MATLAB毕业论文.doc

河北工程大学毕业设计（论文）目 录第一章 引言1第二章 关于MATLAB简介22.1 概述22.2 MATLAB产生的历史背景与发展状况22.3 MATLAB软件系统的构成42.4 MATLAB特点4第三章 SIMULINK仿真集成环境及使用5简介53.1 仿真环境的概述53.2 Simulink 入门73.3 Simulink实时工作环境83.3.1 Simulink实时工作环境的作用83.3.2 实时工作环境的特点83.4 Smulink基本建模方法93.4.1模型窗口的建立93.4.2 模块的操作10第四章 电力系统模块 、电力系统工具箱集简介124.1电力系统模块集简介124.2 简单电子线路仿真174.2.1 电路的仿真17第五章 线性电路暂态系统仿真195.1设计电路图及参数设置19仿真电路图195.1.1 范例说明195.1.2 设计流程225.2 电路仿真分析275.2.1仿真参数设置275.2.2仿真过程及结果分析28后 记38参 考 文 献39第一章 引言MATLAB程序设计语言是美国Math Works公司于20世纪80年代中期推出的高性能数值计算软件，经过十几年的开发、扩充与不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科，功能特强、特全的大型软件。其在国外MATLAB已经经受多年的考验，在欧美高校，MATLAB已成为线性代数、自动控制理论、数理计算、数字信号分析与处理、动态系统仿真等课程的基本数学工具，成为高校大学生、研究生必须掌握的基础知识与基本技能。Simulink为用户提供了用方框图进行建模的模型接口。它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。并且用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，用户可以用从上到下或从下到上的结构创建模型。电力系统工具箱（Power System Blockset以下简称PSB）在Simulink环境下使用。电力系统工具箱提供了一个现代化的设计工具，它使科学家、工程师能迅速建立模型，并立即仿真。不但电路模型能够快速建立起来，而且与之相联系的机械、热力、控制系统及其它设备规律的分析均包含在其中。这是因为电力系统部分的仿真是同Simulink范围内的其它工具箱相联系的。由于Simulink以MATLAB作为计算基础，所以MATLAB的其它工具箱也可以同时被用户使用。第二章 关于MATLAB简介2.1 概述MATLAB语言是一种基于矩阵和数组的高级语言它具有流程控制语句、函数、数据结构、输入输出，并且具有面向对象的程序设计特性。用MATLAB编写程序就像在便签上列公式和求解一样简单。MATLAB工作环境集成了许多工具和程序，用户工作环境中提供的功能完成它们的工作。MATLAB工作环境给用户提供了管理工作空间内存放变量和输入输出数据的功能，并给用户提供了不同的工具用以开发、管理、调试文件和MATLAB应用程序。MATLAB数学函数库是数学算法的一个巨大集合。该函数库既包括了诸如求和、余弦、复数运算之类的简单函数；也包含了矩阵、转置、特征值、贝赛尔函数、快速傅里叶变换等复杂函数。MATLAB应用程序接口（API）是一个MATLAB语言通C和Fortran等其它高级语言进行交互的库。包括从MATLAB调用其它程序（动态链接），把MATLAB作为计算引擎来调用，还包括写MATLAB数据文件。2.2 MATLAB产生的历史背景与发展状况在70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是特征值求解的FOETRAN程序库，LINPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表矩阵运算的最高水平。到70年代后期，身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve Moler，在给学生讲授线性代数课程时，想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利用业余时间为学生编写EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB，该名为矩阵(matrix)和实验室(labotatory)两个英文单词的前三个字母的组合。