《发电毕业设计》word版.doc

第1章 系统仿真概论1.1 概 述1.1.1系统、模型与仿真系统一词最早见著于古希腊原子论创始人得谟克里克特的著作世界大系统一书。该书论述了关于系统的含义，戈登在总结前人思想的基础上，将系统定义为“按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和。现代工程建立系统该尤为重要，通过为工程建立系统的模型使得该系统在具体实施之前有充分的、量化的依据，减少在工程在实施过程中的风险，防止重复建设，通过模型对系统的各项经济指标和技术指标有充分的了解和认识，使资金的风险降低和有效利用，使工程不受被研究系统的规模和复杂性的限制，保证被研究系统的安全，系统试验的经济性，可用于对未来系统的预测以及可持续发展以及合理利用方面都有积极的意义。人们在长期的研究与应用中，创造了适于不同对象研究分析要求的模型描述形式，Oren 进行了总结，将模型形式加以分类如表1.1所示： 模型描述变量的轨迹模型的时间集合模型形式变量范围连续离散空间连续变化模型空间不连续变化模型连续时间模型偏微分方程常微分方程离散（变化）模型离散时间模型差分方程有限状态机马尔可夫链连续时间模型活动扫描时间调度进程交互表1.1模型分类 “建模试验分析”的基础上，提出了“仿真是一种基于模型的活动”的定义，被认为是现代仿真技术的一个重要概念。实际上，随着科学技术的进步，特别是信息技术的迅速发展，“仿真”的技术含义不断的得以发展和完善。无论哪种定义，仿真基于模型这一基本观点是共同的。综上所述，“系统、模型、仿真”这三者之间有着密切的联系。系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的试验以达到研究系统的目的。现代仿真技术均是在计算机支持下进行的，因此，系统仿真也称为计算机仿真。系统仿真有三个基本活动，即系统建模、仿真建模和仿真实验，联系这三个活动的是系统仿真的三要素，即系统、模型、计算机（包括硬件和软件）。关系如图1.1所示。系 统计算机模 型系统建模仿真实验仿真建模图1.1 系统、模型、计算机的关系现代仿真技术的一个重要进展是将仿真活动扩展到上述三个方面，并将其统一到同一个环境中。在系统建模方面，除了传统的基于物理学、化学、生物学、社会学等基本定律及系统辨识方面等方法外，现代仿真技术提出了用仿真方法确定系统的模型。仿真建模方面，除了适应计算机软硬件环境的发展而不断研究和开发出许多新算法和新软件外，现代仿真技术采用模型与试验分离技术，即模型和数据驱动（data driven）。任何一个仿真问题可分为两部分：模型与实验，这一点，现代仿真技术于传统的仿真定义是相同的。在仿真实验方面，现代仿真技术将实验框架与仿真运行控制区分开来。一个实验框架定义一组条件，包括：模型参数、输入变量、观测变量、初始条件、终止条件、输出说明。Oren将上述思想加以总结，提出了现代仿真技术的概念框架，如图1.2所示：系统仿真的一般步骤如图1.3所示： 仿真问题描述特定模型: 参数模型 参数值实验:实验框架仿真运行控制行为产生 模型行为及处理 模型行为(仿真数据)轨迹行为结构行为行为处理：分析、显示现代仿真技术的概念框架 系统仿真的一般步骤图1.2与 1.3 现代仿真技术的概念框架与系统仿真的一般步骤实际系统建模与形式化形式建模仿真建模程序设计仿真运行仿真建模校验可信否?正确否?仿真结果分析正确否?结束1.1.2系统仿真类型可以从不同的角度对系统仿真进行分类。比较典型的分类方法是：根据模型的种类分类；更具仿真所采用的计算机类型分类；根据仿真时钟与实时时钟的比例关系分类；根据系统模型的特性分类。1、 根据模型的种类分类根据模型的种类不同，系统仿真可分为三种：物理仿真、数学仿真和半实物仿真。按照真实系统的物理性质构造系统的物理模型，并在物理模型上进行试验的过程称为物理仿真。对实际系统进行抽象，并将其特性用数学关系加以描述而得到的系统的数学模型，对数学模型进行试验的过程称为数学仿真。半实物仿真即将数学模型与物理模型甚至实物联合起来进行试验。仿真时将两者连接起来完成整个系统的试验。2、根据仿真计算机类型分类 按所使用的仿真计算机类型也可将仿真分为三类：模拟计算机仿真、数字计算机仿真和数字模拟混合仿真。本质上，模拟计算机仿真是一种并行仿真，即仿真时，代表模型的各部件是并发执行的。早期的数字计算机仿真是一种串行仿真。数字模拟混合仿真，即将系统模型分为两部分，其中一部分放在模拟计算机上执行，另一部分在数字计算机上运行，两个计算机之间利用模数和数模转换装置交换信息。