MATLAB-Simulink的基础应用

1、1Simulink的基础应用的基础应用(信息类专业必备信息类专业必备) Simulink的特色的特色 Simulink的操作方法的操作方法 仿真模型的搭建方法与步骤仿真模型的搭建方法与步骤 电力系统仿真初探电力系统仿真初探2第第1节节 Simulink的特色的特色与用户交互接口基于与用户交互接口基于Windows的模型化图形输入；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；法，以便于观察系统仿真的整个

2、过程；Simulink提供了提供了S函数，使函数，使Simulink更加充实，更加强更加充实，更加强大；大；Simulink具有开放性，允许用户定制自己的功能模块具有开放性，允许用户定制自己的功能模块和模块库。和模块库。3第第2节节 Simulink的操作方法的操作方法2.1 Simulink的运行操作的运行操作1、运行、运行Simulink的方法的方法在在MATLAB的命令窗口直接键入的命令窗口直接键入“simulink”;利用利用MATLAB工具条上的工具条上的Simulink快捷键图标；快捷键图标；在在MATLAB菜单中，选择菜单中，选择“File-New-Model”2、打开已存在的模

3、型文件、打开已存在的模型文件在在MATLAB主窗口中直接键入文件名（不加扩展主窗口中直接键入文件名（不加扩展名）；名）；在在MATLAB菜单中，选择菜单中，选择“File-Open-Model”利用利用MATLAB工具条上的工具条上的“打开打开”图标。图标。42.2 Simulink模块库模块库1、Continuous（连续模块）（连续模块）2、Discrete（离散模块）（离散模块）3、Look-Up Tables（查询表模块库）（查询表模块库）4、Math Operations（数学运算模块库）（数学运算模块库）5、Model Verification（模型验证模块库）（模型验证模块库）6

4、、Model-Wide Utilities（模块实用模块库）（模块实用模块库）7、Ports & Subsystems（端口和子系统模块库）（端口和子系统模块库）8、Signal Atributies（信号属性模块库）（信号属性模块库）9、Signal Routing（信号路由模块库）（信号路由模块库）10、Sinks（接收器模块库）（接收器模块库）11、Sources（输入源模块库）（输入源模块库）12、User-Defines Functions（用户定义模块库）（用户定义模块库）13、Discontinuities（非线性模块库）（非线性模块库）52.3 功能模块的操作方法功能模

5、块的操作方法1、移动模块、移动模块选中，按住左键即可移动；选中，按住左键即可移动；若脱离线移动，可按住若脱离线移动，可按住shift键，再拖曳。键，再拖曳。2、复制模块、复制模块使用使用“复制复制”、“粘帖粘帖”图标；图标；按下左键同时，按下按下左键同时，按下Ctrl键，移动鼠标。键，移动鼠标。3、删除模块、删除模块选中模块，按下选中模块，按下Delete按下按下shift，选中多个模块，按，选中多个模块，按Delete4、模块的转向、模块的转向Format中的中的Flip Block或者或者Rotate Block快捷键快捷键Ctrl+I或者或者Ctrl+R65、改变模块大小、改变模块大小

6、用鼠标拖曳模块四周的黑点。用鼠标拖曳模块四周的黑点。6、模块重新命名、模块重新命名 用鼠标单击模块名称即可。用鼠标单击模块名称即可。7、改变模块及窗口颜色、改变模块及窗口颜色 使用使用Format菜单的菜单的Foreground Color指令或者指令或者Background Color 指令。指令。8、设定模块参数、设定模块参数 利用鼠标左键双击模块图标。利用鼠标左键双击模块图标。79、连接功能模块、连接功能模块按住鼠标左键连接；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，再按下标移动到支线的起点位

7、置，再按下Ctrl键，同时按下鼠标键，同时按下鼠标左键，直到目标模块的输入端。左键，直到目标模块的输入端。10、设定连线标签、设定连线标签在线上双击鼠标在线上双击鼠标选中该线，打开选中该线，打开Edit菜单下的菜单下的Signal Properties中的中的Signal Name进行设置。进行设置。11、连线的折弯、连线的折弯 按下按下shift键，用鼠标在需要折弯处单击，出现小圆圈，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。表示折点，利用折点便可改变线的形状。8第第3节节 仿真模型的搭建方法与步骤仿真模型的搭建方法与步骤3.1 传感器输出特性仿真传感器输出

8、特性仿真例例：已知某直流比较仪的输出特性曲线表达式为：已知某直流比较仪的输出特性曲线表达式为：I1=kI2+I0 式中式中I1和和I2分别是一次电流和二次电流，分别是一次电流和二次电流，I0为比较为比较仪的偏置系数，仪的偏置系数，k为比较仪的灵敏度，已知为比较仪的灵敏度，已知k=114和和I0=110mA，试用，试用Simulink绘制该比较仪的输出特性曲绘制该比较仪的输出特性曲线。线。1. 调用功能模块调用功能模块 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：要以下模块：Ramp、Constant、Gain、sum、scope。92.

