MATLAB系统仿真级分析3

1、MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.1MATLABMATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析第三次课第三次课 电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用20132013年春季年春季MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.2内容提要内容提要一、电路分析应用一、电路分析应用 1 1、Power System BlocksetPower System Blockset 2 2、应用实例、应用实例二、数字电路应用二、数字电路应用MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路

2、应用.3例例1：求图中结点电压：求图中结点电压V1，V2，V3。模块库中没有直流电流源模块，可对模块库中没有直流电流源模块，可对“AC Current Source”模块进行适当设模块进行适当设置置模块库中没有单独的电阻模块，可对模块库中没有单独的电阻模块，可对“Series RLC Branch”模块进行适当设置模块进行适当设置Simulink的的“Display”模块不能直接接模块不能直接接在被测元件两端测量电压，需以在被测元件两端测量电压，需以“Voltage Measurement”模块作为连接模块作为连接每个模块都设定了输入端和输出端，不每个模块都设定了输入端和输出端，不能更改；如果

3、需要可利用能更改；如果需要可利用“L connector”及及“T connector”模块增设接线端模块增设接线端DC电压源，电压源，DC电流源，电阻电流源，电阻MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.4 模块库中没有直流电流源模块，可对模块库中没有直流电流源模块，可对“AC Current Source”模块进行适当设置：模块进行适当设置： 说说 明明0cos(2)aAftMATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.5模块库中没有单独的电阻、电容、电感模块，可对模块库中没有单独的电阻、电容、电感模块，可

4、对“Series RLC Branch”模块进行适当设置：模块进行适当设置：电阻：电阻：R实际值实际值 L0 Cinf电感：电感：R0 L实际值实际值 Cinf电容：电容：R0 L0 C实际值实际值 说说 明明MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.6MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.7Power System Blockset模块集模块集Power System BlocksetPower System Blockset模块集：一个专用的电路仿真模块集。模块集：一个专用的电路仿真模块集。名称名称

5、功能说明功能说明DC Voltage SourceDC Voltage Source直流电压源直流电压源AC Voltage SourceAC Voltage Source交流电压源交流电压源AC Current SourceAC Current Source交流电流源交流电流源Controlled Current SourceControlled Current Source受控电流源受控电流源Controlled Voltage SourceControlled Voltage Source受控电压源受控电压源3-Phase Programmable Voltage 3-Phase Pro

6、grammable Voltage SourceSource可编程三相电压可编程三相电压源源3-Phase Source3-Phase Source三相电源三相电源说明：说明：模块库中没有直流电流源模块，可对模块库中没有直流电流源模块，可对“AC Current AC Current Source”Source”模块进行适当设置模块进行适当设置1. Electrical Sources模块库：包含模块库：包含7个用于产生电源信号的模块。个用于产生电源信号的模块。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.8Power System Blockset模块

7、集模块集2. Elements2. Elements模块库：包含线性及非线性电路网络元件模块，它们分为四模块库：包含线性及非线性电路网络元件模块，它们分为四类：元件类、导线类、开关电路类和变压器类，共有类：元件类、导线类、开关电路类和变压器类，共有2424个模块，主要为个模块，主要为电路组成提供各种不同的一般性元件。电路组成提供各种不同的一般性元件。名称名称功能说明功能说明Series RLC BranchSeries RLC Branch串联串联RLCRLC分支分支Parallel RLC BranchParallel RLC Branch并联并联RLCRLC分支分支3-Phase Seri

8、es RLC Branch3-Phase Series RLC Branch三相串联三相串联RLCRLC分支分支3-Phase Parallel RLC Branch3-Phase Parallel RLC Branch三相并联三相并联RLCRLC分支分支BreakerBreaker一般电路开关一般电路开关Series RLC LoadSeries RLC Load串联串联RLCRLC负载负载Parallel RLC LoadParallel RLC Load并联并联RLCRLC负载负载说明：说明：模块库中没有单独的电阻、电容、电感模块，可对模块库中没有单独的电阻、电容、电感模块，可对“Ser