在以后的数年里，MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。1983年春天，Cleve Moler到Standford大学讲学，MATLAB深深地吸引了工程师John Little。John Little敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景。同年，他和Cleve Moler，Steve Bangert一起，用C语言开发了第二代专业版。这一代的MATLAB语言同时具备了数值计算和数据图示化的功能。1984年，Cleve Moler和John Little成立了Math Works公司，正式把MATLAB推向市场，并继续进行MATLAB的研究和开发。在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始内核而言，可分为两大类。一类是数值计算型软件，如MATLAB，Xmath，Gauss等，这类软件长于数值计算，对处理大批数据效率高;另一类是数学分析型软件，Mathematica，Maple等，这类软件以符号计算见长，能给出解析解和任意精确解，其缺点是处理大量数据时效率较低。MathWorks公司顺应多功能需求之潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上，又率先在专业水平上开拓了其符号计算，文字处理，可视化建模和实时控制能力，开发了适合多学科，多部门要求的新一代科技应用软件MATLAB。经过多年的国际竞争，MATLAB以经占据了数值软件市场的主导地位。在MATLAB进入市场前，国际上的许多软件包都是直接以FORTRANC语言等编程语言开发的。这种软件的缺点是使用面窄，接口简陋，程序结构不开放以及没有标准的基库，很难适应各学科的最新发展，因而很难推广。MATLAB的出现，为各国科学家开发学科软件提供了新的基础。在MATLAB问世不久的80年代中期，原先控制领域里的一些软件包纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。MathWorks公司1993年推出了MATLAB 4.0版，1995年推出4.2C版（for win3.X）1997年推出5.0版。1999年推出5.3版。MATLAB5.X较MATLAB 4.X，无论是界面还是内容都有长足的进展，其帮助信息采用超文本格式和PDF格式，在Netscape 3.0或IE 4.0及以上版本，Acrobat Reader中可以方便地浏览。现在使用的较多的版本是Cleve Moler 和John Little等人成立的The Math Works公司在1999年初推出的MATLAB5.3版以及新版本的最优化工具箱和Simulink3.0。2000年10月，MATLAB6.0问世，在操作街面上有了很大改观、同时还给出了程序发布窗口、历史信息窗口和变量管理窗口等，为用户的使用提供了很大的方便；在计算机内核上抛弃了其一直使用的LINPACK和EISPACK，而采用了更具优势的LAPACK软件包和FFTW系统，速度变得更快，数值性能也更好；在用户图形界面设计上也更趋合理；与C语言接口及转换的兼容性也更强；与之配套的Simulink4.0版的新功能也特别引人注目。2001年六月推出的MATLAB 6.1版及Simulink4.1版本，功能已经是十分强大，其新的虚拟现实工具箱更给仿真结果三维视景下显示带来了新的解决方案。2002年6月推出MATLAB Release13，即MATLAB6.5/Simulink5.0。The MathWorks公司也一直致力于新版本的开发测试，到目前为止，其最高版本7.0版已经推出。随着版本的不断升级，它在数值计算及符号计算功能上得到了进一步完善。时至今日，MATLAB已经成为国际上最流行的科学计算与工程计算的软件工具，现在的MATLAB已经不仅仅是一个“矩阵实验室”了，它已经成为了一种具有广泛应用前景的、全新的计算机高级编程语言了，有人称它为“第四代”计算机语言，它在国内外高校和研究部门正扮演着重要的角色。经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大大大型软件。在国外，MATLAB已经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程界，MATLAB一定会盛行起来。可以说，无论你从事工程方面的哪个学科，都能在MATLAB里找到合适的功能。