随着计算机技术的发展，今天的计算机仿真一般指的就是数字计算机仿真。3、 根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类实际动态系统的时间基称为实际时钟，而系统仿真时模型所采用的时钟称为仿真时钟。根据仿真时钟与实际时钟的比例关系，系统仿真分为实时仿真、亚实时仿真和超实时仿真。4、 根据系统模型的特性分类仿真基于模型，模型的特性直接影响着仿真的实现。从仿真的角度来看，系统模型特性可分为两大类，一类称为连续系统，另一类称为离散系统。由于这两类系统固有运动规律的不同，因而描述其运动规律的模型形式就有很大的差别，相应的，系统仿真技术也分为两大类：连续系统仿真和离散系统。1.1.3 仿真技术的应用仿真技术作为一门独立学科已经有50多年的历史，它不仅用于航天、航空、各种武器系统的研制部门，而且已经广泛的应用于电力、交通运输、通信、化工、核能等各个领域。系统计算机仿真得以发展的重要原因在于它带来的社会经济效益。系统仿真用于电力系统就称之为电力系统计算机仿真。如对电力系统的性能测试、参数整定和设计方案的评估；对电力系统中电磁暂态的仿真、研究电磁暂态、电磁谐振、机电振荡、机组轴系扭振和由断路器切换、雷电流冲击引起的暂态过程；它还包括潮流计算、超高压直流输电换流器、控制系统和统计分析等内容；电力系统中心调度所的在线计算机仿真，以辅助现场调度人员进行经济调度、预测和分析电力系统的安全性，监测电能管理软件的性能，确定电能管理决策等。电力系统计算机仿真有如下优点：1、不受被研究系统的规模和复杂性的限制。2、保证被研究系统的安全。3、系统试验的经济性。4、可用于对未来系统的预测。第2章 MATLAB与Simulink简介 2.1 MATLAB语言简介2.1.1 MATLAB语言的发展状况MATLAB语言的首创者Cleve Moler教授在数值分析，特别是数值线性代数的领域中很有影响。1980年前后构思并开发了MATLAB（即矩阵实验室），这一软件利用了他研制的、在国际上颇有影响的EISPACK（基于特征值计算的软件包）和LINPACK（线性代数软件包）两大软包中可靠的子程序，用Fortran语言编写了集命令翻译、科学计算于一身的一套交互式软件系统。现在使用的较多的版本是Cleve Moler 和John Little等人成立的The MathWorks公司在1999年初推出的MATLAB5.3版以及新版本的最优化工具箱和Simulink3.0。2000年10月，MATLAB6.0问世，在操作街面上有了很大改观、同时还给出了程序发布窗口、历史信息窗口和变量管理窗口等，为用户的使用提供了很大的方便；在计算机内核上抛弃了其一直使用的LINPACK和EISPACK，而采用了更具优势的LAPACK软件包和FFTW系统，速度变得更快，数值性能也更好；在用户图形界面设计上也更趋合理；与C语言接口及转换的兼容性也更强；与之配套的Simulink4.0版的新功能也特别引人注目。2001年六月推出的MATLAB6.1版及Simulink4.1版本是目前的最新版，功能已经是十分强大，其新的虚拟现实工具箱更给仿真结果三维视景下显示带来了新的解决方案。The MathWorks公司目前正致力于新版本的开发、测试，已经于2002年6月推出MATLAB Release13，即MATLAB6.5/Simulink5.0。目前，MATLAB已经成为国际上最流行的科学计算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了，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。2.1.2 MATLAB软件系统的构成MATLAB软件主要是由主包、Simulink和工具箱三大部分组成。MATLAB语言是一种基于矩阵和数组的高级语言它具有流程控制语句、函数、数据结构、输入输出，并且具有面向对象的程序设计特性。用MATLAB编写程序就像在便签上列公式和求解一样简单。MATLAB工作环境集成了许多工具和程序，用户工作环境中提供的功能完成它们的工作。MATLAB工作环境给用户提供了管理工作空间内存放变量和输入输出数据的功能，并给用户提供了不同的工具用以开发、管理、调试文件和MATLAB应用程序。MATLAB数学函数库是数学算法的一个巨大集合。