9、ies RLC Branch”Series RLC Branch”模块进行适当设置模块进行适当设置MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.9Power System Blockset模块集模块集3. Power Electronics3. Power Electronics模块库：包含功率电子器件模块，共有模块库：包含功率电子器件模块，共有9 9个模块。个模块。名称名称功能说明功能说明DiodeDiode二级管二级管Detailed Detailed ThyristorThyristor详尽型半导体闸流管详尽型半导体闸流管IGBTIGBT绝缘栅二极

10、管绝缘栅二极管Ideal SwitchIdeal Switch理想开关理想开关Three-Level Three-Level BridgeBridge三相箝位能量转换器三相箝位能量转换器ThyristorThyristor半导体闸流管半导体闸流管GtoGto可关断可控硅可关断可控硅MosfetMosfet场效应管场效应管Universal BridgeUniversal Bridge通用三相电桥通用三相电桥MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.10MosfetMATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.1

11、1Power System Blockset模块集模块集4. Connectors4. Connectors模块库：包含各种连接模块，共模块库：包含各种连接模块，共1010个模块，用于不同情个模块，用于不同情况下元器件的连接。况下元器件的连接。名称名称功能说明功能说明Bus BarBus Bar（horizehorize）水平连接线水平连接线Bus BarBus Bar（vertvert）垂直连接线垂直连接线Bus BarBus Bar（thin horizthin horiz）细水平连接线细水平连接线Bus BarBus Bar（thin vertthin vert）细垂直连接线细垂直连接线

12、GroundGround（inputinput）接地端（输入型）接地端（输入型）GroundGround（outputoutput）接地端（输出型）接地端（输出型）NeutralNeutral（inputinput）共享节点（输入型）共享节点（输入型）NeutralNeutral（outputoutput）共享节点（输出型）共享节点（输出型）L ConnectorL ConnectorL L型导线连接器型导线连接器T ConnectorT ConnectorT T型导线连接器型导线连接器MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.12模块间的连接模块间

13、的连接每个模块都设定了输入端和输出端，不能更改；每个模块都设定了输入端和输出端，不能更改；如果需要可利用如果需要可利用“L connector”及及“T connector”模块增设接线端模块增设接线端 说说 明明MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.13Power System Blockset模块集模块集5. Measurements5. Measurements模块库：包含模块库：包含5 5种测量模块。种测量模块。名称名称功能说明功能说明Voltage MeasurementVoltage Measurement测量电压值测量电压值Curr

14、ent MeasurementCurrent Measurement测量电流值测量电流值MultimeterMultimeter测量多个器件、支路的电流电压值测量多个器件、支路的电流电压值Impedance MeasurementImpedance Measurement测量电路两节点间的电阻值测量电路两节点间的电阻值Three-Phase V-I MeasurementThree-Phase V-I Measurement测量电路中的三相电压值及电流值测量电路中的三相电压值及电流值6. Machines模块库：包含一些电机模块，共有模块库：包含一些电机模块，共有16个模块。个模块。7. Ex

15、tras模块库：包含模块库：包含SimPowerSystems模块库中模块库中各类模块的扩充模块。各类模块的扩充模块。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.14例例2 测量下图所示电路的电流测量下图所示电路的电流I I 电阻、电阻、DC电压源、电压源、DC电流源、受控电流源电流源、受控电流源MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.15取得控制电流取得控制电流Ix受控电流源受控电流源注意参考方向注意参考方向设置电流增益设置电流增益MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数

16、字电路应用.16如图所示电路中的开关置于如图所示电路中的开关置于a点已经有相当长一段时间之后，点已经有相当长一段时间之后，突然将开关切换到突然将开关切换到b点，作出相应于时间点，作出相应于时间t的的Vc(t)和和i(t)的波形图。的波形图。电阻、电容、电阻、电容、DC电压源电压源开关模块：开关模块：Elements模块库内的模块库内的Breaker例例3 3：RCRC电路的响应。电路的响应。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.17 说说 明明开关的仿真模型开关的仿真模型Breaker闭合时电阻值闭合时电阻值Breaker初始状态：初始状态：1(

17、close) 2(open)Breaker打开时电阻值打开时电阻值Breaker打开时电容值打开时电容值Breaker状态转换时间状态转换时间若若Initial state为为1，则第，则第1s时打开，时打开，第第10s时闭合时闭合用于控制开、关均匀间隔时间用于控制开、关均匀间隔时间MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.18仿真结果受解算器影响MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.19内容提要内容提要一、电路分析应用一、电路分析应用 1 1、Power System BlocksetPower Sy

