电力电子电机控制系统仿真技术 教学课件 ppt 作者 洪乃刚 第2章
第2章 SIMULINK和结构图仿真,MATLAB的SIMULINK是很有特色的仿真环境。 Simulink仿真环境包括Simulink仿真平台和Simulink Library Browser系统仿真模型库。表示函数、电路元器件等模型的模块都保存在模型库中，用户只要学习图形界面的使用方法和熟悉模型库的内容，就可以很方便地使用鼠标和键盘通过调用模块搭建电路和系统并进行仿真 。,Simulink仿真平台特点,以调用模块代替程序的编写，以模块连成的方框图表示系统，点击模块即可以输入模块参数。以框图表示的系统应包括输入（激励源）、输出（观测用仪器）和组成系统自身的模块。 提取模块并连接组成系统模型，设置了仿真参数，即可启动仿真，这时程序会自动完成仿真系统的初始化过程，将系统的框图转换为仿真的数学方程，建立仿真的数据结构并计算系统在给定激励下的响应。设计的系统模型可以命名保存，模型名的后缀为.mdl。 系统运行的状态和结果可以通过波形和曲线观察，这和实验室中用示波器观察的效果几乎一致。,Simulink仿真平台特点（续）,系统仿真得到的数据可以用.mat为后缀的文件保存，并且可以用其它数据处理软件处理。 如果系统方框图绘制和构成不完整或仿真过程中出现了计算不收敛的情况，会给出一定的出错提示信息，方便用户根据提示信息修改。 以框图形式仿真控制系统是Simulink的最早功能，后来在Simulink的基础上又开发了数字信号处理、通信系统、电力系统、模糊控制等数十种模型库，但是Simulink的窗口界面是其他工具箱共用的平台，在这平台上可以进行控制系统、电力系统、通信系统等各种系统的仿真。,2.1 Simulink系统仿真环境,2.1.1 Simulink环境的进入,2.1.1 Simulink环境的进入,从MATLAB窗口进入Simulink环境有几种方法 在MATLAB的菜单栏上选择File，在下拉菜单中的New项下选中Model。 在MATLAB的工具栏上点击按钮 , 然后在打开的模型库浏览窗口菜单上点击快捷键 。 在MATLAB的命令窗口中键入simulink后回车，然后在打开的模型库浏览窗口的菜单上点击快捷键 。,Simulink仿真平台,2.2 模型库浏览器（Simulink Library Browser）,2.2.1 Simulink模型库的打开 打开Simulink模型库的方法有如下几种： 在MATLAB窗口的工具栏上点击快捷键 在MATLAB的文本窗口中键入simulink 在Simulink窗口上点击快捷键,模型库浏览器窗口之一,模型库浏览器窗口之二,2.2.2 模块的基本操作,一 模块的提取。 二 模块的复制和粘贴 三 模块的移动、放大和缩小 四 模块的转动 五 模块名的修改和移动 六 模块的参数设置 七 模块的删除和恢复 八 模块的连接,2.3 Simulink仿真步骤和模型建立 2.3.1 Simulink仿真步骤,1. 建立模型 打开Simulink窗口和模型浏览器，将需要的典型环节模块提取到仿真平台上，然后将平台上的模块一一连接，形成仿真的系统模型。 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（Sink） 2. 设置模块参数。 3. 设置仿真参数 4. 启动仿真 5. 观测仿真结果,仿真参数设置对话框,仿真时间（Simulation time） 开始时间(Start time)，终止时间（Stop time）,算法Solve,算法选择（Solver options）,计算类型（Type）,【例2.1】仿真一阶惯性环节 在单位阶跃给定下的响应。,步骤1： 在Simulink模型库中分别提取阶跃给定（Step）、传递函数（Transfer Fcn）和示波器（Scope）三个模块,并连接组成仿真模型,步骤2： 模块赋值,步骤3： 设置模型仿真参数,步骤4： 启动仿真并观察结果,点击快捷键,启动仿真,双击示波器模块打开示波器,2.4 Simulink的仿真算法,可变步长类算法（Variable-step）,ode45(Dormand-Prince) Rung-Kutta(4,5)和Dormand-Prince组合的算法,2. ode23(Bogacki-Shampine) Rung-Kutta(2,3)、Bogacki和Shampine相结合的算法 3. ode113(Adams)，可变阶数的多步算法 4. ode15s(stiff/NDF) 一种可变阶数的算法 5. ode23s(stiff/Mod.Rosenbrock) 一种改进的二阶Rosenbrock算法 6. ode23t(mod.stiff/Trapezoidal) 采用自由内插方法的梯形算法 7. ode23tb(stiff/TR-BDF2) 采用TR-BDF2算法,2.5 示波器（Scope）的使用和数据保存,2.5.1 示波器的参数,示波器设置第一页,示波器设置第二页,2.5.2 图形缩放,Y轴范围设定,2.7 Simulink在调速系统中的应用,2.7.1 PI调节器建模和特性研究，比较几种以Simulink模块构建PI调节器方式 一 PI调节器传递函数模型,（2.1）,（2.2）,PI调节器模型模块提取路径,例2.1 观察PI调节器在脉冲输入下的响应，设调节器,，调节器输出限幅为10，调节器脉冲输入信号周期为3秒，脉冲宽度为0.6秒，脉冲幅值为1。,传递函数模块参数,输出限幅模块参数,三 有积分限幅的PI调节器,四 建立PI调节器模块,PI模块分支电路,PI调节器打包模块,分支模块设置,外观设置（Icon）,参数设置(Parameters),2.7.2 直流转速控制系统动态结构图仿真,以例1.12的转速控制系统用simulink模块构建系统模型，并仿真系统在不同转速给定下的响应。,直流转速闭环调速系统模块提取路径,直流转速闭环调速系统模块参数表2.4,一 ASR为比例调节器,不同转速给定时转速响应,整流器输出电压电流响应 （Un*=10）,二 ASR为PI调节器,PI调节系统转速响应,PI调节电压和电流波形（Un*=10）,小 结,本章介绍了MATLAB的重要仿真平台SIMULINK, 介绍了模型库浏览器（Simulink Library Browser）和在平台上用模块构建仿真模型的方法，模型库浏览器（Simulink Library Browser）中包含了大量丰富的模块，使用这些模块可以大大地方便了系统的建模。本章以PI调节器和转速控制系统两个举例介绍了仿真在调速系统建模中的应用，比较了比例调节和PI调节两种不同控制方式下的调节效果，这仅是MATLAB/SIMULINK功能中的很小部分，通过本章主要在掌握模块的使用和系统建模的方法。,
