电力电子的Matlab仿真技术

电力电子技术的Matlab仿真

电力电子技术的Matlab仿真

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提纲 Matlab 概述 Simulink 仿真基础

- Simulink 简介 - Simulink 仿真步骤 电力电子电路的仿真

电力电子技术的Matlab仿真

1 Matlab 概述一、MATLAB的发展及特点MATLAB是由美国的Clever Moler博士于1980年开发的， 初衷是为解决“线性代数”课程的矩阵运算问题。 后来又被MathWorks公司商业化，用于算法开发、数据 分析及数值计算等，主要包括MATLAB和Simulink两部分。

MATLAB是Matrix Laboratory 的简称，发展迅速。目 前，MATLAB 已经成为国际上最流行的科学与工程计算的软 件工具，现在的 MATLAB 已经不仅仅是一个“矩阵实验室” 了，它已经成为了一种具有广泛应用前景的全新的计算机高 级编程语言，有人称它为“第四代”计算机语言，它在国内 外高校和研究部门正扮演着重要的角色。

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特点 它将一个优秀软件的易用性与可靠性、通用性与专业性 有机

的相结合。 它是一种直译式的高级语言，基本单位是矩阵，比其它程序 设计语言容易。 MATLAB已经不仅是一个“矩阵实验室”了，它集科学计 算、图象处理、声音处理于一身，并提供了丰富的Windows 图形界面设计方法 MATLAB吸收了其他软件的优点，是功能强大的计算机高 级语言, 它以超群的风格与性能风靡全世界, 成功地应用于 各工程学科的研究领域

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主要应用领域 工业研究与开发 数学教学，特别是线性代数

数值分析和科学计算方面的教学与研究 电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的 教学与研究 经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他领域中 的教学与研究 图像处理和信号检测等方面

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二、MATLAB语言的功能1 矩阵运算功能MATLAB提供了丰富的矩阵运算处理功能，是基于矩阵运算 的处理工具。

2 符号运算功能

3 丰富的绘图功能与计算结果的可视化具有高层绘图功能——二维、三维绘图； 具有底层绘图功能——句柄绘图； 使用plot函数可随时将计算结果可视化，图形可修饰和控制

4 图形化程序编制功能动态系统进行建模、仿真和分析的软件包 用结构图编程，而不用程序编程 只需拖几个方块、连几条线，即可实现编程功能

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5 丰富的MATLAB工具箱

MATLAB主工具箱 符号数学工具箱 SIMULINK仿真工具箱 控制系统工具箱 信号处理工具箱 图象处理工具箱 通讯工具箱 系统辨识工具箱 神经元网络工具箱 金融工具箱

许多学科，在 MATLAB中都有专 用工具箱

,现已有 几十个工具箱，但 MATLAB语言的扩 展开发还远远没有 结束，各学科的相 互促进，将使得 MATLAB更加强大

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6 MATLAB的兼容功能可与C/C++、JAVA、FORTURE等语言跨平台兼容

7 MATLAB的容错功能非法操作时给出提示，并不影响其操作

8 MATLAB的开放式可扩充结构matlab 除内部函数外，都是开放的 用户可按自己意愿随意更改 正因为此功能，使得matlab的应用越来越广泛

9 强大的联机检索帮助系统可随时检索matlab函数 可随时查询matlab函数的使用方法

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三、MATLAB集成环境Simulink

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2 Simulink 仿真基础 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提供了一些按功能 分类的基本的系统模块，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。

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2.1 Simulink简介通过演示一个Simulink的简单模型，了解建立模型的步骤. 【例1】创建一个正弦信号的仿真模型。

(1) 在MATLAB的命令窗口运行simulink命令，或单击工 具栏中的图标，就可以打开Simulink模块库浏览器 (Simulink Library Browser) 窗口。 (2) 单击工具栏上的图标或选择菜单“File”——“New”— —“Model”,新建一个名为“untitled”的空白模型窗口。 (3) 在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source”子模块库 前的“+”(或双击Source),或者直接在左侧模块和工具箱 栏单击Simulink下的Source子模块库，便可看到各种输入 源模块。

