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1、,第十章 Simulink 基础,第一节 Simulink概述,第三节 Simulink电力系统模块简介,第二节 Simulink 基本模块简介,第四节 Simulink 建模方法和步骤,第五节 Simulink 仿真运行及结果分析,第一节 Simulink概述,二、计算机仿真,建立系统的数学模型。,一、SIMULINK简介,仿真系统的组装，包括设计仿真算法，编制计算机程序 使仿真系统的数学模型能为计算机所接受并在计算机上 运行。,运行仿真模型，进行仿真试验，再根据仿真试验的结果 进一步修正系统的数学模型和仿真系统。,三、Simulink的工作环境,Simulink工作环境具有如下特性：,自动
2、代码生成，以处理连续时间，离散时间以及混合系统；,优化代码，以保证快速执行；,可移植的代码使其应用范围更加广泛；,从Simulink下载到外部硬件上的交互参数使系统在工作状态 下很容易调试；,一个菜单驱动的图形用户界面使得软件的使用非常容易。,为了便于读者对Simulink的初步认识，下面给出图 10-2所示的简单仿真环境，该仿真环境显示的是变频余弦 曲线。,图10-2 simulink的仿真环境,第二节 Simulink 基本模块简介,图10-3 Simulink模块库浏览器,第四章 Matlab数值运算基础,1、信号源模块库（Sources）,信号源模块库为仿真系统提供了连续时间和离散时间
3、的信号源如表10-1所示：,表10-1 信号源模块及功能,2、输出模块库（Sinks）,输出模块库中提供了各种功能的输出模块，包括图形显示和数据存贮等，如表10-2所示：,第四章 Matlab数值运算基础,表10-2 输出模块及功能,3、连续系统模块库（Continuous）,连续系统模块库提供了连续系统运算功能的多种模块，如表10-3所示：,表10-3 连续系统主要模块及功能,4、离散系统模块库（Discrete）,离散系统模块库中提供了滤波器、脉冲传递函数等离散系统模块，如表10-4所示：,表10-4 离散系统主要模块及功能,5、数学运算模块库（Math operations）,数学运算模
4、块库中提供了包括数学运算、关系运算、复数运算等多种用于数学运算的模块，如表10-5所示：,表10-5 数学运算主要模块及功能,6、通用模块库（Commonly Used Blocks）,通用模块库中提供了一般建模常用的模块，这些模块在各自的分类模块库中均能找到，但为了使用方便，特将一些常用的模块集中起来组成了该库如表10-6所示：,表10-6 通用模块及功能,7、信号路径模块库（signal routing）,信号路径模块库提供了信号在模型中流动的各种路径通道的选择，包括信号的分离、汇合以及通道选择等模块，如表10-7所示：,表10-7 信号路径模块库,Simulink模块库中的内置模块均提供
5、了简单的描述与详细的帮助文档，这可以大大方便用户的使用与理解。要查询某个模块的帮助文档只需将该模块移到一个模型文件中，再右击它，在弹出的快捷菜单中选择help就能打开对应的帮助页面了，如图10-4所示：,图10-4 打开模块的帮助文档(a)打开帮助文档的命令;(b)打开的帮助文档,（a）,（b）,第三节 Simulink电力系统模块简介,图10-5 电力系统模块库,一、电源模块库（Electrical Source）,电源模块库提供了电路、电力系统中常用的各种理想电源及可编程电源等，如表10-8所示：,表10-8 电源模块库,二、电器元件库（Elements）,电器元件库中提供了各种线性网络电
6、路元件和非线性网 络电路元件，包括支路元件（Elements）、输配电线路元件（Lines）、断路器元件（Circuit Breakers）、变压器元件（Transformers）等，如表10-9所示：,表10-9 电器元件模块及功能,三、电机模块库（Machines）,电机模块库提供了各种形式的电机，并且为了建模方便还将个别电机模块分成了标么制单位和有名制单位两种，如表10-10所示：,表10-10 电机模块及功能,四、电力电子模块库（Power Electronics）,电力电子模块库提供了各种电力电子器件及其附属电路（如脉冲触发电路）等实用的功能模块，如表10-11所示：,表10-10
7、电机模块及功能,第四节 Simulink 建模方法和步骤,Simulink模型通常包括信源（Source）、功能系统（System）和显示（Sinks）三大部分，见图10-6，这三部分又分别由相应的功能模块组成，从模块库中找到合适的模块移到模型文件编辑区中，按要求连接后还要将各模块元件的参数设置成实际的大小即可完成建模。,一、模块的选取,二、模块的编辑,2、模块的移动,1、模块的选择,3、模块的缩放,4、模块的复制、删除,5、模块的显示属性设置,三、模块的连接及参数设置,1、模块的连接,图10-11 模块的连接(a)模块连接成功;(b)模块连接失败,2、模块连接线的操作,图10-12 分支连接