在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。 在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究开发的首选软件工具。如美国National Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各种硬卡、仪器等都接受MATLAB的支持。2.3 MATLAB软件系统的构成MTALAB系统由五个主要部分组成，下面分别加以介绍。(1) MATALB语言体系 MATLAB是高层次的矩阵数组语言具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。利用它既可以进行小规模端程，完成算法设计和算法实验的基本任务，也可以进行大规模编程，开发复杂的应用程序。(2) MATLAB工作环境 这是对MA丁LAB提供给用户使用的管理功能的总称包括管理工作空间中的变量据输入输出的方式和方法，以及开发、调试、管理M文件的各种工具。(3) 图形句相系统 这是MATLAB图形系统的基础，包括完成2D和3D数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能的高层MATLAB命令，也包括用户对图形图像等对象进行特性控制的低层MATLAB命令，以及开发GUI应用程序的各种工具。(4) MATLAB数学函数库这是对MATLAB使用的各种数学算法的总称包括各种初等函数的算法，也包括矩阵运算、矩阵分析等高层次数学算法。(5) MATLAB应用程序接口(API) 这是MATLAB为用户提供的一个函数库，使得用户能够在MATLAB环境中使用c程序或FORTRAN程序，包括从MATLAB中调用于程序(动态链接)，读写MAT文件的功能。2.4 MATLAB特点1、 功能强大适用范围广2、 编程效率很高3、 界面友好，用户使用方便4、 扩充能力强5、 语句简单内涵丰富6、 强大方便的图形功能7、 MATLAB的活笔记本功能8、 MATLAB功能齐备的自动控制软件工具包第3章 SIMULINK仿真集成环境及使用简介 3.1 仿真环境的概述 SIMULINK是一个进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它可以处理的系统包括：线性、非线性系统；离散、连续及混合系统；单任务、多任务离散事件系统。在SIMULINK 提供的图形用户界面GUI上，只要进行鼠标的简单拖拉操作就可构造出复杂的仿真模型。它外表以方块图形式呈现，且采用分层结构。从建模角度讲，这既适于自上而下（Top-down）的设计流程（概念、功能、系统、子系统、直至器件），又适于自下而上（Bottum-up） 逆程设计。从分析研究角度讲，这种SIMULINK模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节，而且能让用户清晰地了解各器件、各子系统、各系统间的信息交换，掌握各部分之间的交互影响。在SIMULINK环境中，用户将摆脱理论演绎时需做理想化假设的无奈，观察到现实世界中摩擦、风阻、齿隙、饱和、死区等非线性因素和各种随机因素对系统行为的影响。在SIMULINK环境中，用户可以在仿真进程中改变感兴趣的参数，实时地观察系统行为的变化。由于SIMULINK环境使用户摆脱了深奥数学推演的压力和烦琐编程的困扰，因此用户在此环境中会产生浓厚的探索兴趣，引发活跃的思维，感悟出新的真谛。在MATLAB7.0版中，可直接在SIMULINK环境中运作的工具包很多，已覆盖通信、控制、信号处理、DSP、电力系统等诸多领域，所涉内容专业性极强。SIMULINK自1992年问世以来，很快得到了广泛应用，它的前身是1990年Math Wotks公司为MATLAB提供的控制系统模型图形输入和仿真工具SIMULAB。 SIMULINK作为MATLAB的重要组成部分，具有相对独立的功能和使用方法。确切的说，它是一个用来对动态系统进行建模，仿真和分析的软件包。它支持线性和非线性系统，连续时间系统，离散时间系统，连续和离散混合系统，而且系统可以是多进程的，也支持具有多种采样速率的多速率系统。现在SIMULINK的版本已经发展到4。0（MATLAB7.0）功能更加强大，使用也越开越方便。