向反饋通道中包含的傳函環(huán)節(jié)；Integrator模塊來(lái)自SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)的Continuous子庫(kù)，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中包含的積分環(huán)節(jié)；Sum模塊來(lái)自SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)的Math Operations子庫(kù)，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的反饋累加環(huán)節(jié)；Scope模塊來(lái)自SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)的Sinks子庫(kù)，是用以觀察輸出信號(hào)

51、的示波器。(3) 按圖3-43設(shè)置Transfer Fcn模塊參數(shù)；按圖3-44設(shè)置Transfer Fcn1模塊參數(shù)；按圖3-45設(shè)置Sum模塊參數(shù)。圖3-43 Transfer Fcn模塊的參數(shù)設(shè)置 圖3-44 Transfer Fcn1模塊的參數(shù)設(shè)置 圖3-45 Sum模塊的參數(shù)設(shè)置 (4) 單擊鼠標(biāo)選中Transfer Fcn1模塊，選擇SIMULINK仿真平臺(tái)窗口中FormatFlip Block菜單，將Transfer Fcn1模塊方向進(jìn)行調(diào)整，使其端子方向便于連接。(5) 按照?qǐng)D3-41所示對(duì)各模塊進(jìn)行連線，結(jié)果如圖3-46所示。(6) 將仿真停止時(shí)間由默認(rèn)的10.0改為50.0

52、，再點(diǎn)擊SIMULINK仿真平臺(tái)窗口中的 工具圖標(biāo)，進(jìn)行系統(tǒng)仿真。仿真結(jié)束后，雙擊Scope模型，彈出示波器窗口，觀察系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，如圖3-47所示。圖3-46 連線完成后的仿真平臺(tái)窗口 圖3-47 系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線【例3.5】設(shè)某一用傳遞函數(shù)表示的直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)SIMULINK工具完成建模。要求對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，并提出改進(jìn)意見(jiàn)。解：(1) 按圖3-48進(jìn)行系統(tǒng)建模。圖3-48 直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型 (2) 開(kāi)始仿真。仿真結(jié)束后，雙擊示波器模塊，觀察該直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)特性，如圖3-49所示。(3) 分析波形。從響應(yīng)曲線看，效果不理想，超調(diào)量

53、過(guò)大，并且調(diào)整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。(4) 調(diào)試波形。將外環(huán)的PI控制器參數(shù)調(diào)整為(s+1) /0.085s并分別選擇=0.17，0.5，1，1.5進(jìn)行仿真，對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線如圖3-50所示。(5) 結(jié)論：可見(jiàn)，當(dāng)=1.5時(shí)，該直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線超調(diào)量很小，調(diào)整時(shí)間較短，具有良好的控制效果，建議采用。圖3-49 直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖3-50 控制器不同參數(shù)下對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)曲線3.6.2 簡(jiǎn)單電路系統(tǒng)中的仿真應(yīng)用【例3.6】某一直流RC電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖3-51所示，將電容電壓的暫態(tài)過(guò)程作為研究對(duì)象，求解當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后電容電壓和線路電流的變化規(guī)律。圖3-51 直流RC電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)解：

54、(1) 選擇SIMULINK模塊庫(kù)瀏覽器工具欄中的圖標(biāo)，打開(kāi)一個(gè)新的SIMULINK仿真平臺(tái)窗口。(2) 從SimPowerSystems模塊庫(kù)和SIMULINK模塊庫(kù)中選擇并添加相應(yīng)的模塊到SIMULINK仿真平臺(tái)窗口，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐帕校鐖D3-52所示。圖3-52 目標(biāo)模塊選取完成后的仿真平臺(tái)窗口其中，DC Voltage Source模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Electrical Sources子庫(kù)，用以模擬直流電壓源；Breaker模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)，用以模擬斷路器；Series RLC Branch模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)，用以模擬電阻元件

55、；Series RLC Branch1模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)，用以模擬電感元件；3個(gè)Ground模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Elements子庫(kù)，用以模擬接地；Voltage Measurement模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Measurement子庫(kù)，用以模擬電壓表；Current Measurement模塊來(lái)自電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的Measurement子庫(kù)，用以模擬電流表；Scope模塊來(lái)自SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)模塊庫(kù)的Sinks庫(kù)，是用以觀察電壓和電流波形的示波器。(3) 按圖3-53設(shè)置DC Voltage Source模塊參數(shù)；按圖3-54設(shè)置Breaker模塊參數(shù)；按圖3-

56、55設(shè)置Series RLC Branch模塊參數(shù)；按圖3-56設(shè)置Series RLC Branch1模塊參數(shù)。圖3-53 DC Voltage Source模塊的參數(shù)設(shè)置 圖3-54 Breaker模塊的參數(shù)設(shè)置 圖3-55 Series RLC Branch模塊的參數(shù)設(shè)置 圖3-56 Series RLC Branch1模塊的參數(shù)設(shè)置 雙擊Scope模塊，進(jìn)入示波器界面，點(diǎn)擊示波器工具欄中的圖標(biāo)，進(jìn)入示波器參數(shù)對(duì)話框，如圖3-57所示。調(diào)整示波器軸數(shù)為2(因?yàn)橐瑫r(shí)顯示電壓和電流兩路信號(hào)的波形)，調(diào)整后示波器界面如圖3-58所示。圖3-57 示波器參數(shù)對(duì)話框 圖3-58 調(diào)整后示波器界面 (4) 單擊鼠標(biāo)選中Series RLC Branch1模塊，選擇SIMULINK仿真平臺(tái)窗口Format Rotate Block菜單，將Series RLC Branch1模塊方向進(jìn)行調(diào)整，使之由橫向放置變?yōu)樨Q向放置，便于連接。(5) 修改各模塊標(biāo)簽。由于各模塊的默認(rèn)