第7章 Simulink的基础应用

1第7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电气仿真初探21990年，MathWorks软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图输入与仿真工具，并命名为SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛的认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段。SIMULINK的软件的名称表明该系统的两个主要功能：Simu（仿真）和Link（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。3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。41.SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。5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。62.2Simulink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）72.3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+R85、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ScreenColor指令。8、设定模块参数利用鼠标左键双击模块图标。9、设定模块属性选中模块→右键点击BlockProperties。10、设定模块输入、输出信号模块处理的信号包括标量信号和向量信号。911、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。12、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。13、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。10第3节仿真模型的搭建方法与步骤3.1构建SIMULINK仿真系统模型1．打开一个SIMULINK仿真模型窗口。2.构建一个SIMULINK仿真模型。3.运行SIMULINK仿真模型构建好一个系统的模型之后，接下来的事情就是运行模型，得出仿真结果。运行一个仿真的完整过程分成三个步骤：设置仿真参数，启动仿真和仿真结果分析。113.2设置仿真参数和选择解法器设置仿真参数和选择解法器，选择Simulation菜单下的Parameters命令，就会弹出一个仿真参数对话框，它主要用三个页面来管理仿真的参数。Solver页，它允许用户设置仿真的开始和结束时间，选择解法器，说明解法器参数及选择一些输出选项。DataImport/Export页，作用是管理模型从MATLAB工作空间的输入和对它的输出。Diagnostics页，允许用户选择Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。123.3启动仿真启动仿真设置仿真参数和选择解法器后，可以启动仿真运行。选择菜单下start选项来启动仿真，如果模型中有些参数没有定义，则会出现错误信息提示框。否则开始仿真运行，结束时系统会发出一鸣叫声。13【例7-1】观察信号发生器输出波形具体操作步骤如下：（1）进入SIMULINK，打开一个空白的模型窗口。（2）打开SIMULINK的Sources模块库，选择SignalGenerator（信号发生器）。（3）打开SIMULINK的Sinks模块库，选择Scope（示波器）。（4）连接SignalGenerator（信号发生器）模块和Scope（示波器）模块。图6-5连接SignalGenerator模块和Scope模块145）双击SignalGenerator（信号发生器）模块图标，打开SignalGenerator（信号发生器）模块的对话框。在SignalGenerator（信号发生器）对话框中可以选择信号发生器的WaveForm（波形）、Amplitude（修改幅度）和Frequency（频率）参数。15（6）单击图形窗口中的按钮，双击Scope（示波器）模块图标，打开示波器显示屏，可以看到信号发生器输出波形，如图所示。16【例7-2】演示“示波”模块的向量显示能力。17例7-3：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。182.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193.4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。203.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Subsystem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。21例：创建延迟子系统，能够将输入信号不延迟、延迟120°、延迟240°，并将三个信号输出.VtVa)250sin(220VtVVtVVtVcba)240250sin(220)120250sin(220)250sin(220输出：输入：22t=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');23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。244.1.3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。255.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。264.2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。274.2.2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。28（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。293.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。3031324.2.3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=2*pi*fφ=Phase*pi/180当交流电压源频率为0时，表示直流电