第8章 Simulink的基础应用

1第8章Simulink的基础应用Simulink的特色Simulink的操作方法仿真模型的搭建方法与步骤电力系统仿真初探2第1节Simulink的特色与用户交互接口基于Windows的模型化图形输入；Simulink可以模拟线性与非线性系统，连续与非连续系统，或它们的混合系统，并且提供了图形动画处理方法，以便于观察系统仿真的整个过程；Simulink提供了S函数，使Simulink更加充实，更加强大；Simulink具有开放性，允许用户定制自己的功能模块和模块库。3第2节Simulink的操作方法2.1Simulink的运行操作1、运行Simulink的方法在MATLAB的命令窗口直接键入“simulink”;利用MATLAB工具条上的Simulink快捷键图标；在MATLAB菜单中，选择“File-New-Model”2、打开已存在的模型文件在MATLAB主窗口中直接键入文件名（不加扩展名）；在MATLAB菜单中，选择“File-Open-Model”利用MATLAB工具条上的“打开”图标。42.2Simulink模块库1、Continuous（连续模块）2、Discrete（离散模块）3、Look-UpTables（查询表模块库）4、MathOperations（数学运算模块库）5、ModelVerification（模型验证模块库）6、Model-WideUtilities（模块实用模块库）7、Ports&Subsystems（端口和子系统模块库）8、SignalAtributies（信号属性模块库）9、SignalRouting（信号路由模块库）10、Sinks（接收器模块库）11、Sources（输入源模块库）12、User-DefinesFunctions（用户定义模块库）13、Discontinuities（非线性模块库）52.3功能模块的操作方法1、移动模块选中，按住左键即可移动；若脱离线移动，可按住shift键，再拖曳。2、复制模块使用“复制”、“粘帖”图标；按下左键同时，按下Ctrl键，移动鼠标。3、删除模块选中模块，按下Delete按下shift，选中多个模块，按Delete4、模块的转向Format中的FlipBlock或者RotateBlock快捷键Ctrl+I或者Ctrl+R65、改变模块大小用鼠标拖曳模块四周的黑点。6、模块重新命名用鼠标单击模块名称即可。7、改变模块及窗口颜色使用Format菜单的ForegroundColor指令或者BackgroundColor指令。8、设定模块参数利用鼠标左键双击模块图标。79、连接功能模块按住鼠标左键连接；当需要分支结构的连线时，可以在画好一条线后，将鼠标移动到支线的起点位置，再按下Ctrl键，同时按下鼠标左键，直到目标模块的输入端。10、设定连线标签在线上双击鼠标选中该线，打开Edit菜单下的SignalProperties中的SignalName进行设置。11、连线的折弯按下shift键，用鼠标在需要折弯处单击，出现小圆圈，表示折点，利用折点便可改变线的形状。8第3节仿真模型的搭建方法与步骤3.1传感器输出特性仿真例：已知某直流比较仪的输出特性曲线表达式为：I1=kI2+I0式中I1和I2分别是一次电流和二次电流，I0为比较仪的偏置系数，k为比较仪的灵敏度，已知k=114和I0=110mA，试用Simulink绘制该比较仪的输出特性曲线。1.调用功能模块确定需要哪些功能模块，并找到所在的模块库。需要以下模块：Ramp、Constant、Gain、sum、scope。92.创建并保存模型文件3.设置仿真参数4.仿真结果5.仿真数据的导出103.2创建与封装子系统的基本方法封装：将一些模块组合成子系统，以简化模型。1、建立子系统的优点可以减少在模型窗口的模块数，使系统条理清晰、层次分明、便于连线；将相关模块放在一起，用户可以用建立子系统创建自己的模块库；可以生成层次化的模型图表，即子系统一层，组成子系统的模块在另一层，以便于设计。2、创建子系统的途径采用Ports&Subsystems模块库中的Subsystem模块将现有多个模块相连接，再组合成新的模块。113.利用Ports&Subsystems功能模块（1）将Ports&Subsystems模块库中的Subsystem功能模块复制到打开的模型窗口中；（2）双击Sunsystem功能模块，进入自定义功能模块窗口，利用已有的基本功能模块设计新的功能模块。12例：创建一个三相电压波性的子系统，即：VtVVtVVtVcba)240250sin(220)120250sin(220)250sin(22013t=sinewave(:,1);ua=sinewave(:,2);ub=sinewave(:,3);uc=sinewave(:,4);plot(t,ua,'+-k',t,ub,':r',t,uc,'-m')title('三相电压波性');xlabel('时间t/ms');ylabel('电压/V');legend('Va','Vb','Vc');144.由功能模块组合成子系统将现有的多个功能模块组合起来，形成新的功能模块。例：构建下图所示的子系统15第4节电力系统仿真初探4.1电力系统元件库简介4.1.1启动电力系统元件库1.利用指令窗口启动在指令窗口中输入以下指令即可。powerlib2.利用“开始”导航区启动Start→Simulink→SimPowerSystem→BlockLibrary8.1.2退出电力系统元件库1.单击“电力系统元件库”对话框中的File菜单，激活ExitMatlab命令即可；2.单击“电力系统元件库”对话框右上角上的“×”按钮即可完成退出。164.1.3电力系统元件库简介1.电源元件电源元件（ElectricalSources）库中包含了产生电信号的各种元件。2.