MATLAB、Simulink、Power System工具箱简介电子教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。MATLAB、Simulink、Power System工具箱简介-MATLAB/Simulink/PowerSystem工具箱简介Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型；电力系统(PowerSystem)仿真工具箱是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。本章以MATLAB61版本为基础，首先概述Simulink和Power

2、System工具箱所包含的模块资源和SimulinkPowerSystem的模型窗口；其次介绍SimulinkPowerSystem模块的基本操作。2.1Simulink工具箱简介在MATLAB命令窗口中键人“Simulink命令，便可打开Simulink工具箱窗口，如图2-1所示。图2-1Simulink模型库界面在图2-1所示的界面左侧可以看到，整个Simulink工具箱是由若干个模块组构成的。在标准的Simulink工具箱中，包含连续模块组(Continuous)、离散模块组(Discrete)、函数与表模块组(Function&Tables)、数学运算模块组(Math)、非线性模块组(

3、Nonlinear)、信号与系统模块组(Signals&Systems)、输出模块组(Sinks)、信号源模块组(Sources)和子系统模块组(Subsystems)等。现简要介绍电力电子电路仿真要使用的模块组和模块。电力电子电路使用的模块组有连续模块组、数学运算模块组、非线性模块组、信号与系统模块组、输出模块组、信号源模块组和子系统模块组等。211Continous模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图22所示，共由7个标准基本模块。图22Continous模块组212MathOperations模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图23所示，共由25个标准基本模块。图

4、23MathOperations模块组213Discontinuities模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图24所示，共由8个标准基本模块。图24Discontinuities模块组214SignalRouting模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图25所示，共由15个标准基本模块。图25SignalRouting模块组215Sinks模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图26所示，共由9个标准基本模块。图26Sinks模块组216Sources模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图27所示，共由18个标准基本模块。图27Sources模块组2.2

5、PowerSystem工具箱简介在MATLAB命令窗口中键入“powerlib”命令，则将得到如图28所示的工具箱。图28电力系统工具箱界面在该工具箱中有很多模块组，主要有电源、元件、电力电子、电机系统、连接器、测量、附加、演示等模块组。双击每一个图标都可打开一个模块组。电源（Electricalsources）模块组电源模块组包括：直流电压源、交流电压源、交流电流源、三相电源、三相可编程电压源、受控电压源和受控电流源等基本模块。电源模块组中各基本模块及其图标如图29所示。图29电源模块组测量模块组测量模块组包括：电压表、电流表、三相电压电流表、多用表、阻抗表和各种附加的子模块组等基本模块。测

6、量模块组中各基本模块及其图标如图210所示。图210测量模块组元件模块组元件模块组包括各种电阻、电容和电感元件，各种变压器元件。元件模块组中各基本模块及其图标如图211所示。图211元件模块组电力电子元件模块组电力电子模块组包括二极管、晶闸管、MOS场效应管、可关断晶闸管、IGBT、理想开关、三电平变流器桥等模块，此外还有2个附加的控制模块和一个通用变流桥。电力电子模块组中各基本模块及其图标如图212所示。图212电力电子模块组连接器模块组连接器模块组包括10个常用的连接器模块。连接器模块组各基本模块及其图标如图213所示。图213连接器模块组附加模块组附加模块组则包括了上述各模块组中各个附加

7、子模块组。附加模块组各基本模块及其图标如图214所示。图214附加模块组2.3Simulink/PowerSystem的模型窗口当按下“File”文件菜单中的“New”子菜单时，就弹出无标题名称的“untitled”新建模型窗口（图215所示）。Simulink和/PowerSystem的模型窗口是相同的。图215Simulink和/PowerSystem的模型窗口窗口的第二行是模型窗口的主菜单，第三行是工具栏，最下方是状态栏。在工具栏与状态栏之间的窗口（此处作了缩小）例模型、修改模型及仿真的操作平台。231模型窗口的菜单Simulink和/PowerSystem的模型窗口的主菜单有文件、编辑

8、、查看、仿真、格式设定、工具与帮助七项菜单选项。File（文件）菜单New(Ctrl+N）：创建新的模型或模块库。Open(Ctrl+O)：打开模型。Close(Ctrl+W)：关闭模型。Save(Ctrl+S)：保存当前的模型文件(路径、子目录、文件名都不变)Saveas：将模型文件另外保存(改变路径、子目录、文件名)。Sourcescontrol：源项控制。Modelproperties：模型属性。Preferences：仿真属性。Print(Cai+P)：打印模型。Printsetup：打印机设置。ExitMATLAB(Ctrl+Q)：退出MATLAB2Edit(编辑)菜单UndoAdd

