第8章-Simulink的基礎應用(上課)

第8章

Simulink的基礎應用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，更加強大；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的運行操作1、運行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；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（不加擴展名）；在MATLAB菜單中，選擇“File-Open-Model”利用MATLAB工具條上的“打開”圖標。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)學運算模塊庫）5、ModelVerification（模型驗證模塊庫）6、Model-WideUtilities（模塊實用模塊庫）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、復制模塊使用“復制”、“粘帖”圖標；按下左鍵同時，按下Ctrl鍵，移動鼠標。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拖曳模塊四周的黑點。6、模塊重新命名用鼠標單擊模塊名稱即可。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、設定模塊參數(shù)利用鼠標左鍵雙擊模塊圖標。69、連接功能模塊按住鼠標左鍵連接；當需要分支結構的連線時，可以在畫好一條線后，將鼠標移動到支線的起點位置，再按下Ctrl鍵，同時按下鼠標左鍵，直到目標模塊的輸入端。10、設定連線標簽在線上雙擊鼠標選中該線，打開Edit菜單下的SignalProperties中的SignalName進行設置。11、連線的折彎按下shift鍵，用鼠標在需要折彎處單擊，出現(xiàn)小圓圈，表示折點，利用折點便可改變線的形狀。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.設置仿真參數(shù)4.觀察并分析仿真結果5.仿真數(shù)據(jù)的導出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，以便于設計。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功能模塊復制到打開的模型窗口中；②雙擊Subsystem功能模塊，進入自定義功能模塊窗口，利用已有的基本功能模塊設計新的功能模塊。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)絡電路元件和非線性網(wǎng)絡電路元件。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備元件。4.電機元件電機元件（Machines）庫中包含了各種電機模型電機模型。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.應用程序庫應用程序（ApplicationLibraries）庫中包含了三種應用程序。7.附件元件附加元件（ExtrasLibrary）庫中包含了三相模塊、特殊測量設備，以及控制模塊，可以通過在指令窗口中輸入“powerlib_extras”進入附加元件庫。8.電力圖形用戶接口電力圖形用戶接口（powergui）用來進行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析。9.演示（Demos)194.2設計電源元件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，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計中常見的電路元件。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)設置雙擊直流電壓源元件，則彈出“直流電壓源參數(shù)設置”對話框。21（1）幅值幅值選項表示該電壓源的電壓幅值，單位是V，可直接在Amplitude選項中輸入電壓大小即可。（2）測量測量選項用來選擇是否測量直流電壓源相關量。有兩個選項：None：對直流電壓源不進行相關量的測量。Voltage：對直流電壓源的相關量進行測量。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）中顯示的相關量移至被測量電氣量（SelectedMeasurements）即可。223.范例設計要求對下列電路進行仿真，已知在t=0.003s時，開關閉合，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計中常見的電路元件。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

當交流電壓源頻率為0時，表示直流電壓源。242.參數(shù)設置雙擊交流電壓源元件，則彈出“交流電壓源參數(shù)設置”對話框。在“交流電壓源參數(shù)設置”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：采樣時間Measurements：測量253.范例設計要求對下列電路進行仿真，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計中常見的電路元件。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

當交流電流源頻率為0時，表示直流電流源。272.參數(shù)設置雙擊交流電流源元件，則彈出“交流電流源參數(shù)設置”對話框。在“交流電流源參數(shù)設置”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。可以對受控電壓源進行初始化，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初始值的電壓波形。2.參數(shù)設置雙擊受控電壓源元件，則彈出“受控電壓源參數(shù)設置”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。可以對受控電流源進行初始化，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極到正極。2.參數(shù)設置雙擊該元件，便可以彈出對應的參數(shù)設置對話框。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

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