《电力电子电路仿真——MATLAB和PSpice应用教学课件课件作者魏艳君第五章节幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子电路仿真——MATLAB和PSpice应用教学课件课件作者魏艳君第五章节幻灯片（136页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章MATLAB应用,第五章MATLAB应用,MATLAB是一种科学计算软件。MATLAB是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的缩写 。早期的MATLAB主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，是国内外高校教学和科学研究的常用软件。 MATLAB比较易学，如果有不清楚的地方，可以通过它的帮助（help）和演示（demo）功能得到启示。 学习MATLAB的难点在于，它有大量函数，这些MATLAB函数仅基本部分就有700多个，其中常用的有200300个，掌握和记忆起来都比较困难。,1993
2、年出现了SIMULINK，是基于框图的仿真平台，SIMULINK挂接在MATLAB环境上，以MATLAB的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。SIMULINK提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大便利。避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函数仿真时需要熟悉记忆大量M函数的麻烦 。 SIMULINK原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中易编程、易拓展，并且可以解决MATLAB不易解决的非线性、变系数等问题。 支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离散混合系统的仿真，支持线性和非线性系统的仿真，支持多种采样频率（Multi
3、rate）系统的仿真，也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。 各科学领域根据自己的仿真需要，以MATLAB为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式都放入SIMULINK中，形成了模块库。,第五章MATLAB应用,现在SIMULINK模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了SIMULINK最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具箱（DSP Blocks）、通信系统工具箱（Comm） 等也并行列入模块库的一级子目录，逐级打开模块库浏览器（SIMULINK Library Browser）的目录，就可以看到这些
4、模块。,第五章MATLAB应用,从SIMULINK 4.1开始，有了电力系统模块库（Power System Blockset），该模块库主要由加拿大HydroQuebec和TECSIM International 公司共同开发。在SIMULINK环境下用电力系统模块库的模块，可以方便地进行RLC电路、电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。 本书中电力电子和电力 拖动控制系统的仿真就是在 MATLAB/SIMULINK环境下， 主要使用电力系统模块库和 SIMULINK两个模块库进行。,第五章MATLAB应用,5.1 MATLAB的计算基础 MATLAB的计算主要是数组和矩阵的计算，并且
5、定义的数值元素是复数 MATLAB函数的变量不需要事先定义，它以在命令语句中首次出现而自然定义 5.1.1 常量和变量 1. 常量 MATLAB定义的数值元素是复数，因此实数是复数虚部为零的特殊情况。常量可以是十进制数，也可以是其他进制的数值。 复数的生成语句为 或 MATLAB中的常数存储格式是16位长型格式，数值有效范围是 。,5.1 MATLAB的计算基础,2. 变量 变量的命名规则 1）变量名以英文字母开始，即首字符必须是26个英文字母之一。 2）变量名可以由英文字母、数字和下划线组成，MATLAB能区分字母的大小写。 3）变量名长度不超过31个字符长度。 4）如果在变量名前添加了关键
6、词“global”，该变量就成为全局变量，全局变量不仅在主程序中起作用，并且在调用的子程序和函数中起作用。定义全局变量必须在主程序的首行，这是惯例 。MATLAB有一些规定的常量和变量 表5-1,5.1 MATLAB的计算基础,表5-1 MATLAB规定的常量和变量,5.1 MATLAB的计算基础,5.1.2 数组和矩阵的表示和赋值 MATLAB既支持数组的运算，也支持矩阵的运算，但是数组与矩阵的运算有很大的不同，数组的运算对数组中每个元素都执行相同的操作，而矩阵的运算则按线性代数的法则进行。 一维数组的表示和赋值 一维数组（行向量）是用方括号括起的一组元素（或数），元素之间用空格或逗号分隔，
7、组成数组的元素可以是具体的数值、变量名或算式。如,5.1 MATLAB的计算基础,2. 维数组和矩阵的表示和赋值 矩阵或数组的元素列入括号中，每行的元素间用空格或逗号分隔，行与行之间用分号或回车键隔开。如 表示一个33的矩阵 矩阵内的元素可以是数值、变量或者表达式。 5.1.3 MATLAB 的算术运算,5.1 MATLAB的计算基础,表5-2 MATLAB的算术运算符,5.1 MATLAB的计算基础,5.1.4 MATLAB 的关系运算 表5-3 MATLAB的关系运算符 关系运算的结果只可能是或。表示该关系式不成立，即为“假”；表示该关系式成立，即为“真”。,5.1 MATLAB的计算基础