线路元件线路元件（Elements）库中包含了各种线型网络电路元件和非线性网络电路元件。3.电力电子元件电力电子元件（PowerElectronics）库中包含了各种电力电子设备元件。4.电机元件电机元件（Machines）库中包含了各种电机模型电机模型。175.电路测量仪器电路测量仪器（Measurements）库中包含了各种电流测量元件和电压测量元件。6.应用程序库应用程序（ApplicationLibraries）库中包含了三种应用程序。7.附件元件附加元件（ExtrasLibrary）库中包含了三相模块、特殊测量设备，以及控制模块，可以通过在指令窗口中输入“powerlib_extras”进入附加元件库。8.电力图形用户接口电力图形用户接口（powergui）用来进行电力系统稳态分析。184.2设计电源元件4.2.1电源元件简介电源元件库中包含了产生电信号的各种元件。双击电源元件库图标，弹出“电源元件库”对话框七种元件：直流电压源、交流电压源、交流电流源、受控电压源、受控电流源、三相电源、三相可编程电压源。194.2.2直流电压源1.功能说明直流电压源是电路设计中常见的电路元件。MATLAB提供的直流电压源为一理想电压源。在元件模型中，直流电压源的正极用正号表示。2.参数设置双击直流电压源元件，则弹出“直流电压源参数设置”对话框。20（1）幅值幅值选项表示该电压源的电压幅值，单位是V，可直接在Amplitude选项中输入电压大小即可。（2）测量测量选项用来选择是否测量直流电压源相关量。有两个选项：None：对直流电压源不进行相关量的测量。Voltage：对直流电压源的相关量进行测量。测量方法：从电路测量仪器元件库中选择万用表（Multimeter）元件加载在相关电路中。将在万用表元件参数对话框中显示的可测量电气量（AvailableMeasurements）中显示的相关量移至被测量电气量（SelectedMeasurements）即可。213.范例设计要求对下列电路进行仿真，已知在t=0.003s时，开关闭合，直流电压110V，电阻5Ω，电容150μF。观察电路中电流和电容电压的变化规律。224.2.3交流电压源1.功能说明交流电压源是电路设计中常见的电路元件。MATLAB软件提供的交流电压源为一理想交流电压源。交流电压源由以下方程描述：V=Asin(ωt+φ)其中：ω=2πfφ=Phaseπ/180当交流电压源频率为0时，表示直流电压源。232.参数设置双击交流电压源元件，则弹出“交流电压源参数设置”对话框。在“交流电压源参数设置”对话框中包含两个区域。分别是交流电压源说明和参数区域。PeakAmplitude：峰值Phase：初相位Frequency：频率SampleTime：采样时间Measurements：测量243.范例设计要求对下列电路进行仿真，分别测量两个电源输出波形与两电源之和波形。已知条件如下：电源频率/Hz幅值/V相位角/°U1507520U260307.5Rs：100ΩZs.R：100Zs.L：100mHZs.C：150μF254.2.4交流电流源1.功能说明交流电流源是电路设计中常见的电路元件。MATLAB软件提供的交流电流源为一理想交流电流源。交流电流源由以下方程描述：I=Asin(ωt+φ)其中：ω=2πfφ=Phaseπ/180当交流电流源频率为0时，表示直流电流源。262.参数设置双击交流电流源元件，则弹出“交流电流源参数设置”对话框。在“交流电流源参数设置”对话框中包含两个区域。分别是交流电流源说明和参数区域。PeakAmplitude：峰值Phase：初相位Frequency：频率SampleTime：采样时间Measurements：测量274.2.5受控电压源1.功能说明MATLAB软件提供由激励信号源控制的受控电压源。可以对受控电压源进行初始化，加入直流电压或者交流电压信号，便可以在电路中加入对应初始值的电压波形。2.参数设置双击受控电压源元件，则弹出“受控电压源参数设置”对话框。28Initialize：初始化Sourcetype：激励源类型（AC、DC）Initialamplitude：初始化振幅Initialphase：初始化相位Initialfrequency：初始化频率294.2.6受控电流源1.功能介绍MATLAB中具有由激励信号源控制的受控电流源。可以对受控电流源进行初始化，通过加入直流电流激励或者交流电流激励，便可以在电路中加入对应初始值的电流波形。在受控电流源元件上，表明了电流的正方向，电流沿着箭头所指方向由负极到正极。2.参数设置双击该元件，便可以弹出对应的参数设置对话框。30Initialize：初始化Sourcetype：激励源类型（AC、DC）Initialamplitude：初始化振幅Initialphase：初始化相位Initialfrequency：初始化频率314.2.7三相电源1.功能说明三相电源是电路设计中经常用到的电路元件，它的运行特性对电力系统的运行状态起决定性作用。三相电源元件提供了带有串联RL支路的三相电源。2.参数设置双击三相电源元件，弹出“三相电源参数设置”对话框。32334.2.8三相可编程电压源1.功能说明三相可编程电压源是可编程的三相电压源，其幅值、相位、频率和谐波可以随时间变化。三相可编程电压源的主要作用如下：（1）可以对三相电源的幅值、相位和电源基频分量进行时变性编程；（2）可提供两个谐波分量，施加于基频信号；（3）可以用来控制受控电压源和受控电流源。342.参数设置354.3设计线路元件线路元件库中包含了各种线型网络电路元件和非线性网络电路元件。线型元件库中包含四种线路元件，分别是Elements（支路）元件、Lines（输配电线路）元件、CircuitBreakers（断路器元件）和Transformers（变压器）元件。1.支路元件在电力系统电路中，支