9、(Ctrl+Z)：撤销前次操作。Cantredo(Ctrl+Y)：恢复前次操作。Cut(Ctrl+X)：剪切当前选定的内容，并放在剪贴板上。Copy(Ctrl+C)：将当前选定的内容复制到剪贴扳。Paste(Ctrl+V)：将剪贴扳上的内容粘贴到当前光标所在位置。Clear(Delete)：清除选定内容。Selectall(Ctrl+A)：选择整个窗口。3View(查看)菜单Statusbar：，显示或隐藏状态栏。Modelbrowseroptions：模型浏览器。Blockdataoptions：当鼠标位于模块上方时显示模块内部数据.Zoomin：放大模型显示比例。Zoomout：缩小模型显

10、示比例.Fitsystemview：自动选择最合适的显示比例。Normal(100)：以正常工作比倒(100)显示模型4Simulation(仿真)菜单start(Ctrl+T)：启动或暂停仿真。stop：停止仿真。Simulationparameters(Ctrl+E)：设置仿真参数Normal：常规标准仿真。Accelerator：加速仿真。5Format(格式设定)菜单Font：字体选择。Textalignment：文字对齐方式。Flipname：模块标题名称上下换位。Hidename：显示隐藏模块名。Flipblock(Ctrl+1)：将功能模块图旋转180。Rotateblock(C

11、trl+R)：将功能模块图顺时针旋转90*。ShowdropShadow：显示或隐藏模块的阴影。Showportlabels：显示或隐藏子系统输入输出字符与空框或有示意图框Foregroundcolor：设置前景颜色。Backgroundcolor：设置背景颜色。Screencolor：设置屏幕颜色。Librarylinkdisplay：库的联接显示。Sampletimecolors：给不同采样时间序列填加颜色Widenonscalarlines：用宽信号线表示向量信号。Signaldimensions：设置向量信号的宽度。Portdatatypes：标明端口数据的类型。6Tools(工具)菜

12、单和Help(帮助)菜单由于“工具”菜单应用较少，“帮助”菜单容易看懂，故此处不作具体介绍。232模型窗口工具栏模型窗口中主菜单下面是工具栏(见图215)，工具栏有15个按钮，用来执行最常用的15个功能，归纳起来可分为5类。图215所示的Simulink模型窗口工具栏自左到右有15个按钮，其功能分述如下。1文件管理类文件管理类包括4个按钮：第1个按钮：单击该按钮将创建一个新模型文件，相当于在主菜单“File中执行“New命令。第2个按钮：单击该按钮将打开一个已存在的模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Open命令。第3个按钮：单击该按钮将保存模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Sa

13、ve”命令。第4个按钮：单击该按钮将打印模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Print”命令。2对象管理类对象管理类包括以下3个按钮：第5个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件剪切到剪贴板上，相当于在主菜单“Edit”中执行“Cut”命令。第6个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件复制到剪贴板上，相当于在主菜单“Edit”中执行“Copy”命令。第7个按钮：单击该按钮，将剪贴板上的内容粘贴到模型窗口的指定位置，相当于在主菜单“Edit中执行“Paste命令。3命令管理类命令管理类包括以下两个按钮：第8个按钮：单击该按钮将撤销前次操作，相当于在主菜单“Edit中执行“UndoDelete”命令

14、。第9个按钮：单击该按钮将重复前次操作，相当于在主菜单“Edit中执行“RedoDelete”命令。4窗口切换类窗口切换类包括以下4个按钮：第10个按钮：单击该按钮将打开Simulink库浏览器，相当于在主菜单项“View”中执行“ShowLibraryBrowser”命令。第11-13个按钮：此3个按钮用来切换到触发模型浏览器。5仿真控制类仿真控制类包括以下两个按钮：第14个按钮：单击该按钮将启动或暂停仿真，相当于在主菜单项“Simulation”中执行“Star/Pause”命令；第15个按钮：单击该按钮将停止仿真，相当于在主菜单项“Simulation”中执行“Stop”命令。2.4Si

15、mulink/PowerSystem模块的基本操作Simulink和PowerSystem模块的基本操作是相同的。下面的操作方法对Simulink和PowerPowerSystem模块的操作均适用。2.4.1模块的选定、复制、移动与删除等1模块的选定模块选定(即选中)是许多其他操作如删除、剪切、复制的“前导性”操作。选中模块的方法有以下两种：（1)用鼠标左键单击待选模块，当模块的四个角处出现小黑块时，表示模块被选中。（2)如果要选择一组模块，可以按住鼠标左键拉出一个矩形虚线框，将所有要选的模块框在其中，然后松开鼠标左键，当矩形里所有模块的四个角处都出现小黑块时，表示所有模块被同时选中。关于模块