该函数库既包括了诸如求和、余弦、复数运算之类的简单函数；也包含了矩阵、转置、特征值、贝赛尔函数、快速傅里叶变换等复杂函数。MATLAB应用程序接口（API）是一个MATLAB语言通C和Fortran等其它高级语言进行交互的库。包括从MATLAB调用其它程序（动态链接），把MATLAB作为计算引擎来调用，还包括写MATLAB数据文件。Simulink是用于动态系统仿真的交互式系统。Simulink允许用户在屏幕上绘制框图来模拟一个系统，并能够动态的控制该系统。Simulink采用鼠标驱动方式，能够处理线性、非线性、连续、离散、多变量及多系统等问题。工具箱是MATLAB用来解决各个领域特定问题的函数库，它是开放式的，可以应用，也可以根据自己的需要进行扩展。MATLAB提供的工具箱为用户提供了丰富而使用的资源，工具箱的内容非常广泛，涵盖了科学研究的很多门类。目前，以涉及数学、控制、通信、信号处理、经济、地理等多种学科的二十多种MATLAB工具箱投入使用。应用MATLAB的各种工具箱可以在很大程度上减少用户编程的复杂程度。2.2 Simulink 简介2.2.1 Simulink入门Simulink 是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包。他让用户把精力从编程转向模型的构造。Simulink 一个很大的优点是为用户省去了许多重复的代码编写工作，用户就不用一步步的从最底层开始编起。Simulink 的最新版本是Simulink4.0（包含在MATLAB6.0里）,启动Simulink 的方法有很多种,按照MATLAB 的传统方式,之要在MATLAB 窗口输入Simulink 这样,一个称为Simulink Library Browser 的窗口就会出现在桌面上,它的样子如图3-1所示。图2.1 Simulink Library Browser 的窗口Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真、和分析的软件包。它支持线性和非线性系统、连续和离散时间模型，或者是两者的混合。对于建模，Simulink提供了一个图形化的用户界面（GUI），可以用鼠标点击和拖拉模块的图标建模。通过图形界面，用户可以像用铅笔在纸上画图一样简单。定义完模型后，可以通过Simulink的菜单或者在MATLAB的命令窗口输入命令对它进行仿真，菜单对于交互式工作非常方便。使用Scope或其它显示模块可以在运行仿真时观察到仿真的结果，另外，还可以在仿真时改变参数，并且立即就可以看到有什么变化，对它进行分析。2.2.2 Simulink实时工作环境的作用及其主要特点Simulink时实工作环境（Real-Time Workshop）自动的直接从Simulink的模块图生成C语言代码，这将允许连续、离散时间或者混合系统的模型可以运行于各种计算机平台，其中包括实时硬件，但Simulink是必不可少的。一、Simulink实时工作环境的作用快速建模 作为一个快速建模工具，实时工作环境使得用户可以快速实现自己的设计，而不用手工编写长长的代码然后进行调试。控制信号处理和动态系统的算法可以通过开发图形化的Simulink模块图，并且自动生成C语言代码来实现。 嵌入式实时控制 义演一个系统已经用Simulink设计出来，就可以生成实时控制器或数字信号处理器的代码，然后可对代码进行编译、链接，最后装载到目标处理器中，实施工作环境支持DSP板，嵌入式控制系统，以及多种用户和商业开发的硬件。实时仿真 对循环中硬件仿真，可以为整个系统或指定的分系统创建和执行代码，典型的应用包括训练仿真器，模型验证和测试。单机仿真 单机仿真可以在你的主机上直接运行或者传送到另外的系统上以远程方式执行。由于时间历史数据被以二进制或ASCII文件保存在MATLAB中，可以很容易的被装入MATLAB中以进一步的分析或图形显示。二、实时工作环境的特点实时工作环境具有一系列复杂的能力和特性以提供实现各种应用的灵活性。(1) 自动代码生成以处理连续时间、离散时间和混合系统。(2) 优化代码以保证快速执行。(3) 控制框架结构应用程序接口（API）自动的使用定制的make文件来创建和下载object文件到目标硬件上。(4) 可移植的代码使其应用环境更加广泛。(5) 简明、可读并具有详细注释的代码使得维护非常简单。(6) 从Simulink下载到外部硬件上的交互参数使系统在工作状态下很容易调整。(7) 一个菜单驱动的图形用户界面使得软件的使用非常容易。