18、stem Blockset 2 2、应用实例、应用实例二、数字电路应用二、数字电路应用 1 1、组合逻辑电路、组合逻辑电路 2 2、时序逻辑电路、时序逻辑电路MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.20例例4 4：搭建：搭建4 4线线1616线译码器的仿真模型。线译码器的仿真模型。实现方法：利用两个带使能端的实现方法：利用两个带使能端的38译码器构建译码器构建416译码器。译码器。实现步骤实现步骤1：创建：创建38译码器译码器38译码器的真值表如下表所示：译码器的真值表如下表所示：X X2 2X X1 1X X0 0Z Z0 0Z Z1 1Z Z2

19、 2Z Z3 3Z Z4 4Z Z5 5Z Z6 6Z Z7 70 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 00 01 10 01 10 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 01 11 10 00 00 01 10 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 00 00 01 10 00 01 11 10 00 00 00 00 00 00 01 10 01 11 11 10 00 00 00 00 00 00 01 1MATL

20、AB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.21根据真值表可以得出输出的逻辑表达式：根据真值表可以得出输出的逻辑表达式：所需模块：脉冲序列发生器模块，逻辑操作模块，示波器模块所需模块：脉冲序列发生器模块，逻辑操作模块，示波器模块脉冲序列发生器：脉冲序列发生器：SimulinkSimulink节点下，节点下，SourceSource库中的库中的Pulse GeneratorPulse Generator逻辑操作：逻辑操作：SimulinkSimulink节点下，节点下，Math OperationsMath Operations库中的库中的Logical Ope

21、ratorLogical Operator示波器：示波器：SimulinkSimulink节点下，节点下，SinksSinks库中的库中的ScopeScope0120XXXZ0121XXXZ0122XXXZ0123XXXZ0124XXXZ0125XXXZ0126XXXZ0127XXXZ 例例4：搭建：搭建4线线16线译码器的仿真模型。线译码器的仿真模型。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.22例例4：搭建：搭建4线线16线译码器的仿真模型。线译码器的仿真模型。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.

22、23实现步骤实现步骤2：创建具有使能端的：创建具有使能端的38译码器译码器例例4：搭建：搭建4线线16线译码器的仿真模型。线译码器的仿真模型。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.24实现步骤实现步骤3：具有使能端的：具有使能端的38译码器子系统的建立译码器子系统的建立用鼠标选定上图模型中虚线框圈定的范围用鼠标选定上图模型中虚线框圈定的范围在菜单栏中执行在菜单栏中执行Edit/Create Subsystem命令命令将其输入端口命名为将其输入端口命名为A0、A1、A2及及S1，S2，S3， 输出端口命名为输出端口命名为Q0Q7选中所创建的选中所创

23、建的38译码器子系统译码器子系统在菜单栏中执行在菜单栏中执行Edit/Mask Subsystem命令命令实现步骤实现步骤4：子系统的封装：子系统的封装例例4：搭建：搭建4线线16线译码器的仿真模型。线译码器的仿真模型。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.25例例4：搭建：搭建4线线16线译码器的仿真模型。线译码器的仿真模型。MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.26实现步骤实现步骤5：416线译码器的搭建。线译码器的搭建。38译码器只有译码器只有3个输入端，欲对个输入端，欲对4位二进制代码进行译

24、码，可以选择任意位二进制代码进行译码，可以选择任意一个使能端作为第一个使能端作为第4个译码输入端。个译码输入端。所需模块：译码器，脉冲发生器，所需模块：译码器，脉冲发生器，ConstantConstant，逻辑操作，示波器，逻辑操作，示波器MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.27MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.28MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.29基本触发器模块介绍基本触发器模块介绍触发器模块：位于触发器模块：位于SimulinkSim