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(4) 用鼠标单击所需要的输入信号源模块“Sine Wave”(正 弦信号),将其拖放到的空白模型窗口“untitled”,则 “Sine Wave”模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠 标选中“Sine Wave”模块，单击鼠标右键，在快捷菜单中 选择“add to 'untitled'”命令，就可以将“Sine Wave”模 块添加到untitled窗口. (5) 用同样的方法打开接收模块库“Sinks”,选择其中的 “Scope”模块(示波器)拖放到“untitled”窗口中。(6) 在“untitled”窗口中，用鼠标指向“Sine Wave”右侧 的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标拖向

“Scope” 模块的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信 号线连接，一个简单模型已经建成。

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(7) 开始仿真，单击“untitled”模型窗口中“开始仿真” 图标，或者选择菜单“Simulink”——“Start”,则仿真 开始。双击“Scope”模块出现示波器显示屏，可以看到 黄色的正弦波形。 (8) 保存模型，单击工具栏的图标。

Simulink模型窗口

示波器窗口

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一、SIMULINK的启动(三种方法) 二、SIMULINK的模块库介绍SIMILINK模块库按功能分14类子库： Continuous(连续模块库) Discontinuities (非线性模块库) Discrete(离散模块库) Logic and Bit Operations(逻辑与位操作模块) Lookup Tables (查询表模块库) Math Operations (数学运算模块库) Model Verification(模型验证模块库) Model-wide utilities (模块实用模块库) Ports & Subsystems (端口和子系统模块库) Signal Attributes(信号属性模块库) Signal Routing(信号路由模块库) Sinks(接收器模块库) Sources(输入源模块库) User-defined functions(用户自定义模块库)

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SimpowerSystems模型库Extra Library (其他模块库)

Application Libraries(应用)Electrical Sources(电源) Elements(元器件) Machines (电机模块库) Measurements(测量仪器) Power Electronics(电力电子 元件)

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三、Simulink模块的基本操作1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 模块的提取 模块的移动、放大和缩小 模块的复制和粘贴 模块的删除和恢复 模块的转向 模块名的修改和移动 模块颜色的改变 模块的参数设置 模块的属性设定 模块的连接 连线的弯折、移动和删除 批处理方法

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2.2 Simulink仿真步骤1 构建仿真模型 2 设置模块参数

3 设置仿真参数4 启动仿真 5 观测仿真结果

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仿真参数设置对话框

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Solver页机仿真中对时间的一种表示，比如10秒的仿真时间，如果采样步长定 为0.1,则需要执行100步，若把步长减小，则采样点数增加，那么实际 的执行时间就会增加。一般仿真开始时间设为0,而结束时间视不同的 因素而选择。总的说来，执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因素， 包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速度等 等。

1) 仿真时间：注意这里的时间概念与真实的时间并不一样，只是计算

2) 仿真步长模式：用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步长选取方式，可供选择的有Variable-step(变步长)和Fixed-step (固定步长)方式。变步长模式可以在仿真的

过程中改变步长，提供 误差控制和过零检测。固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长， 不提供误差控制和过零检测。用户还可以在第二个下拉选项框中选择 对应模式下仿真所采用的算法。

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3)a)

步长参数：对于变步长模式，用户可以设置最大的和推荐的初始步长参数，缺省情况下，步长自动地确定，它由值auto表示。 Maximum step size(最大步长参数):它决定了解法器能够使用的 最大时间步长，它的缺省值为“仿真时间/50”,即整个仿真过程中至 少取50个取样点，但这样的取法对于仿真时间较长的系统则可能带来 取样点过于稀疏，而使仿真结果失真。一般建议对于仿真时间不超过 15s的采用默认值即可，对于超过15s的每秒至少保证5个采样点，对 于超过100s的，每秒至少保证3个采样点。 Initial step size(初始步长参数):一般建议用“auto”默认值即可。

b)

4)a) b)

仿真精度的定义(对于变步长模式)Relative tolerance(相对误差):它是指误差相对于状态的值，是一 个百分比，缺省值为1e-3,表示状态的计算值要精确到0.1%。 Absolute tolerance(绝对误差):表示误差值的门限，或者是说在状 态值为零的情况下，可以接受的误差。如果它被设成了auto,那么 simulink为每一个状态设置初始绝对误差为1e-6。

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2.3 其他一、示波器的使用Y轴放大 打开参数对话框 区域放大 X轴放大

自动尺寸 (复原)

恢复保存过 的坐标设置

浮动示波器把当前的坐 标设置保存

示波器窗口