三、建立模型的一般步骤在Simulink 环境下，编辑模型的一般过程是：首先打开一个空白的编辑窗口，然后将模块库中的模块复制到编辑窗口，并依照给定的框图修改编辑窗口中模型的参数，再将各个模块按照给定的框图连接起来，这样就可以对整个模型进行仿真了。在 Simulink 中打开一个空白的模型窗口有几种方法：在MATLAB的命令窗口种选择File|New|New Model菜单项；单击Simulink工具栏中的“新建模型”图标；选中Simulink菜单系统中的File|New|New Model菜单项；还可以使用new_system命令来建立新模型。无论采用那种方式，都浆自动打开一个空白窗口模型，在这个窗口下我们可以任意的编辑所需要的系统模型了。第3章 电力系统模块集与简单电子线路仿真3.1 电力系统模块集简介3.1.1电力系统模块集简介Simulink中可以使用的电力系统仿真模块集（Power Systems Blockset）主要是由加拿大的HydroQuebec和International公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前将自动将其变化成状态方程描述的系统形式，然后才能在Simulink下进行仿真分析。在MATLAB命令窗口中键入powerlib，则将得出如图所示的模块集。图3.1 电力系统模块集当然，电力系统模块集中的器件还可从Simulink模块浏览窗口中直接启动。可见，在该模块集中还有很多子模块集，双击每一个图标都将打开一个下级子模块集，例如双击Electrical sources图标将打开如图所示的电源子模块集，其中有直流和交流电源，以及各种受控电流源和电压源等。若双击模块集中的Measurements图标，则将的处如图所示的子模块集，其中有各种检测端口，如电流表、电压表和阻抗表，该组中还包括各种其他扩展的子模块集。图3.2电源子模块集与检测子模块集现将电力系统模块集中所包含的模块作以简介。电力系统模块集包含的模块有：Connectors(连接器库)，Electrical Sources（电源库），Elements(元件库)，Extra Library(附加库)，Machines(电机库)，Measurements(仪表库)，Power Electronics(电力电子元件库)，Powergui(电源图形用户界面模块)。（1）电源模块中的模块有直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源、可控电流源五个模块。（2）元件库中的模块有：串联RLC支路、串联RLC负载、并联RLC支路、并联RLC负载、线性变压器、饱和变压器、互感器、电涌放电器、分布参数线路、短路器、截面导线等十一个模块。（3）电力电子元件模块库中的模块有：理想开关、金属氧化物半导体场效应管、门电路、二级管、可控硅等六个模块。（4）仪表模块库中的模块有：电压测量模块和电流测量模块。（5）连接器模块库中的模块有：接地（输入、输出）两个模块，局部接地（输入、输出）两个模块，T形和L形连接器模块，多进多出（水平、垂直）连接器模块、多进多出（水平、垂直）薄连接器模块。（6）电机模块库中的模块包括简单同步电机三个模块，永磁同步电机两个模块，异步电机三个模块，涡轮与调节器两个模块、同步电机四个模块。（7）电源库附加模块库又包括测量模块库，三相模块库，控制模块库和附加电机模块库。图3.3 元件库测量模块库，有三个模块。三相模块库，有十五个模块。控制模块集，有定时器和同步6脉冲发生器两个模块。附加电机库，有一个直流电机模块。图3.4 电力电子元件库图3.5 电机库 图3.6 连线类子模块集图3.7 三相库图3.8 连接器类子模块集如下图所示3.1.2 标幺值（p.u.）下表给出了一些在电力系统中常用的国际单位制符号 物理量单位符号时间Seconds长度Meterm重量kilogramkg热量JouleJ电流AmpereA电压VoltV有功功率WattW视在功率volt ampereVA无功功率Varvar电感Ohm电抗Ohm感应系数HenryH电容FaradF磁链volt secondV. s转速radians per secondrevolutions per minuterad/srpm转矩Newton meterN.m惯性kilogram (meter)2kg.m2摩擦因数Newton meter secondN.m.s通常我们在搭建系统时，为方便起见常使用标幺值系统，这一点在MATLAB中体现的比较突出。