Matlab简介

1Matlab简介1980年，美国CleveMoier博士在新墨西哥大学讲课时，认为高级语言的运用十分不便，于是创立了Matlab（MatrixLaboratory的缩写)，即矩阵实验室，早期的Matlab软件是为了帮助老师和学生更好地学习，是作为一个辅助工具而之后逐渐演变成了一种实用性很强的工具。1984，MathWorks软件公司推出了一种高级语言。它不但能编程还能用于数值计算以及图形显示，并用与控制系统以及工程设计。90年，MathWorks软件公司为Matlab开发了一种新的用于图形控制及仿真模型建立的软件Simulink。它是Matlab的一个扩展软件模块，这个模块为用户提供了一个用于建模仿真各种数学物理模型的软件，并且提供各种动态的结构模型，是用户可以快速方便的建模并且仿真，而不必写任何程序。基于此优点，该工具很快被业界认可，并用于各种控制系统。Matlab编程工具不像C语言那样难以掌握，所以在这种仿真环境下用户只需要简单的列出计算式，结果便会以数值或图形的方式显示出来。从Matlab被发明以来，它的快速性集成性、以及应用的方便性在高校中得到了好评。它可以很方便的进行图形输出输入，同时还具有工具箱函数库，也能针对各个学科领域实现各种计算功能。另外，Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便地与其他语言实现混合编程，这都进一步拓宽了它的应用范围和使用领域。Matlab由主程序、Simulink动态仿真系统、和Matlab工具箱三部分组成。其中主程序包括Matlab语言、工作环境以及应用程序；Simulink动态仿真系统是一个相互交互的系统，用户制作一个模拟系统，并动态控制它；而工具箱就是Matlab基本语句的各种子程序和函数库。它有可以分为功能性和学科性工具箱。功能性的工具箱主要用于扩展Matlab的符号计算功能、图形建模功能、文字处理功能和与硬件的实时交互过程，如符号计算工具箱等；学科性的工具箱则有较强的专业性，用于解决特定的问题，如信号处理工具箱和通信工具箱。如今，Matlab软件正在成为对数值、线性代数以及其他一些高等应用数学课程进行辅助教学的有力工具；在工程技术界，Matlab软件也被用来构建与分析一些实际课题的数学模型，其典型的应用包括数值计算、算法预设计与验证，以及一些特殊矩阵的计算应用，如统计、图像处理、自动控制理论、数字信号处理、系统识别和神经网络等。它包括了被称作工具箱(Toolbox)的各类应用问题的求解工具。工具箱实际上是对Matlab软件进行扩展应用的一系列Matlab函数(称为M函数文件)，它可用来求解许多学科门类的数据处理与分析问题。Matlab的主要特点有：1.Matlab的单位为矩阵，它的表达式与数学工程计算类似，并且可以随时修改，而且行和列无需定义。22.Matlab对错误可以立即反映，并且进行解释，大大减少了调试和编程的工作量，且具有友好的人机界面。3.Matlab语言规则适于交流，而且具有强大的作图和数据可视化功能，并且简单、直观、方便。4.Matlab软件包有许多工具箱，各种工具箱能针对某一专门的问题或新算法解决，还为其它语言提供了各种接口，以实现数据的传递和共享。2.2Simulink简介Simulink是MathWorks公司开发的又一个产生重大影响的软件产品。它能准确的分析各种复杂的系统模型，在1990年，Mathworks为MATLAB提供了新型的控制系统模型输入与仿真工具，并取名为Simulink，其中包含了两大主要部分：仿真平台和系统仿真模型库。Simulink可以用来建模、分析和仿真各种动态系统，包括连续、离散以及各种混合系统它提供了鼠标拖放式的方法建立系统框图，通过丰富的功能块，快速建立动态仿真模型。该软件有两个特别明显的功能:仿真与链接。也就是说，可以直接利用鼠标在模型窗口中画出所需要的控制系统模型，然后再利用该软件提供的功能来对控制系统直接进行模拟。很明显，这种做法使得一个原本很复杂的系统变得相当容易输入。Simulink的出现，使得Matlab在控制系统仿真以及电脑辅助设计(CAD)中的应用开创了崭新的一页。Simulink是Matlab环境下的模拟工具，其文件类型为.mdl,Simulink为用户提供了方便的图形化功能模块，以便连接一个模拟系统，简化设计流程，减轻设计负担。更重要的是，Simulink能够用Matlab自身的语言或其它语言，根据s.函数的标准格式，写成自定义的功能模块。因此其扩充性很强，同时也能调用.dll文件类型的应用程序，实现与其集成应用的目的。