第8章-Simulink的基礎(chǔ)應(yīng)用(上課)

第8章

Simulink的基礎(chǔ)應(yīng)用Simulink的特色Simulink的操作方法仿真模型的搭建方法與步驟電力系統(tǒng)仿真初探1第1節(jié)Simulink的特色與用戶交互接口基于Windows的模型化圖形輸入；Simulink可以模擬線性與非線性系統(tǒng)，連續(xù)與非連續(xù)系統(tǒng)，或它們的混合系統(tǒng)，并且提供了圖形動畫處理方法，以便于觀察系統(tǒng)仿真的整個過程；Simulink提供了S函數(shù)，使Simulink更加充實(shí)，更加強(qiáng)大；Simulink具有開放性，允許用戶定制自己的功能模塊和模塊庫。2第2節(jié)Simulink的操作方法2.1Simulink的運(yùn)行操作1、運(yùn)行Simulink的方法在MATLAB的命令窗口直接鍵入“simulink”;利用MATLAB工具條上的Simulink快捷鍵圖標(biāo)；在MATLAB菜單中，選擇“File-New-Model”2、打開已存在的模型文件在MATLAB主窗口中直接鍵入文件名（不加擴(kuò)展名）；在MATLAB菜單中，選擇“File-Open-Model”利用MATLAB工具條上的“打開”圖標(biāo)。32.2Simulink模塊庫1、Continuous（連續(xù)模塊）2、Discrete（離散模塊）3、Look-UpTables（查詢表模塊庫）4、MathOperations（數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫）5、ModelVerification（模型驗(yàn)證模塊庫）6、Model-WideUtilities（模塊實(shí)用模塊庫）7、Ports&Subsystems（端口和子系統(tǒng)模塊庫）8、SignalAtributies（信號屬性模塊庫）9、SignalRouting（信號路由模塊庫）10、Sinks（接收器模塊庫）11、Sources（輸入源模塊庫）12、User-DefinesFunctions（用戶定義模塊庫）13、Discontinuities（非線性模塊庫）42.3功能模塊的操作方法1、移動模塊選中，按住左鍵即可移動；若脫離線移動，可按住shift鍵，再拖曳。2、復(fù)制模塊使用“復(fù)制”、“粘帖”圖標(biāo)；按下左鍵同時(shí)，按下Ctrl鍵，移動鼠標(biāo)。3、刪除模塊選中模塊，按下Delete按下shift，選中多個模塊，按Delete4、模塊的轉(zhuǎn)向Format中的FlipBlock或者RotateBlock快捷鍵Ctrl+I或者Ctrl+R55、改變模塊大小用鼠標(biāo)拖曳模塊四周的黑點(diǎn)。6、模塊重新命名用鼠標(biāo)單擊模塊名稱即可。7、改變模塊及窗口顏色使用Format菜單的ForegroundColor指令或者BackgroundColor指令。8、設(shè)定模塊參數(shù)利用鼠標(biāo)左鍵雙擊模塊圖標(biāo)。69、連接功能模塊按住鼠標(biāo)左鍵連接；當(dāng)需要分支結(jié)構(gòu)的連線時(shí)，可以在畫好一條線后，將鼠標(biāo)移動到支線的起點(diǎn)位置，再按下Ctrl鍵，同時(shí)按下鼠標(biāo)左鍵，直到目標(biāo)模塊的輸入端。10、設(shè)定連線標(biāo)簽在線上雙擊鼠標(biāo)選中該線，打開Edit菜單下的SignalProperties中的SignalName進(jìn)行設(shè)置。11、連線的折彎按下shift鍵，用鼠標(biāo)在需要折彎處單擊，出現(xiàn)小圓圈，表示折點(diǎn)，利用折點(diǎn)便可改變線的形狀。7第3節(jié)仿真模型的搭建方法與步驟3.1傳感器輸出特性仿真例：已知某直流比較儀的輸出特性曲線表達(dá)式為：I1=kI2+I0