它可以使运算步骤简化，数值简明便于分析。标幺值的一般表达式为：使用标幺值有以下方便之处：（1） 使用标幺值时，相对参考值是一个线性比，便于比较。例如瞬时电压达到1.42P.U.说明，超过额定值的42%。（2） 使用标幺值表示电抗时，可以反映出电压与电流的变化情况。（3） 使用标幺值计算时，运算过程比较简便。3.2 简单电子线路仿真3.2.1 电路的仿真我们知道，电路中最常有的元件是电阻、电容和电感，双击电力系统模块中的Elements图标，则将得出如图所示的子模块集，其中即包含各种电阻、电容和电感元件，还包含各种变压器元件，另外还有一个三相元件子模块集。图3.12 电路元件子模块普通的电阻、电容和电感元件来看，有串联的RLC（电阻、电容、电感）分支和并 图3.13 串联分支元件参数对话框联的RLC分支，以及他们的负载形式。双击Series RLC Branch（串联RLC分支）元件，则将得出如图所示的对话框，在这个对话框中适当的输入电阻、电容和电感的参数即可。注意，和纯数字仿真不同，这里填写电路参数时应该注意其单位。遗憾的是这里不包含单个的电阻、电感和电容元件，可以从串联或并联的分支来定义单独的电路，但在串联或并联分支中直接删除某个元件也不是太容易的事，例如在串联分支中删除电容，则不能将其数值填写成0，而需要写成inf。单个电阻、电感、电容元件的参数设置在并联和串联分支中是不同的，具体参见下表。为了搭建实验的方便，也可以按该表拆分出单个元件，封装起来。元件串联RLC分支并联RLC分支类型电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻单个电感单个电容R000L0infinfCRinfinfinfLinf00C表3.2 单个电阻、电感、电容参数设置表在一般电路中，除了前面介绍的一些元件以外，还需要一些连线类模块，双击电力系统模块集中的Connectors图标则将打开如图所示的连线类子模块集。给定电路图如下所示，输入的交流电压源为220V，50Hz,其它参数值为R1=0.428, L 1=L2=1.926mH，R2=1.551，R3=1.551，L3=1.803Mh。完成了电路连接后，将终止的时间设为0.1，则可以启动仿真过程。开始仿真过程后，则将在MATLAB的命令窗口中显示如下的信息图3.14 连接器类子模块集图3.15 给定简单电路图Power System Blockset processing dianlufangzhen .Computing state-space representation of linear electrical circuit (V2.2).(2 states ; 1 inputs ; 1 outputs)Computing steady-state values of currents and voltages .Build the Simulink equivalent circuit .(Circuit stored inside dian lu fang zhen /Voltage Measurement block)Ready图3.16 简单电路仿真模型图3.17 简单电路仿真模型结该信息表明系统自动完成并通过了从绘制的电路图到状态方程的转换，开始自启动状态方程的仿真过程。还可以对仿真电路进行稳态分析。将电力系统模块集中的powergui模块复制到仿真框图中，则双击该模块就可以对电路图中的信号进行稳态分析，得出下图所示的分析结果。从得出的结果中可以看出所量测的信号稳态曲线为幅值95.27V，初始相位为-15.33（拖动滚动杆才能显示出来）的正弦信号，亦即该信号的解析表达式在稳态时趋近95.27sin(2*50t-15.33)。图3.18 简单电路仿真模型图3.19 简单电路仿真模型稳态分析另外，用电力系统工具箱中提供的power2sys( )可以提取出从给定电源到输出端子的状态方程模型，根据次状态方程模型就可以对整个电路进行频域分析，如绘制其Bode图等。Power2sys( )函数的调用格式为：a，b，c，d=power2sys(模型名)其中a，b，c，d为系统的状态方程矩阵，由tf( )还可以得出系统的传递函数模型。3.2.2传输线路模型仿真图3.25分布参数模型子系统 PI形等值线路子系统以上图形是传输线路在电力系统中的两种表现形式。输电线路本身其实质是分布参数网络元件。