在倒立摆系统的仿真过程中会用到Simulink的基本操作和用法。2.3SimPowerSystems模型库概述SimPowerSystems是进行电力电子系统仿真的理想工具，与SABER等仿真软件进行器件级别的仿真分析不同，SimPowerSystems中的模型更加关注器件的外特性，易于与控制系统相连接SimPowerSystems模型库中包含常用的电源、电力电子器件和模块、电机模型以及相应的驱动、控制和测量模块，使用这些模块进行电力电子电路系统、电力系统、电力传动等的仿真，能够简化编程工作，以直观易用的图形方式对电气系统进行模型描述。SimPowerSystems的特点：⑴为电力系统模型建立详细而全面的模块库；⑵为快速仿真和实时仿真提供了矢量化和离散化的方法；3⑶不但可以计算电路的状态空间变量还可以计算电力系统的潮流、电流电压的稳态解；⑷提供了扩展电气模块的多种设备。图2-1Simpowersystem模型库2.3.1电源库（ElectricalSources）电源库中包含了电路及电力系统中的各种交流、直流电源，它的英文名称是ElectricalSources，其中包含了以下模块：图2-2电源库CurrentSource是交流电流源；ACVoltageSource是交流电压源；Battery是电池；ControlledCurrentSource是可控电流源；ControlledVoltageSource是可控电压源；DCVoltageSource是直流电流源；Three-PhaseprogrammableVoltageSource是三相可编程电压源；Three-PhaseSource是三相电压源。2.3.2元器件（Elements）4元器件库中包含了各种电器、元件的模型，其中包含了以下几种模块：图2-3元器件Breaker断路器；ConnectionPort连接端子；DistributedParametersLine分布参数传输线；Groundingtransformer接地变压器；Lineartransformer线性变压器；Multi-WindingTransformer多绕组变压器；MutualInductance互感；ParallerRLCBranch并联RLC支路；ParallerRLCLoad并联RLC负载；PiSectionLine型传输线；SaturableTransformer饱和变压器；SeriesRLCBranch串联RLC支路；SeriesRLCLoad并联RLC负载；SurgeArrester压敏电阻；Three-PhaseBraker三相断路器；Three-PhaseDynamicLoad三相动态负载；Three-PhaseFault三相故障；Three-PhaseHarmonicFilter三相滤波器；Three-PhaseMutualInductanceZ1-Z0三相互感正序-零序；Three-PhasePISectionLine三相型传输线；Three-PhaseParallelRLCBranch三相并联RLC支路；Three-PhaseParallelRLCLoad三相并联RLC负载；Three-PhaseTransformer(ThreeWindings)三相变压器（3绕组）Three-PhaseTransformer(TwoWindings)三相变压器（2绕组）；Three-PhaseTransformer12Terminals三相变压器（12端子）；Three-PhaseTransformerInductanceMatrixType(ThreeWindings)电感矩阵式三相变压器（3绕组）；Three-PhaseTransformerInductanceMatrixType（TwoWindings）电感矩阵式三相变压器（2绕组）；ZigzagPhase-ShiftingTransformerZigzag移相变压器。2.3.3测量库（Measurements）5图2-4测量库CurrentMeasurement电流测量；ImpedanceMeasurement阻抗测量；Multimeter多路测量；Three-PhaseV-IMeasurement三相电压电流测量；VoltageMeasurement电压测量。SimPowerSystems还包含了电力电子库（PowerElectronics）模块库和电机库（Machines），电力电子库中可以找到GTO、IGBT和整流桥等元件。电机库（Machines）中可以找到大部分电机的模型。6