9、创建并保存模型文件创建并保存模型文件3. 设置仿真参数设置仿真参数4. 仿真结果仿真结果5. 仿真数据的导出仿真数据的导出103.2 创建与封装子系统的基本方法创建与封装子系统的基本方法封装封装：将一些模块组合成子系统，以简化模型。：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、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；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；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

10、统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。的模块在另一层，以便于设计。2、创建子系统的途径、创建子系统的途径采用采用Ports&Subsystems模块库中的模块库中的Subsystem模块模块将现有多个模块相连接，再组合成新的模块。将现有多个模块相连接，再组合成新的模块。113. 利用利用Ports&Subsystems功能模块功能模块（1）将）将Ports&Subsystems模块库中的模块库中的Subsystem功能模块复功能模块复制到打开的模型窗口中；制到打开的模型窗口中；（2）双击）双击Sunsystem功能模块，进入自定

11、义功能模块窗口，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。利用已有的基本功能模块设计新的功能模块。12例例：创建一个三相电压波性的子系统，即：创建一个三相电压波性的子系统，即：VtVVtVVtVcba)240250sin(220)120250sin(220)250sin(22013 t=sinewave(:,1); ua=sinewave(:,2); ub=sinewave(:,3); uc=sinewave(:,4); plot(t,ua,+-k,t,ub,:r,t,uc,-m) title(三相电压波性三相电压波性); xlabel(时间时间t/ms); y

12、label(电压电压/V); legend(Va,Vb,Vc);144. 由功能模块组合成子系统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。将现有的多个功能模块组合起来，形成新的功能模块。例例：构建下图所示的子系统：构建下图所示的子系统15第第4节节 电力系统仿真初探电力系统仿真初探4.1 电力系统元件库简介电力系统元件库简介4.1.1 启动电力系统元件库启动电力系统元件库1. 利用指令窗口启动利用指令窗口启动 在指令窗口中输入以下指令即可。在指令窗口中输入以下指令即可。 powerlib2. 利用利用“开始开始”导航区启动导航区启动StartSimulink Si

13、mPowerSystem Block Library8.1.2 退出电力系统元件库退出电力系统元件库1. 单击单击“电力系统元件库电力系统元件库”对话框中的对话框中的File菜单，激活菜单，激活Exit Matlab命令即可；命令即可；2. 单击单击“电力系统元件库电力系统元件库”对话框右上角上的对话框右上角上的“”按钮即按钮即可完成退出。可完成退出。164.1.3 电力系统元件库简介电力系统元件库简介1. 电源元件电源元件 电源元件（电源元件（Electrical Sources）库中包含了产生电）库中包含了产生电信号的各种元件。信号的各种元件。2. 线路元件线路元件 线路元件（线路元件（E

14、lements）库中包含了各种线型网络电）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。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 电力电子元件（电力电子元件（Power Electronics）库中包含了各）库中包含了各种电力电子设备元件。种电力电子设备元件。4. 电机元件电机元件 电机元件（电机元件（Machines）库中包含了各种电机模型电）库中包含了各种电机模型电机模型。机模型。175. 电路测量仪器电路测量仪器 电路测量仪器（电路测量仪器（Measurements）库中包含了各种电）库中包含了各种电流测量元件和电压测量元件。流测量元件和电压测量元件。6. 应用程

15、序库应用程序库 应用程序（应用程序（Application Libraries）库中包含了三种）库中包含了三种应用程序。应用程序。7. 附件元件附件元件 附加元件（附加元件（Extras Library）库中包含了三相模块、）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特殊测量设备，以及控制模块，可以通过在指令窗口中输入输入“powerlib_extras”进入附加元件库。进入附加元件库。8. 电力图形用户接口电力图形用户接口 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）用来进行电力系统稳态分析。稳态分析。184.2 设计电源元件设计电源元件

16、4.2.1 电源元件简介电源元件简介 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，弹出电源元件库图标，弹出“电源元件库电源元件库”对话框对话框七种元件七种元件：直流电压源、：直流电压源、交流电压源、交流电流源、交流电压源、交流电流源、受控电压源、受控电流源、受控电压源、受控电流源、三相电源、三相可编程电三相电源、三相可编程电压源。压源。194.2.2 直流电压源直流电压源1. 功能说明功能说明 直流电压源是电路设计中常见的电路元件。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。在元件提供的直流电压源