当输电线路较短，阻抗和导纳分别比较集中，可以当作集中参数元件处理采用、或形等值电路来处理。MATLAB中采用PI形等值电路。当输电线路较长时，为使计算和仿真结果精确，应按输电线路的分布参数特性，采用分布参数模型，考虑线路上的分布参数，以及线损等情况。图3.26 传输线模型图3.27 传输线路模型子系统3.2.3电机系统仿真电力系统模块集还提供了一些常用电机仿真模块，双击该模块集中的Machine图标，则将打开如图所示的子模块集，从该模块组中可以看出，包含了各种各样的电机模型，包括直流机（DC motors）、异步机（Asynchronous motors）、同步机（Synchronous motors）以及各种其他形式。图3.28电机库电力系统工具箱中提供了两个异步电动机模型，其图标表示 如下。左侧的为标幺值单位下的异步电动机（p.u.，即per unit）模型，右侧的为国际单位制（SI）下的异步机模型。在此主要考虑国际单位制的异步电 动机模型。图3.29 异步电动机模型 异步电动机模块有4个输入端子，4个输出端子，前3个输入端子（A，B，C）为电机的定子电压输入，一般可直接接入三相电压，可以由星形和三角形两种解法，第4输入端一般接负载，为轴上的机械转矩，该端子可以直接接Simulink信号。模块的前3个输入端子（a，b，c）为转子电压输出，一般短接在一起，或连接到其它附加的电路中。第4个输出端为m端子，他返回一系列电机的内部信号集，共有21路信号组成，其构成如下： 第1到第3路：转子电流ira ，irb，irc ;第4到第9路：d-q-n坐标系下的转子信号，依次为q-轴电流iqr ，d-轴电流idr ，q-轴磁通qr，d-轴磁通dr，q-轴电压vqr，d-轴电压vdr ;第10到第12路：定子电流isa ，isb ，isc ;第13到第12路：q-d-n坐标系下的定子信号，依次为q-轴电流iqs，d-电流ids，q-轴磁通qs，d-轴磁通ds，q-轴电压vqs，d-轴电压vds；第19到第21路：电机转速m，机械转矩Tm，电机转子角位移m。该路信号应该接电机测试信号分路器（Machines Measurement Demux）模块将各路信号分离出来，以便直接接示波器或Simulink输出端子进行显示。通常按照下图连接模块的输出端。图3.30 异步电机典型接法双击异步电动机模块，将得到该模块的参数对话框，在该对话框中需要输入如下参数：绕组类型（Rotor type）列表框：分为绕线式（wound）和鼠笼式（Squirrel-cage）两种，后者将不显示输出端a，b，c，而直接将其在模块内部短接。额定参数：额定功率Pn（单位:kw），线电压Vn（单位:v），频率fn（单位:Hz）；定子电阻Rs（Stator）（单位:Ohms）和漏感（Lls）（单位:H）;转子电阻Rr（Rotor）（单位:Ohms）和漏感（Lls）（单位:H）;图3.31 电机测量模块参数设置这些参数基本上都是电动机铭牌参数。例如已知电动机参数为：Pn =5.5kW，Vn=380V，fn=50Hz，Rs=0.0217，xls=0.039，Rr=0.0329，xlr=0.0996，Lm=3.649，J=11.4，F=0，P=2。该系统中的测量信号分路器直接使用也是由问题的，因为其默认的分路是针对简化的同步机（Simplified synchronous）输出的，双击该模块将得出下图所示的对话框，在电机类型（Machine type）栏目中选择异步机（Asynchronous），则得出信号列表，可以从该信号列表中选择想输出的信号。常用的异步电动机接法一般有星形和三角形接法，分别如下图所示。在星形结构下，3路输入信号的初始相位应该分别设置为0，120，和图3.32 星形连接方式图3.33 三角形连接方式240。在绘制三角形接法时，下面的交流电压源和异步机的c端口都是“输入”端子，可以用连线器中的器件将其连接起来。事实上，在纯电力系统工具箱模块构成的系统模型中，信号是没有方向的，所以这样构造的模型能正确进行仿真运算。 这样可以绘制出异步机仿真框图，这里电源采用了星形接法，可以将这三个交流电压源的电压值设置成相电压220V，A，B，C三相的相位分别填写为0，120，240。 在该模型中有一个空闲的电流测试元件（Current Measurement）,这是电力系统工具箱所要求的，应为它要求至少有一个测量元件。