8、,5.1.5 MATLAB 的逻辑运算 逻辑量的基本运算有与(&)、或(|)和非()三种。有时也包括异或运算(xor) 表5-4 MATLAB的关系运算符,5.1 MATLAB的计算基础,5.1.6 MATLAB的特殊运算符 表5-5 MATLAB的特殊运算符 这些特殊运算符在英文状态下输入有效，在中文状态下输入则无效,5.1 MATLAB的计算基础,5.1.7 MATLAB 常用的函数 MATLAB的函数极为丰富，一些常用的数学函数如表5-6 见书,5.1 MATLAB的计算基础,5.2 MATLAB程序设计基础 5.3 MATLAB的绘图功能,5.2 MATLAB程序设计基础 5.2.1
9、表达式、表达式语句和赋值语句 5.2.2 流程控制语句 5.2.3 MATLAB常用的其他命令 5.3 MATLAB的绘图功能 5.3.1 直角坐标中的二维曲线 5.3.2 多条曲线的绘制 5.3.3 电力电子电路波形图的绘制,5.4 SIMULINK 环境和模型库,5.4 SIMULINK 环境和模型库 5.4.1 系统仿真（SIMULINK）环境 系统仿真（SIMULINK）环境也称工具箱（Toolbox），是MATLAB最早开发的，它包括SIMULINK仿真平台和系统仿真模型库两部分。由于SIMULINK的仿真平台使用方便、功能强大，后来拓展的其他模型库也都共同使用这个仿真环境，成为MA
10、TLAB仿真的公共平台。SIMULINK 是Simulation和Link两个英文单词的缩写，意思是仿真链接，MATLAB模型库都在此环境中使用，从模型库中提取模型放到SIMULINK的仿真平台上进行仿真。,SIMULINK特点: 1）以调用模块代替程序的编写。 2）画完系统框图，设置好仿真参数，即可启动仿真。 3）系统运行的状态和结果可以通过波形和曲线观察 。 4）系统仿真的数据可以用以.mat为后缀的文件保存，并且可以用其他数据处理软件进行处理。 5）如果系统框图绘制不完整或仿真过程中出现计算不收敛的情况，会给出一定的出错提示信息，但是这提示不一定准确，这是软件还不够完备的地方。,5.4
11、SIMULINK 环境和模型库,5.4.2 SIMULINK 的工作环境 进入SIMULINK 的工作环境： SIMULINK模型库浏览窗口 SIMUUNK工作窗口，即系统仿真平台 SIMULINK窗口菜单系统与目前常用的一些应用软件大同小异，不再逐一进行介绍，应用中比较特殊的命令会在应用内容中进行说明,5.4 SIMULINK 环境和模型库,5.4.3 模型库浏览器 模型库是SIMULINK的重要内容，模型库中保存了控制系统中常用的典型环节的模型可以通过模型库浏览器（SIMULINK Library Browser）来查找,5.4 SIMULINK 环境和模型库,MATLAB的工具箱具有极其
12、丰富的内涵，在上图左侧可以看到，整个SIMULINK工具箱是由Simulink（标准模块库）、Aerospace blockset（航空航天系统模块库）、Communications Blockset（通信系统模型库）、Simpower Systems（电力系统模块库）等数十个模块组构成。结合电力电子的专业特点，主要介绍系统仿真标准工具箱（SIMULINK）和电力系统（Power System Block）两个模块库内所包含的模块 Simulink（标准工具箱） Simulink（标准工具箱）中包含了Conntinuous, Discontinuities、Discrete、Look-up T
13、ables、Math Operations、Model Verification、Model-Wide Utilities、 PortsSubsystems、Signal Attributes、Signal Routing、Sinks、Sources和Use-Defined functions等模块组。在电力电子专业中常用的模块组有Continuous、Math operations、Signal Routing、Sinks、sources、Discontinuities等。,5.4 SIMULINK 环境和模型库,第五章MATLAB应用,5.4 SIMULINK 环境和模型库,（1）Cont
14、inuous模块组 （2）Math operations模块组,5.4 SIMULINK 环境和模型库,（3）Discontinuities模块组 （4）Signal Routing模块组,5.4 SIMULINK 环境和模型库,（5）Sinks模块组 （6）Sources模块组,5.4 SIMULINK 环境和模型库,2. SimPower System（电力系统）工具箱 主要有电源（Electrical sources）、元件（Elements）、电力电子（Power Electronics）、电机系统（Machines）、测量（Measurements）附加（Extras）等模块组。 （
15、1）Electrical sources（电源）模块组,5.4 SIMULINK 环境和模型库,（2）Measurements（测量）模块组 在MATLAB中没有测量端口m的模块，如需用示波器显示工作波形，则要使用这些测量模块先将所需信号测量出来，然后将测量模块的输出接入到示波器或显示模块中进行显示 （3）Elements（元件）模块组,5.4 SIMULINK 环境和模型库,注意：单个的电阻、电容和电感元件只能通过串联或并联的RLC分支以及它们的负载形式来定义，单个元件的参数设置在串联或并联分支中是不同的，具体设置如表5-9 表5-9 单个电阻、电容、电感元件的参数设置表,5.4 SIMUL
16、INK 环境和模型库,（4）Power Electronics（电力电子）模块组 （6）Extras liberary（附加）模块组 附加（Extras）模块组是二级子目录，其中包括控制（Control Blocks）模块组、离散控制（Discrete Control Blocks）模块组、离散测量（Discrete Measurments）模块组、测量（Measurments）模块组和向量（Phasor Liberary）模块组 。常用的有,5.4 SIMULINK 环境和模型库,1）Control Blocks（控制）模块组 2）Measurments（测量）模块组,5.4 SIMULINK 环境和模型库,3. 模块的基本操作 （1）模块的参数设置 （2）模块的连接 5.5 SIMULINK 的仿真实践基础 5.5.1 SIMULINK的仿真步骤 第一步 电路或系统搭建。 注意：一个完整的仿真模型应该至少包括一个源模块（Sources）和一个输出模块（Sinks）
