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1、Matlab电路仿真软件包-simpowersystems1. 入门1.1. SymPowerSystem是什么1.1.1. 介绍在Matlab提供的simulink仿真环境下，与其他建模产品结合在一起，用于对电子、机械系统进行建模。要学会使用SymPowerSystem，应首先学会使用Simulink仿真。1.1.2. 设计中的仿真的作用（略）1.1.3. SymPowerSystem仿真库你可迅速将SymPowerSystem投入使用。该库包含了许多典型的功率设备模型，例如，变压器、导线、机械、能源电子等。这些仿真模型来源于产品手册，基于工程实际。SymPowerSystem包含一个主要的
2、库：powerlib。powerlib库显示了所有包含的模块和模块名称。1.1.4. SymPowerSystem中的非线性模块（略）1.1.5. 仿真时需要的环境：Maltab 和Simulink1.2. 如何使用该指南1.2.1. 对于新用户将学会如下知识和技能：（1） 使用该库创建和仿真电子电路模型（2） 将一个电子电路于simulink模块连接在一起（3） 分析电子电路的稳定状态和频率响应（4） 离散化模型，以便加快仿真速度（5） 使用矢量图仿真方法（6） 构建自定义的非线性仿真模型1.2.2. 对于经验丰富的模块用户（略）1.2.3. 所有用户（略）1.3. 创建和仿真简单的电路1.
3、3.1. 介绍SymPowerSystem允许你对包含线性或非线性的电子电路进行建模和仿真。在本章节中，您将学习到：（1） 浏览SymPowerSystems的powerlib库（2） 如何利用SymPowerSystem创建一个简单的电路（3） 如何将电路与simulink模块互联。下述电路是即将创建的电路：图1 要建模和仿真的电路1.3.2. 使用powerlib创建电路（1） 使用如下命令打开powerlib：powerlib（2） 从powerlib的文件菜单下，允许“新建”菜单命令，新建一个空白电路稳定，存为：circurt1（3） 打开Electrical Sources库，复制其
4、中的AC Voltage Source模块到circuit1中（4） 双击AC Voltage Source，打开其属性设置对话框，按图1所示进行设置（5） 改模块的名称为“Vs”（6） 将elements库中的Parallel RLC Branch模块复制到circuit1中，按图1进行参数设置（7） 用同样的方法加入其他模块到电路中（8） 注意加入的传输线模块：传输线模块模型图如下（这是一段模型，一条导线通常有若干段，每一段参数都一样，如图1所示）：该模型是对参数分布一致的传输线的模拟。它能传输的电信号最大频率近似为：fmax=Nv/(8l)其中，N-PI节数，v-导线传输速度，v=1/(
5、sqrt(L*C) l-导线长度。关于Series RLC Load模块：描述该模块的有如下参数：normal voltage Vn(Vms):额定电压（有效值）normal frequency(Hz):额定频率active power（w）：有效功率（有功功率） 电阻消耗的功率Inductive reactive power QL：感性无功功率Capacitive reactive power QC：容性无功功率（9）加一个电压测量模块（Voltage mesure block）到电路中，该模块位于mesurements库中然后将simulink中的scope模块添加到电路中，并将其与电压测
6、量模块互联。1.3.3. 将电子电路与simulink连接起来电压测量模块（Voltage mesure block）是SymPowerSystem模块与simulink模块直接的接口。对于上面的例子，你实现了一种从电路到simulink信号的接口。电压测量模块将电压转换成simulink信号。类似的，电流测量模块（current mesure block）能将电流转换为simulink信号。你也可以将simulink信号连接到电路中，例如，你也可以将受控电压源加入到电路中。如图2所示。图2 1.3.4. 测量电压和电流电压测量模块和电流测量模块有方向规定，标+为正向，规定的方向是从正到负，若
7、电压值或电流值为+，则表示他们的方向与规定方向相同，否则，相反。万用表模块（multimeter）则没有事先规定的方向，它是根据仿真结果仿真后才显示方向的。可以通过如下命令了解方向：get_param(gcb,Orientation)1.3.5. 连接电容和电感的基本原则（1） 理想电压源不能与纯电容并联（2） 理想电流源不能与纯电感串联。违反上述原则，电路将无法仿真。必须修正。方法是在电容旁串联一个小电阻或在纯电感两端并联一个大电阻。1.3.6. 使用powergui模块仿真simpowersystem模型powergui模块对于任何包含simpowersystems模块的simulink模
8、型的仿真是必须的。他用于存储等价的simulink电路，这些电路用来表示simpowersystem模块的状态方程。当您在仿真中使用该模型，应遵循以下原则：l 将powergui模块置于仿真图的顶层用以优化性能。然而，你也可以把它置于任何需要的地方。例如，在一个子系统中。这不会影响系统功能；l 其他（略）1.4. 简单电路分析1.4.1. 介绍本节你将学习：l 使用power_analyze命令获取模型的状态空间描述l 使用powergui的图形用户接口计算电路的稳态电压和电流l 电路的频域分析1.4.2. 电路状态变量电路状态变量是与电路中的电感和电容元件有关的状态变量。许多模块中包含了电感