另外还需要从输出的信号中使用Selector元件提取所需的淡路信号，这样示波器中同时输出4路信号，a相转子电流iar，a相定子电流ias，转速和输出转矩T，设置仿真终止时间为3秒，并选择仿真算法为ode15，就可以进行系统仿真。将A，B两相换序，亦即将A和B相的相位移分别改成120和0，则在进行仿真将得到另一种仿真结果。可以看出，A，B两相换序讲使得电机反转。可以通过这样的方法对各种电机进行仿真分析。下图3.34异步机仿真 图3.35 异步电机参数设置图3.36 仿真结果波形图3.37A B相换序后的仿真波形第4章 Simulink建模 4.1 子系统4.1 1创建子系统随着模型的大小和复杂性的增加，可以将它的模块分成不同的组成若干子系统，以达到简化模型的目的。使用子系统有如下几个方面的优点：1） 可以减少模型窗口中显示的模块数量。2） 可以将功能上有关联的模块放在一起。3） 可以建立一个层次结构的模块图，子系统模块位于一层，组成子系统的各模块的位于另外一层。创建子系统一般有两种途径：第一，在模型中加入子系统模块，然后打开该子系统模块，并且在子系统窗口中加入它所包含的模块；第二，加入组成子系统的模块，然后将这些模块组成一个子系统。一、通过加入子系统模板创建子系统要在子系统中加入它所包含的模块之前创建子系统，现在模型中加进一个Subsystem模块，然后加入组成该子系统的模块，其过程如下：（1） 从Simulink的信号与系统（Signals&Systems）库中拷贝 Subsystem模块到模型中。（2） 双击该子系统模块，打开它。（3） 在孔的子系统(Subsystem)窗口中，创建子系统，使用输入（Inport）模块代表该子系统从外部的输入，使用输出（Outportt）模块代表该子系统的输出。二、通过将一些已有的模块组织在一起创建子系统如果模型中，已经包含了组成子系统的模块，可以通过将这些模块组织在一起来创建子系统。其过程如下：（1） 将子系统需要包含的所有模块和连线用一个边界框包括起来。不能通过单个的选取每一个组成子系统的模块或通过使用Select All命令来选取它们。（2） 从Edit菜单下选择Create Subsystem 菜单项，Simulink将用一个Subsystem模块替代被选取得所有模块。4.2 模块封装技术4.2.1 封装方法所谓模块封装(masking)，就是将其对应的子系统内部结构隐含起来，以方便访问该模块时只出现一个参数对话框，将模块中所需的参数用这个对话框来输入。其实Simulink中大多数的模块多时由更底层的模块封装起来的，例如传递函数模块，其内部结构是不可见的，他只允许双击打开一个参数输入对话框来读入传递函数的分子和分母参数。如果想封装一个用户自建模型，首先应该用建立子系统的方式将其转换为子系统模块，选中该子系统模块的图标，再选择Edit|Mask Subsystem子菜单项，则可以得出如图所示的模块封装程序界面，在该对话框中，有若干项重要内容需要用户自己填写，例如：Mask type（封装种类）编辑框的内容可以任意填写，在其中填写一个您认为合适的字符串即可。这些编辑框都是可以接受中文的。Drawing commands（绘图命令）编辑框允许给该模块图标上绘制图形，例如可以使用MATLAB的plot( )函数画出现状的图形，也可以使用disp( )函数在图标上写字符串名，还允许用image( )函数来绘制图像。Icon frame(图标边框)选项可以为Visible（可见的）和Invisible（隐含的），其中前者为默认状态，大多数Simulink模块均带有可见的变框。Icon transparency（图标透明与否）属性有两种选择，Opaque（不透明的，为默认属性）和Transparent(透明的)。如果采用默认的选项，则模块端口的信息将被图标上的图形完全覆盖，所以如果想显示端口名称，则应该采用Transparent选项。Icon rotation(图标是否翻转)属性有两种选择，Fixed(固定的，默认选项)和Rotates（旋转），后者在旋转或翻转模块时，也将旋转该模块的图标。Drawing coordinates(绘图坐标系)属性有三种选项，Pixels(像素点)、Autoscale（自动定标，默认选项）和Normalized（归一化的）。封装模块的另一个关键的步骤是建立其封装的模块内部变量和封装对话框之间的联系。封装对话框的特性可以改变的形式包括：（1） 参数控件的外观（2） 参数控件的使能状态（3） 参数值建立一个封装对话框必须将封装编辑器和Simulink set_param 命令结合起来用，具体的说，首先，要在封装编辑框定义所有的对话框参数，包括动态的和静止的。