8、线示例,图10-13 改变连接线的走线形状,3、为信号线加文字标识,图10-14 在连接线上加文字标识,4、参数的设置,图10-15 模块的参数设置,第五节 Simulink 仿真运行及结果分析,图10-16 设置仿真参数,左侧树形图中的项目组含义如下：,Solver（解算器）,Data Import/Export（数据输入输出）,Optimization（优化）,Diagnostics（诊断）,Hardware Implementation（硬件工具）,Model Referencing（模块引用）,一、Solver（解算器）选项,二、数据输入输出（Data Import/Export）,图
9、10-17 数据输入输出参数的设置,三、诊断选项（Diagnostics）,图10-18 仿真异常诊断设置,四、观察Simulink的仿真结果,1）将信号输出到显示模块,2）将仿真结果存储到工作空间,3）将仿真结果通过输出端口返回到Matlab命令窗口，再利用绘图命令绘出输出图形在Sinks模块组中有 一个名 Out1的模块，将数据输入到这个模块，该 模块就会将数据输出到Matlab命令窗口，并用名为 yout的变量保存，同时还将时间数据用tout变量保存。,五、简单的模型示例,图10-19所示是一个非常简单的电路分析，模拟工频交流电的阻感响应。,图10-19 一个简单的Simulink模型,
10、图10-20 仿真的结果,第六节 SIMULINK典型模块使用的简单示例,【例10-1】：数组的乘法运算的SIMULINK仿真 在“SIMULINK”环境下，点击工具栏上的新建快 捷按钮，则空白的尚未命名的模型文件编辑区如 图10-21所示。,图10-21 空白模型文件编辑器,图10-22 数组的乘法运算模块连接图,图10-23 Constant模块参数设置对话框,图10-24 Constant1模块参数设置对话框,图10-25 数组的乘法运算的“Product”模块设置对话框,参数设置后的模型文件编辑界面如图10-26所示。,图10-26 设置参数后的数组乘法运算模块连接图,仿真之前，点击菜
11、单栏上的“Simulation”“Configuration Parameters”，出现一对话框，点击此对话框中“Solver”处的下拉箭头，从弹出的选项中选取“discrete(no continuous states)”；将“Solver options”中的“Max step size”设置为0.2。以下各例同此。最后点击工具栏上的仿真按钮，仿真结果如图10-27所示。,图10-27 数组的乘法运算仿真结果,【例10-2】：矩阵的乘法运算的SIMULINK仿真 矩阵的乘法运算模块调用与数组的乘法运算模块调用一样，首先要对所调用的模块进行参数的设置。比如要做size分别为34和43两个矩
12、阵的乘法运算，对这两个矩阵的参数设置的“Constant”对话框分别如图10-28、图10-29所示：,图10-28 34矩阵的参数设置对话框,图10-29 43矩阵的参数设置对话框,图10-30 矩阵的乘法运算的“Product”模块设置对话框,图10-31 矩阵的乘法运算仿真结果,图10-32 数组的除法运算模块连接图,【例10-3】：数组的除法运算的SIMULINK仿真,图10-33 设置参数后的数组除法运算模块连接图,图10-34 数组的除法运算仿真结果,【例10-4】：矩阵的除法运算的SIMULINK仿真 矩阵AB代表inv(A)*B。求A的逆阵inv(A)时，从“Math Oper
13、ations”中调用“Divide”模块。双击该 模块，对话框如图10-35所示。,图10-35 Divide设置对话框,在图10-35中，保留“Number of input”标签处的“/”，删去“*”，再选“Multiplication”标签处的“Matrix(*)”，设置后如图10-36所示，此时“Divide”模块的外观由原来的 变为。,图10-36 设置后的Divide对话框,图10-37 矩阵除法运算模块连接图,图10-38 矩阵除法运算的仿真结果,【例10-5】：数组连接的SIMULINK仿真,图10-39 数组的模块连接图,图10-40“Matrix concatenation
14、”模块设置对话框,图10-41 数组的水平连接仿真结果,图10-42 数组的水平连接另一仿真结果,图10-43 数组的垂直连接,【例10-6】：数组重组的SIMULINK仿真,图10-44 数组重组的模块连接,图10-45“reshape”模块设置对话框,图25中的“Output dimensionality”中共有4个选项，选“Column vector”和“1-D array”选项，可将输 入的数组重塑成列向量，如图10-46所示。,图10-46 32的数组重塑成列向量,选“Row vector”选项，可将输入的数组重塑成行向量。如图10-47所示。,图10-47 32的数组重塑成行向量,