25、ulink Extras Extras节点下的节点下的Flip FlopsFlip Flops模块库中。模块库中。 包括包括RSRS触发器，触发器，JKJK触发器，触发器，D D触发器，触发器，D LatchD Latch触发器。触发器。1. S-R Flip-Flop1. S-R Flip-Flop（RSRS触发器）触发器）Memory：位于：位于Simulink节点节点下的下的Discrete模块库中，它相模块库中，它相当于一个状态存储器，在某一当于一个状态存储器，在某一时刻它将输入端输入的状态存时刻它将输入端输入的状态存储，再在下一时刻将该状态从储，再在下一时刻将该状态从其输出端输出。其

26、输出端输出。Logic：SimulinkMath OperationsCombinatorial Logic，用来实现一个真值表的，用来实现一个真值表的查询。该查询。该RS触发器模块中，触发器模块中，Truth table的数值设置如下的数值设置如下0 1;1 0;0 1;0 1;1 0;1 0;0 0;0 0，在这个序列中，每两个数值为一组，每组数值之间用；隔开，每组数据的前一数，在这个序列中，每两个数值为一组，每组数值之间用；隔开，每组数据的前一数值代表值代表Q的值，后一数值代表的值，后一数值代表!Q的值，的值，Mux的的3个输入端决定对真值表的选择。个输入端决定对真值表的选择。MATLA

27、B系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.302. J-K Flip-Flop2. J-K Flip-Flop（JKJK触发器）触发器）JK触发器模块的内部电路结构与触发器模块的内部电路结构与RS触发器模块十分相似，最大的不同是触发器模块十分相似，最大的不同是在空白处多添加了一个在空白处多添加了一个Trigger模块。模块。Trigger模块位于模块位于Simulink节点下的节点下的Ports & Subsystems模块库中，用于模块库中，用于对所在子系统所含功能的触发。对所在子系统所含功能的触发。JK触发器模块中触发器模块中Trigger的触发类型为下降

28、的触发类型为下降沿触发。沿触发。Trigger模块的输入信号是从模块的输入信号是从CLK端输入的，只有端输入的，只有CLK在下降沿发在下降沿发生作用时，生作用时，JK模块才会被激发。模块才会被激发。Logic的的Truth table的数值设置如下的数值设置如下0 1;0 1;1 0;1 0;1 0;0 1;1 0;0 1基本触发器模块介绍基本触发器模块介绍MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.313. D Flip-Flop3. D Flip-Flop（D D触发器）触发器）D触发器模块的内部电路结构主要包含一个实现触发器模块的内部电路结构主要

29、包含一个实现NOT功能的功能的Logical Operator模块，一个模块，一个Trigger模块，一个被命名为模块，一个被命名为C的的Enable Port模块。模块。Qn+1DD触发器是触发器是!CLR端的输入信号为端的输入信号为1时，时，CLK的输入信号在上升沿时发生作用。的输入信号在上升沿时发生作用。D Latch触发器与触发器与D触发器的不同在于，它的内部少了一个触发器的不同在于，它的内部少了一个Trigger模块，模块，相应输入端也少了相应输入端也少了CLK端口。端口。Trigger模块和模块和Enable Port模块位于模块位于Simulink节点下的节点下的Ports&Su

30、bsystems模块库中，用于为子系统添加触发端和使能端。模块库中，用于为子系统添加触发端和使能端。D触发器模块中触发器模块中Trigger的触的触发类型为上升沿触发。发类型为上升沿触发。Enable Port模块的对应输入端是模块的对应输入端是!CLR端口。端口。基本触发器模块介绍基本触发器模块介绍MATLAB系统级仿真分析系统级仿真分析电路分析与数字电路应用电路分析与数字电路应用.32双向移位寄存器双向移位寄存器例例5：以四位双向移位寄存器为例，假设左移、右移输入信号分别为：以四位双向移位寄存器为例，假设左移、右移输入信号分别为SL和和SR右移寄存器的激励函数为右移寄存器的激励函数为 D0SR，D1Q0，D2Q1，D3Q2左移寄存器的激励函数为左移寄存器的激励函数为 D3SL，D2Q3，D1Q2，D0Q1将左、右移四位寄存器结合在一起，加上控制信号将左、右移四位寄存器结合在一起，加上控制信号X，就可组成双向移位，就可组成双向移位寄存器，寄存器，X1时左移，时左移，X0时右移，其激励函数为时右移，其激励函数为23QXXSDL132QXXQD021QXXQDRSXXQD10MATLAB系统级