17、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。模型中，直流电压源的正极用正号表示。2. 参数设置参数设置 双击直流电压源元件，则弹出双击直流电压源元件，则弹出“直流电压源参数设直流电压源参数设置置”对话框。对话框。20（1）幅值）幅值 幅值选项表示该电压源的电压幅值，单位是幅值选项表示该电压源的电压幅值，单位是V，可，可直接在直接在Amplitude选项中输入电压大小即可。选项中输入电压大小即可。（2）测量）测量 测量选项用来选择是否测量直流电压源相关量。有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：两个选项：None：对直流电压源不进行相关量的测量。对直流电压源不进行相

18、关量的测量。Voltage：对直流电压源的相关量进行测量。对直流电压源的相关量进行测量。测量方法：测量方法：从电路测量仪器元件库中选择万用表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）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（件参数对话框中显示的可测量电气量（Available Measurements）中显示的相关量移至被测量电气量）中显示的相关量移至被测量电气量（Selected Measurements）即可。）即可。213. 范例设计范例设计 要求对下列电路进行仿真，已知在要求对下列电路进行仿真，已知在t=0.0

19、03s时，开时，开关闭合，直流电压关闭合，直流电压110V，电阻，电阻5，电容，电容150F。观察。观察电路中电流和电容电压的变化规律。电路中电流和电容电压的变化规律。224.2.3 交流电压源交流电压源1. 功能说明功能说明 交流电压源是电路设计中常见的电路元件。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。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：交流电压源由以下方程描述：V=Asin(t+) 其中：其中： =2f =Phase/180 当交流电压源频率为当交流电压源频率为0时，表示直流电压源。时，表示直流电压源。232.

20、 参数设置参数设置 双击交流电压源元件，则弹出双击交流电压源元件，则弹出“交流电压源参数交流电压源参数设置设置”对话框。在对话框。在“交流电压源参数设置交流电压源参数设置”对话框中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。包含两个区域。分别是交流电压源说明和参数区域。Peak Amplitude：峰值：峰值Phase：初相位：初相位Frequency：频率：频率Sample Time：采样时间：采样时间Measurements：测量：测量243. 范例设计范例设计 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

21、如下：波形与两电源之和波形。已知条件如下：电源电源频率频率/Hz幅值幅值/V相位角相位角/U1507520U260307.5Rs：100 Zs.R：100Zs.L：100mHZs.C：150 F254.2.4 交流电流源交流电流源1. 功能说明功能说明 交流电流源是电路设计中常见的电路元件。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。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：交流电流源由以下方程描述：I=Asin(t+) 其中：其中： =2f =Phase/180 当交流电流源频率为当交流电流源频率为0时，表示直流电流源。时

22、，表示直流电流源。262. 参数设置参数设置 双击交流电流源元件，则弹出双击交流电流源元件，则弹出“交流电流源参数交流电流源参数设置设置”对话框。在对话框。在“交流电流源参数设置交流电流源参数设置”对话框中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。包含两个区域。分别是交流电流源说明和参数区域。Peak Amplitude：峰值：峰值Phase：初相位：初相位Frequency：频率：频率Sample Time：采样时间：采样时间Measurements：测量：测量274.2.5 受控电压源受控电压源1. 功能说明功能说明 MATLAB软件提供由激励信号源控制的受控电压软件提供由激励

23、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。电压波形。2. 参数设置参数设置 双击受控电压源元件，则弹出双击受控电压源元件，则弹出“受控电压源参数受控电压源参数设置设置”对话框。对话框。28Initialize：初始化：初始化Source type：激励源类型（：激励源类型（AC、DC）Initial amplitude：初始化振幅：初始化振幅Initial phase：初始化相位：初始化相位Initial frequency

24、：初始化频率：初始化频率294.2.6 受控电流源受控电流源1. 功能介绍功能介绍 MATLAB中具有由激励信号源控制的受控电流源。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。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。流沿着箭头所指方向由负极到正极。2. 参数设置参数设置 双击该元件，便可以弹出对应的参数设置对话框。双

25、击该元件，便可以弹出对应的参数设置对话框。30Initialize：初始化：初始化Source type：激励源类型（：激励源类型（AC、DC）Initial amplitude：初始化振幅：初始化振幅Initial phase：初始化相位：初始化相位Initial frequency：初始化频率：初始化频率314.2.7 三相电源三相电源1. 功能说明功能说明 三相电源是电路设计中经常用到的电路元件，它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相电源元件提供了带有串联RL支路的三相电源。支路的三相电源。2. 参数设置参数设置 双击三相电源元件，弹出双击三相电源元件，弹出“三相电源参数设置三相电源参数设置”对对话框。话框。 32334.2.8 三相可编程电压源三相可编程电