接着，在MATLAB命令使用Simulink的set_param命令，来制定定义对框对输入响应回掉函数（callback functions）。最后就可以保存包含被封装的子系统的模型或者库来完成动态封装对话框的建立。4.2.2初始化命令（Initialization Commands）初始化命令用与定义驻留在模块的封装工作空间的变量，这些变量通常不希望模块使用这修改它，但它又是必须的。在初始化命令里定义的变量能被子系统内的模块访问，也能被其它的初始化命令访问，还能被制作图标命令访问。总之，和封装的参数变量每什么区别。初始化命令在以下几种时候被执行：（1） 模型被导入。（2） 开始仿真，或者是模型的图标被更新。（3） 被封装的模块被旋转。（4） 模块的图标被重画并且画图命令用到在initialization commands定义的变量。4.2.3 封装子空间一旦模块的封装里包含初始化命令或者定义了参数变量，Simulink 就为模块建立一个全局的封装工作空间。被封装的模块不能访问MATLAB的工作空间或者其它的封装工作空间。封装工作空间的内容包括封装参数和由初始化命令定义的变量，这些变量能被封装的模块访问，如果是子系统，那它能被子系统的所有模块访问。第5章 简单系统仿真5.1 建立模型5.1.1设计电路图 图 5.1 电路图5.1.2 范例说明这个例子描述了电力系统图形用户界面的用途和阻抗测量模块用于分析线性电路的稳态运行过程。 该系统包括五次谐波过滤器 ，一个五次谐波电流源 ，一个感性电源， 阻感负载， 阻抗测量器，电压表，电流表，示波器。 感性电源的频率为60HZ，幅值为100V；五次谐波电源频率为300HZ，幅值为1A。这个线行系统是由三个状态和两个输入，两个输出组成的。三个状态为：两个感性电流和一个容性电压；两个输出为电流和电压测量装置；两个输入为系统电压和系统电流。一个 阻抗测量模块用于计算这个电路的变频率阻抗。 用电力系统图形用户界面去找一个频率为60HZ和300HZ的稳态相电压和相电流的组合。此时，三个状态的值能够从电力系统图形用户界面模块中得到。5.1.3 设计流程（1）单相交流电压源参数设置 在Electrical Sources模块中选择单相电源元件，复制后粘贴到电路图中，参数如下： 图5. 2单相交流电源参数设置此单相电源为100V电力网络的等效模型，各参数的设置均应经过初步的潮流计算和分析。步骤如下：双击电源元件；将电源的电压设置为100，初相角设置为0；频率设置为60HZ；采样时间为0；单击OK按扭完成对三相电源的参数设定。(2) 五次谐波电流源参数设置 在Electrical Sources模块中选择电流源元件，复制后粘贴到电路图中，参数如下：图5.3五次谐波电流源参数设置参数设置如上图所示；峰值电流为10A，频率为300HZ；初相角为-30；采样时间为0；测量选项为Nove；单击OK按钮完成参数设置。(3) 阻抗测量模块参数设置图5.4阻抗测量模块参数设置(4)阻感元件参数设置在Elements 元件中选择阻感元件，参数设置如下图所示：图 5.5阻感负载参数设置参数设置如上图所示；电阻为37.7Ohms；电感为10e-03H；电容为零；测量选相为None；单击OK按钮完成参数设置。（5）五次谐波过滤器参数设置图 5.6五次谐波过滤器参数设置在Elements 元件中选择阻感元件，参数设置如上图所示：电阻为1.27Ohms；电感为107.42e-03H；电容为2.62e-06F；测量选相为None；单击OK按钮完成参数设置。（6）电流表参数设置在测量元件库中选择电流表，参数设置如下图所示：图 5.7电流表参数设置（7）电压表参数设置 在测量元件库中选择电压表，参数设置如下图所示：图 5.8电压表参数设置 5.2 电路仿真分析 5.2.1仿真参数设置 当电路图设计完成后，对其进行仿真，已达到观察电路动态变化的目的。根据估算结果进行有关参数设置，并在仿真过程中进行调整。（1） 在电路图的菜单选项中，选择仿真（Simulation）菜单，激活仿参数（Simulation parameters）命令，如图所示；即可弹出仿真参数（Simulation parameters）对话框，如图下所示； 根据对过程时间的估算，对仿真参数进行如下设置。开始时间(Start time)选项：0.0停止时间（Stop time）选项：0.1s.求解程序类型选项：可变步长为（Va