式中I1和I2分別是一次電流和二次電流，I0為比較儀的偏置系數(shù)，k為比較儀的靈敏度，已知k=114和I0=110mA，試用Simulink繪制該比較儀的輸出特性曲線。1.調(diào)用功能模塊確定需要哪些功能模塊，并找到所在的模塊庫。需要以下模塊：Ramp、Constant、Gain、sum、scope。82.創(chuàng)建并保存模型文件3.設(shè)置仿真參數(shù)4.觀察并分析仿真結(jié)果5.仿真數(shù)據(jù)的導(dǎo)出93.2創(chuàng)建與封裝子系統(tǒng)的基本方法封裝：將一些模塊組合成子系統(tǒng)，以簡化模型。1、建立子系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以減少在模型窗口的模塊數(shù)，使系統(tǒng)條理清晰、層次分明、便于連線；將相關(guān)模塊放在一起，用戶可以用建立子系統(tǒng)創(chuàng)建自己的模塊庫；可以生成層次化的模型圖表，即子系統(tǒng)一層，組成子系統(tǒng)的模塊在另一層，以便于設(shè)計(jì)。2、創(chuàng)建子系統(tǒng)的途徑（1）將現(xiàn)有多個模塊相連接，再組合成新的模塊（2）采用Ports&Subsystems模塊庫中的Subsystem模塊10（1）由功能模塊組合成子系統(tǒng)將現(xiàn)有的多個功能模塊組合起來，形成新的功能模塊。例：構(gòu)建下圖所示的子系統(tǒng)11（2）利用Ports&Subsystems功能模塊①將Ports&Subsystems模塊庫中的Subsystem功能模塊復(fù)制到打開的模型窗口中；②雙擊Subsystem功能模塊，進(jìn)入自定義功能模塊窗口，利用已有的基本功能模塊設(shè)計(jì)新的功能模塊。12例：創(chuàng)建一個三相電壓波性的子系統(tǒng)，即：13>>t=sinewave(:,1);>>ua=sinewave(:,2);>>ub=sinewave(:,3);>>uc=sinewave(:,4);>>plot(t,ua,'+-k',t,ub,':r',t,uc,'-m')>>title('三相電壓波性');>>xlabel('時(shí)間t/ms');>>ylabel('電壓/V');>>legend('Va','Vb','Vc');1415第4節(jié)電力系統(tǒng)仿真初探4.1電力系統(tǒng)元件庫簡介4.1.1啟動電力系統(tǒng)元件庫

1.利用指令窗口啟動在指令窗口中輸入以下指令即可。

>>powerlib2.利用“開始”導(dǎo)航區(qū)啟動

Start→Simulink→SimPowerSystem→BlockLibrary164.1.2退出電力系統(tǒng)元件庫單擊“電力系統(tǒng)元件庫”對話框中的File菜單，激活

ExitMatlab命令即可；2.單擊“電力系統(tǒng)元件庫”對話框右上角上的“×”按鈕即可完成退出。4.1.3電力系統(tǒng)元件庫簡介

電力系統(tǒng)元件庫是專用于RLC電路、電力電子電路、電機(jī)傳動控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)仿真用的模塊庫。主要有9個子模塊庫：171.電源元件電源元件（ElectricalSources）庫中包含了產(chǎn)生電信號的各種元件。2.線路元件線路元件（Elements）庫中包含了各種線性網(wǎng)絡(luò)電路元件和非線性網(wǎng)絡(luò)電路元件。3.電力電子元件電力電子元件（PowerElectronics）庫中包含了各種電力電子設(shè)備元件。4.電機(jī)元件電機(jī)元件（Machines）庫中包含了各種電機(jī)模型電機(jī)模型。185.電路測量儀器電路測量儀器（Measurements）庫中包含了各種電流測量元件和電壓測量元件。6.應(yīng)用程序庫應(yīng)用程序（ApplicationLibraries）庫中包含了三種應(yīng)用程序。7.附件元件附加元件（ExtrasLibrary）庫中包含了三相模塊、特殊測量設(shè)備，以及控制模塊，可以通過在指令窗口中輸入“powerlib_extras”進(jìn)入附加元件庫。8.電力圖形用戶接口電力圖形用戶接口（powergui）用來進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析。9.演示（Demos)194.2設(shè)計(jì)電源元件4.2.1電源元件簡介電源元件庫中包含了產(chǎn)生電信號的各種元件。雙擊電源元件庫圖標(biāo)，彈出“電源元件庫”對話框七種元件：直流電壓源、交流電壓源、交流電流源、受控電壓源、受控電流源、三相電源、三相可編程電壓源。204.2.2直流電壓源1.功能說明直流電壓源是電路設(shè)計(jì)中常見的電路元件。MATLAB提供的直流電壓源為一理想電壓源。在元件模型中，直流電壓源的正極用正號表示。2.參數(shù)設(shè)置雙擊直流電壓源元件，則彈出“直流電壓源參數(shù)設(shè)置”對話框。21（1）幅值幅值選項(xiàng)表示該電壓源的電壓幅值，單位是V，可直接在Amplitude選項(xiàng)中輸入電壓大小即可。（2）測量測量選項(xiàng)用來選擇是否測量直流電壓源相關(guān)量。有兩個選項(xiàng)：None：對直流電壓源不進(jìn)行相關(guān)量的測量。Voltage：對直流電壓源的相關(guān)量進(jìn)行測量。測量方法：從電路測量儀器元件庫（Measurements）中選擇萬用表（Multimeter）元件加載在相關(guān)電路中。將在萬用表元件參數(shù)對話框中顯示的可測量電氣量（AvailableMeasurements）中顯示的相關(guān)量移至被測量電氣量（SelectedMeasurements）即可。223.范例設(shè)計(jì)要求對下列電路進(jìn)行仿真，已知在t=0.003s時(shí)，開關(guān)閉合，直流電壓110V，電阻5Ω，電容150μF。觀察電路中電流和電容電壓的變化規(guī)律。234.2.3交流電壓源1.功能說明交流電壓源是電路設(shè)計(jì)中常見的電路元件。MATLAB軟件提供的交流電壓源為一理想交流電壓源。交流電壓源由以下方程描述：V=Asin(ωt+φ)