SIMULINK为用户提供了友好的图形用户界面（GUI），模型由模块组成的框图来表示，用户建模通过简单的单击和拖动鼠标的动作就能完成，采用这种结构化模型就像你用笔和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模来比，具有更直观，方便，灵活的优点。SIMULINK的模块库为用户提供了多种多样的功能模块，这是一笔非常丰富的资源。其中基本功能模块有连续系统（CONTINUOUS），离散系统（DISCRETE），非线性系统（NONLINEAR）几类基本系统构成的模块，还包括连接，运算类模块；函数与表（FUNCTIONS&TABLES）,，学运算模块（MATH），信号与系统（SIGNALS&SYSTEMS）。而输入源模块（SOURCES）和接收模块（SINKS）则为模型仿真提供了信号源和结果输出设备。便于用户对模型进行仿真和分析。而且，用户也可以定制和创建用户自己的模块。用SIMULINK创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或者从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的互相关系。在定义完一个模型之后，用户可以通过SIMULINK的菜单或者MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用（例如，用户要做蒙特卡罗仿真）。可以选择合适的输入源模块做信号输入，用适当的接收模块观察系统响应，分析系统特性，仿真结果输出到接收模块上。如果仿真结果不符合要求，则可以修改系统模型的参数，继续进行仿真分析。除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放在MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具,，MATLAB的许多工具及MATLB的应用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK是集成在一起的，因此，用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真，分析和修改。无论是线性系统还是非线性系统，无论是系统建模还是系统仿真，主要都是使用该院艰苦提供的各元件和模块。SIMULINK提供了丰富的模型库供构建完整的系统使用，它是有模块化，可重载，可封装，面向结构图编程及可视化等特点，可以大大提高仿真的效率和可靠性。更为可贵的是它的开放性，用户可以根据自己的需要开发自己的模型，并通过封装后添加到模型库中，以后就像调用SIMULINK自身提供的模型库一样只需简单调用就可以了。Simulink仿真特色1、 传统的系统微分方程或差分方程等数学模型，非常抽象而不易理解，simulink建模直接绘制控制系统的动态模型结构图。2、 实际的鼠标操作是用其点击与拖拽功能根据实际工程中控制系统的具体构成，将上述模块库中提供的各种标准模块复制到simulink的模型窗口“untitled”中，再用simulink连线方式连接成一个完整的simulink动态图。3、 在构建完一个模型后，可以通过simulink的菜单或者在simulink命令窗口键入命令来对系统进行仿真以及分析其动态特性。Simulink内置各种分析工具：多种仿真算法、系统线性化、寻找平衡点等，都是非常先进而实用的，还有，采用Scop示波器模块与其他画图模块，可以在仿真进行的同时，就观看到仿真的结果。3.2 Simulink 入门 Simulink 是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包。他让用户把精力从编程转向模型的构造。Simulink 一个很大的优点是为用户省去了许多重复的代码编写工作，用户就不用一步步的从最底层开始编起。首先进入到MATLAB中的Similink中。方法一：在MATLAB命令窗口中输入“simulink”指令后，回车。方法二：在MATLAB的命令窗口里选择工具栏选项按然后回车。方法三：在系统界面左下角的“Stat”里“Simulink”下“Library Broeser”的菜单项命令并执行，均可进入Simulink浏览器即模块库，如图3-1在图左侧可看到两层目录结构，以及右侧的想对应的17个模块组的图标。 图3-1 Simulink模块库浏览器17类基本模型库 Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真、和分析的软件包。它支持线性和非线性系统、连续和离散时间模型，或者是两者的混合。