16、的选取还有以下两点需说明：1)如果在被选中模块的图标上再次单击左键，取消了对该模块的选取。2)如果想选取不连续的多个模块，但是用拖曳方框的方式又会选取到我们不想要的模块此时可以按住Shift，键，再按住鼠标左键来拖动一个矩形虚线框，这样一个一个地选取。2模块的复制从模块组中复制模块的操作方法是：在模块组中将鼠标箭头指向待选模块，用鼠标左键单击它，当待选模块四个角处出现小黑块时，表示已经被选中，校住鼠标左键不放，将所选模块拖动到“untitled”模型窗门里的目标位置，松开鼠标左键，则在“untitled，模型窗口里的某个位置上就有一个与待选模块完全相向的模块图标，这样就完成了从模块组中复制模块

17、的操作。在“untitled模型窗口里复制模块的方法有以下两种：（1)首先选中待复制模块，运行“Edit”菜单中的“Copy命令；然后将光标移到要粘贴的地方，控下鼠标左键；看到选定的模块恢复原状，在选定的位督上再运行“Edit菜单中的“Paste命令即可：新复制的模块和原装模块的名称会自动编号，以示区别。（2)另一种简单的复制操作是先按下键不放，然后将鼠标移到需复制的模块上，注意鼠标指针的变化，如果多厂一个小小的”加号”，就表示可以复制了。把鼠标光标拖动到目的位置后，松开鼠标左键，这样就完成了复制工作。3模块的移动模块移动操作非常简单：将光标置于待移动模块的图标上，然后按住鼠标左键不放，将模块

18、图标拖动到目的地放开鼠标左键，模块的移动即可完成，、注意：模块移动时，它与其他模块的连线也随之移动，4模块的删除和粘贴对选中模块的删除和粘贴可以按如下方法操作：（1）按“Delete”键，把选定模块删除。（2）选择“Edit”菜单中的“Cut”命令将选定的模块移到剪贴板后，重新粘贴。5改变模块对象的大小用鼠标选样对象模块图标，再将鼠标移到模块对象四周的控制小块处，鼠标指针将会变成双箭头的“”，“”、“或“”形状，此时按住鼠标左键不放，拖曳鼠标，待对象图标大小符合要求时放开鼠标左键，这样就可改变模块对象田标的大小。6改变模块对象的方向一个标准功能模块就是一个控制环节。在绘制控制系统模迎方框图即连

19、接模块时，要特别注意模块的输入、输出口模块间的信号流向。在SiamlinkPowerSystem中，总是由模块的输入端口接受信号，其端口位于模块左侧；输出端口发送(出)信号，其端口位于模块右侧。但是在绘制反馈通道时则会有相反的要求，即输入端口在模块右侧，输出端口在模块左侧。这时可按以下操作步骤来实现：用鼠标选中模块对象，利用“untitled”的主菜单项”Format”下拉菜中的“FlipBlock”或者“RotateBlock”命令，如果选择“FlipBlock”或者直接按键，即可将功能模块旋转180度；如果选择“RotateBlock或者直接按健，即可将功能模块顺时针旋转90度。242模块

20、的连接当把组成一个控制系统所需的环节模块都复制到“untitled模型窗口后，如果不用信号线将这些模块图标连接起来，则它并不描述一个控制系统。当用信号线将各个模块图标连接成一个控制系统后，即得到所谓的系统模型。要说明模块的连接首先需要介绍信号线的使用。1信号线的使用信号线的作用是连接功能模块。在模型窗口里，拖动鼠标箭头可以在模块的输入与输出之间连接信号线。为了连接两个模块的端口，可撞住鼠标的左健，单击输入或输出端口，看到光标变为“+”字形以后拖曳“+“字图形符号到另外一个端口，鼠标指针将变成双“+”字形状然后放开鼠标左健。则一根最简单的信号线就连成了，带连线的箭头表示信号的流向。对信号线的操作

21、和对模块操作一样，也需先选中信号线(鼠标左健单击该线)，被选中的信号线的两端出现两个小黑块，这样就可以对读信号线进行其他操作了，如改变其粗细、对其设置标签，也可以把信号线折弯、分支，甚至删除。2向量信号线与线型设定对于向量信号线在“untitled“模型窗口里，可选中主菜单”Format”下的“signaldimensions”命令，对模型执行完“Simulation”下的“Start命令后，传输向量的信号线就会变粗。变粗了的线段表示诙连接线上的信号为向量形式。3信号线的标签设置在信号线上双击鼠标左键，即可在信号线的下部拉出一个矩形框，在矩形框内的光标处可输入该信号线的说明标签，既可输入西文字符，也可辖入汉字字符。标签的信息内容如果很多，还可以用键换行输人。如果标签信息有错或者不妥，可以重新选中再进行编辑修改。4信号线折弯选中信号线，按住键，再用鼠标左健在要折弯的地方单击一下现一个小圆圈，表示折点，利用折点就可以改变信号线的形状。选中信号线将鼠标指到线段端头的小黑块上，直到箭头指针变为“