9、或电容，如并联RLC模块，PI SectionLine模块，等等。电路的状态变量有电路中各电容的两端电压和流经各电感的电流组成。电路状态变量的名称由系统自动产生，其命名规则如下：l 变量名由两部分组成：前导符_后缀。前导符和后缀之间用下划线隔开；l 前导符为Il或Uc（Il表示流经电感的电路，Uc表示电容器两端的电压）l 后缀为模块名称。1.4.3. 使用power_analyze进行状态空间描述你可以使用power_analyze获取一个电路模型的状态空间描述，例如输入下面的命令，可以获取上面创建的简单电路的状态空间描述信息：A,B,C,D,x0,electrical_states,inpu
10、ts,outputs=power_analyze(circuit1)x=Ax+Buy=Cx+Du要判定电路是否稳定，只要求A的特征值，看看A的特征值的实部是否都小于0，只有满足此条件，电路才是稳定的。1.4.4. 稳态分析使用powergui的图形用户接口命令可以进行电路的稳态分析。菜单命令：Analysis tools-Steady-State Voltages and Currents1.4.5. 频率分析powerlib包含了一个阻抗测量模块（Impedance Measurement），可以用于测量电路中任意两点间的阻抗。接下来，你将使用两种方法，利用该模块测量节点B2点的阻抗：l 基
11、于状态空间模型进行计算l 使用阻抗测量模块和powergui模块进行测量（1） 利用状态空间模型获取阻抗-频率之间的关系注：下面已经假定你的电脑上已经安装了控制系统工具箱要测量B2点的阻抗与频率间的关系，需要在B2处加入另一个电流源，打开前面绘制的仿真模型图，将AC Current Source复制到电路中，最终如图3所示。图3接着，计算该电路的状态空间方程：sys1 = power_analyze(circuit1,ss)该方程描述的是电路的连续状态空间方程。在laplace域，B2点的阻抗定义为：由交流电流源注入的电流与U2测量的电压间的传递函数。利用下面的命令获取状态空间方程中的输入输出
12、变量的名称：sys1.InputNameans = U_Vs I_AC Current Sourcesys1.OutputNameans = U_U2 U_U1节点B2处的阻抗与该状态空间模型的输出2和输入1间的传递函数相关，对于01500Hz频率范围，阻抗可由下式计算并显示出来：freq=0:1500;w=2*pi*freq;bode(sys1(1,2),w);（2）利用阻抗测量模块（impedance mesurement）和powergui模块求阻抗与频率关系打开powerlib的mesurement库，将阻抗测量模块（impedance mesurement）复制到你的模型中，重命名为
13、ZB2，将ZB2的两个输入分别连接到B2点和地（这样便可以测量B2点对地的阻抗）。现在打开powergui对话框，窗口中显示只有一个阻抗在测，命名为（ZB2，与模块名相同），设置频率范围为0：2：1500，Z幅度显示请选择对数刻度（logarithmic），选中“Save data when updated”复选框，并输入zData作为变量名用来保持阻抗-频率数据。单击“update”按钮，可以看到改变参数后的阻抗幅值-频率图、阻抗相位-频率图。注：ZData的第1列是频率，第2列是阻抗（复数表示）。1.5. 指定电路初始状态1.5.1. 介绍在这一节中，你将学习：l 包含有simpowers
14、ystems模块的simulink模型图的状态变量有哪些？l 设定状态变量的初始值1.5.2. 状态变量包含有simpowersystems模块的simulink模型图的状态变量由以下组成：l 与simpowersystems中的RLC支路模块类型有关的电路状态。他们在模型的状态空间描述中被定义。l SimPowerSystems的电气simulink模型的simulink状态，例如同步机械模块，饱和变压器模块和三相动态负载模块l 你的模型中的其他模块的simulink状态下图给出了包含上述三种模块的一个实例。1.5.3. 初始状态所谓初始条件，是指仿真前应用在整个系统上的各状态变量的初始值，
15、也称作初始状态。初始状态可以在模块中设定。大多数模块允许用户在设计时指定初始状态。对于电路模型，simpowersystems可自动设置模型的初始状态，并保证开始仿真时直接进入稳态。然而，你可以自行设定电路中的电容和电感的初始状态。使用power_init函数也可以设定初始状态1.5.4. 使用powergui设定电路初始状态第1步：在Matlab命令行中键入power_transient，打开标题为TransientAnalysis of a Linear Circuits的SimPowerSystems实例。重命名其中RLC支路模块第2步：从powergui模块的分析工具菜单下，选择“初始状态设定”选项，5个电路状态变量的初始值已经设定，这些初始设定能使电路一开始仿真，就为稳态。第3步：打开scope模块，并开始仿真。第4步：返回到第2步，试着改变某些变量的初始值，再仿真，看看结果是否发生变化。若不懂，请看在线帮助。1.6. 仿真暂态过程1.6.1. 介绍本节你将学习