对于建模，Simulink提供了一个图形化的用户界面（GUI），可以用鼠标点击和拖拉模块的图标建模。通过图形界面，用户可以像用铅笔在纸上画图一样简单。定义完模型后，可以通过Simulink的菜单或者在MATLAB的命令窗口输入命令对它进行仿真，菜单对于交互式工作非常方便。使用Scope或其它显示模块可以在运行仿真时观察到仿真的结果，另外，还可以在仿真时改变参数，并且立即就可以看到有什么变化，对它进行分析。3.3 Simulink实时工作环境Simulink时实工作环境（Real-Time Workshop）自动的直接从Simulink的模块图生成C语言代码，这将允许连续、离散时间或者混合系统的模型可以运行于各种计算机平台，其中包括实时硬件，但Simulink是必不可少的。3.3.1 Simulink实时工作环境的作用（1） 快速建模 作为一个快速建模工具，实时工作环境使得用户可以快速实现自己的设计，而不用手工编写长长的代码然后进行调试。控制信号处理和动态系统的算法可以通过开发图形化的Simulink模块图，并且自动生成C语言代码来实现。 （2） 嵌入式实时控制 义演一个系统已经用Simulink设计出来，就可以生成实时控制器或数字信号处理器的代码，然后可对代码进行编译、链接，最后装载到目标处理器中，实施工作环境支持DSP板，嵌入式控制系统，以及多种用户和商业开发的硬件。（3） 实时仿真 对循环中硬件仿真，可以为整个系统或指定的分系统创建和执行代码，典型的应用包括训练仿真器，模型验证和测试。（4） 单机仿真 单机仿真可以在你的主机上直接运行或者传送到另外的系统上以远程方式执行。由于时间历史数据被以二进制或ASCII文件保存在MATLAB中，可以很容易的被装入MATLAB中以进一步的分析或图形显示。3.3.2 实时工作环境的特点Simulink时实工作环境（Real-Time Workshop）自动的直接从Simulink的模块图生成C语言代码，这将允许连续、离散时间或者混合系统的模型可以运行于各种计算机平台，其中包括实时硬件，但Simulink是必不可少的。实时工作环境具有一系列复杂的能力和特性以提供实现各种应用的灵活性。(1) 自动代码生成以处理连续时间、离散时间和混合系统；(2) 优化代码以保证快速执行；(3) 控制框架结构应用程序接口（API）自动的使用定制的make文件来创建和下载object文件到目标硬件上；(4) 可移植的代码使其应用环境更加广泛；(5) 简明、可读并具有详细注释的代码使得维护非常简单；(6) 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整；(7) 一个菜单驱动的图形用户界面使得软件的使用非常容易。3.4 Smulink基本建模方法3.4.1模型窗口的建立在Simulink环境中，编辑模型的一般过程如下：首先打开一个空白的编辑窗口。“untiled”窗口即无标题的空白窗口，也叫做“方框图窗口”或“模型窗口”；打开方式如下，图3-1中执行“File”下的“New”中的“Model”命令，就会弹出无标题名称的“untitled”的空白设计区桌面即新建模型窗口图3-2图3-2 Simulink的模型窗口“untitled”然后将模块库中的模块复制的编辑窗口中，并依照给定的框图修改编辑窗口中的模块参数； 图3- 3a b将“untitled”模块中各元件连接起来，即完成仿真系统的准备工作，如图3-4 图3-4 Simulink仿真模型 图3-5示波器仿真波形3.4.2 模块的操作 本节主要介绍模块的一些简单处理，以一个简单模块事例介绍模块的移动、调整模块大小，以及旋转、复制等操作。（1）将光标置于待移动的模块图表上，然后按住鼠标左键不放，将模块拖拽到目的地，放开鼠标左键，则模块移动移动完成。Simulink的输入源（Sources）模块组和接受器模块组，拖拽信号生成器（Signal Generator）模块和示波器（Scop）模块到模块编辑窗口。（2）模块参数设置Simulink在绘制模块时，只能给出带有默认参数的模块模型，这经常和想要输入的不同，所以要能够修改该模块的参数。 双击Signal Generator模块，打开模块的属性对话框，设置模块的参数，如图3-6所示。在对话框中我们可以设置信号生成器的参数，如波形、时间、频率等。我们可以根据设计要求进行参数修改。参数设置图3-63.5 Simulink仿真环境的设置与仿真系统启动（1）设置仿真参数启动仿真环境之前，我们要先来设置仿真参数。