其中：ω

=2πf

φ

=Phaseπ/180

當(dāng)交流電壓源頻率為0時(shí)，表示直流電壓源。242.參數(shù)設(shè)置雙擊交流電壓源元件，則彈出“交流電壓源參數(shù)設(shè)置”對話框。在“交流電壓源參數(shù)設(shè)置”對話框中包含兩個區(qū)域。分別是交流電壓源說明和參數(shù)區(qū)域。PeakAmplitude：峰值Phase：初相位Frequency：頻率SampleTime：采樣時(shí)間Measurements：測量253.范例設(shè)計(jì)要求對下列電路進(jìn)行仿真，分別測量兩個電源輸出波形與兩電源之和波形。已知條件如下：電源頻率/Hz幅值/V相位角/°U1507520U260307.5Rs：100ΩZs.R：100Zs.L：100mHZs.C：150μF264.2.4交流電流源1.功能說明交流電流源是電路設(shè)計(jì)中常見的電路元件。MATLAB軟件提供的交流電流源為一理想交流電流源。交流電流源由以下方程描述：I=Asin(ωt+φ)

其中：ω

=2πf

φ=Phaseπ/180

當(dāng)交流電流源頻率為0時(shí)，表示直流電流源。272.參數(shù)設(shè)置雙擊交流電流源元件，則彈出“交流電流源參數(shù)設(shè)置”對話框。在“交流電流源參數(shù)設(shè)置”對話框中包含兩個區(qū)域。分別是交流電流源說明和參數(shù)區(qū)域。PeakAmplitude：峰值Phase：初相位Frequency：頻率SampleTime：采樣時(shí)間Measurements：測量284.2.5受控電壓源1.功能說明

MATLAB軟件提供由激勵信號源控制的受控電壓源?？梢詫κ芸仉妷涸催M(jìn)行初始化，加入直流電壓或者交流電壓信號，便可以在電路中加入對應(yīng)初始值的電壓波形。2.參數(shù)設(shè)置雙擊受控電壓源元件，則彈出“受控電壓源參數(shù)設(shè)置”對話框。29Initialize：初始化Sourcetype：激勵源類型（AC、DC）Initialamplitude：初始化振幅Initialphase：初始化相位Initialfrequency：初始化頻率304.2.6受控電流源1.功能介紹

MATLAB中具有由激勵信號源控制的受控電流源?？梢詫κ芸仉娏髟催M(jìn)行初始化，通過加入直流電流激勵或者交流電流激勵，便可以在電路中加入對應(yīng)初始值的電流波形。在受控電流源元件上，表明了電流的正方向，電流沿著箭頭所指方向由負(fù)極到正極。2.參數(shù)設(shè)置雙擊該元件，便可以彈出對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置對話框。31Initialize：初始化Sourcetype：激勵源類型（AC、DC）Initialamplitude：初始化振幅Initialphase：初始化相位Initialfrequency：初始化頻率324.2.7三相電源1.功能說明

三相電源是電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的電路元件，它的運(yùn)行特性對電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)起決定性作用。三相電源元件提供了帶有串聯(lián)RL支