15、选“Customize”时，“Output dimensions”功能启用，在其下的可编辑框内输入新的行数和列数，如图10-48所示。,图10-48 32数组重塑成23数组的设置对话框,重塑后的数组仿真结果如图10-49所示。,图10-49 32数组重塑成23数组的仿真结果,【例10-7】：FIR数字带通滤波器的SIMULINK仿真示例 有一频率分别为10Hz、20Hz和30Hz的混合信号，利用带通滤波器将20Hz的信号从混合信号中分离出来，仿真过程如下：从“Sourses”模块组中取出三个“Sine Wave”模块；从“Math Operations”模块组中取出“Add”模块和“Gain”
16、模块；滤波器模块取法如下：单击“Simulink Library Browser”“Signal Processing Blockset”“Filtering”“Filter Designs”，则在右侧出现“Digital Filter Designs”滤波器模块，如图10-50所示，从中取出此模块。,图10-50 定位“Digital Filter Design”模块图,从“Sinks”模块组中取出两个“Scope”模块，将各模块连接起来，如图10-51所示。模型文件命名为“firbandpass”。,图10-51 FIR带通数字滤波器模块连接图1,图10-51中，“Add”模块，左端默认输
17、入数是2，由于此例有三个输入，故需将其重新进行设置，设置方法为双击该模块，将出现的对话框中的“List of signs”标签下的“+”后再添一个“+”即可（图略）。同样，“Scope”模块默认的输入端是一个，图10-51中第一个“Scope”模块有四个输入端，设置方法为双击该模块，出现空的示波器（图略），点击工具栏上的参数设置按钮，出现如图10-52所示的会话框。,图10-52 示波器参数设置对话框,将会话框中的“Number of axes”中的默认值“1”改为“4”即可。四个输入端的“Scope”模块显示的分别是10Hz、20Hz、30Hz和滤出的20Hz的信号波形。一个输入端的“Sco
18、pe1”模块显示的是混合信号的波形。下面对输入的三个正弦波进行参数设置。双击第一个正弦波，将出现的会话框中的幅值改为2，频率改为10Hz，根据奈奎斯特准则，采样时间选为0.01s，参数设置后如图10-53所示。,图10-53 正弦波参数设置对话框,另外两个正弦波设置方法同（图略），幅值分别为“4”和“6”，频率分别为“20Hz”和“30Hz”，采样频率依然是0.01s。双击“Digital Filter Design”模块，对弹出的对话框中进行参数设置，在“Response Type”标签下选“Bandpass”；“Design Method”标签下选“FIR”，且选FIR的“Equiripp
19、le”方法；“Filter Order”中的“Specify order”填“100”；“Options”中的“Density Factor”填“30”；“Frequency Specifications”中的“Units”选“Hz”；“Fs”、“Fstop1”、“Fpass1”、“Fpass2”和“Fstop2”处分别填“100”、“15”、“19”、“22”和“26”，其它不变，然后点最下行的“Design Filter”按钮，所设计的带通滤波器如图10-54所示。,图10-54 FIR带通滤波器设计界面图,参数设置好后，模块连接如图10-55所示。为了直观显示输入的不同频率的正弦波，将图
20、10-54中输入端的三个正弦波的默认标识做了修改。方法很简单，只要单击原标识，在出现的动态文本框内修改即可，修改后新标识如图10-55中所示。同时，图中对各模块做了外观修饰，做法如下：用鼠标右击要修饰的模块弹出上下文菜单选择自己喜欢的风格即可。,图10-55 FIR带通滤波器设计模块连接图2,仿真之前，点击菜单栏上的“Simulation”“Configuration Parameters”，出现一对话框，点击此对话框中“Solver”处的下拉箭头，从弹出的选项中选取“discrete(no continuous states)”，如图10-56所示。,图10-56“Configuration Parameters”对话框,点击工具栏上的仿真按钮，然后双击示波器“Scope”和“Scope1”，则仿真结果如图10-57、10-58 所示。,图10-57 FIR带通滤波器仿真结果1,图10-58 混合信号仿真波形图,图10-57中第四个波形显示的是被滤出的20Hz的信号，可见其衰减得很严重，为了清楚显示之，故在滤波器的输出端增加了放大器“Gain”，在此设置放大倍数为10。重新仿真后，如图10-59所示。,图10-59 FIR带通滤波器仿真结果2,