执行Simulink/Simulation Paramenters出现如图3-7可以修改Solver（解题器）参数的启始时间（Start time）和停止时间（Stop time）可以使Simulink发挥出最好的效果。其他项参数设置在本设计中没有用到这里不在进行详细叙述。图3-7仿真系统的参数设置图第四章 电力系统模块 、电力系统工具箱集简介4.1电力系统模块集简介Simulink中可以使用的电力系统仿真模块集（Power Systems Blockset）主要是由加拿大的HydroQuebec和International公司共同开发的，其功能非常强大，可以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前将自动将其变化成状态方程描述的系统形式，然后才能在Simulink下进行仿真分析。在MATLAB命令窗口中键入powerlib，则将得出如图所示的模块集。图4-1电力系统模块集当然，电力系统模块集中的器件还可从Simulink模块浏览窗口中直接启动。可见，在该模块集中还有很多子模块集，双击每一个图标都将打开一个下级子模块集，例如双击Elements图标将打开如图所示的电源子模块集，其中有断路器、三项线路、变压器、pi型电路等。若双击模块集中的Measurements图标，则将的处如图所示的子模块集，其中有各种检测端口，如电流表、电压表和阻抗表，该组中还包括各种其他扩展的子模块集。 现将电力系统模块集中所包含的模块作以简介。电力系统模块集包含的模块有：Connectors(连接器库)，Electrical Sources（电源库），Elements(元件库)，Extra Library(附加库)，Machines(电机库)，Measurements(仪表库)，Power Electronics(电力电子元件库)，Powergui(电源图形用户界面模块)。（1）电源模块中的模块有直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源、可控电流源五个模块。（2）元件库中的模块有：串联RLC支路、串联RLC负载、并联RLC支路、并联RLC负载、线性变压器、饱和变压器、互感器、电涌放电器、分布参数线路、短路器、截面导线等十一个模块。（3）电力电子元件模块库中的模块有：理想开关、金属氧化物半导体场效应管、门电路、二级管、可控硅等六个模块。（4）仪表模块库中的模块有：电压测量模块和电流测量模块。（5）连接器模块库中的模块有：接地（输入、输出）两个模块，局部接地（输入、输出）两个模块，T形和L形连接器模块，多进多出（水平、垂直）连接器模块、多进多出（水平、垂直）薄连接器模块。（6）电机模块库中的模块包括简单同步电机三个模块，永磁同步电机两个模块，异步电机三个模块，涡轮与调节器两个模块、同步电机四个模块。（7）电源库附加模块库又包括测量模块库，三相模块库，控制模块库和附加电机模块库。测量模块库，有三个模块。三相模块库，有十五个模块。控制模块集，有定时器和同步6脉冲发生器两个模块。附加电机库，有一个直流电机模块。图4.2 电力电子元件库图4.3 电机库元件4.2 简单电子线路仿真4.2.1 电路的仿真我们知道，电路中最常有的元件是电阻、电容和电感，双击电力系统模块中的Elements图标，则将得出如图所示的子模块集，其中即包含各种电阻、电容和电感元件，还包含各种变压器元件，另外还有一个三相元件子模块集。图4.4电路元件子模块 普通的电阻、电容和电感元件来看，有串联的RLC（电阻、电容、电感）分支和并联的RLC分支，以及他们的负载形式。双击Series RLC Branch（串联RLC分支）元件，则将得出如图所示的对话框，在这个对话框中适当的输入电阻、电容和电感的参数即可。注意，和纯数字仿真不同，这里填写电路参数时应该注意其单位。遗憾的是这里不包含单个的电阻、电感和电容元件，可以从串联或并联的分支来定义单独的电路，但在串联或并联分支中直接删除某个元件也不是太容易的事，例如在串联分支中删除电容，则不能将其数值填写成0，而需要写成inf。单个电阻、电感、电容元件的参数设置在并联和串联分支中是不同的，具体参见下表。为了搭建实验的方便，也可以按该表拆分出单个元件，封装起来。元件串联RLC分支并联RLC分支类型电阻数值电感数值电容数值电阻数值电感数值电容数值单个电阻单个电感单个电容R000L0infinfCRinfinfinfLinf00C 表1 单个电阻、电感、电容参数设置表 第五章 线性电路暂态系统仿真5.1设计电路图及参数设置 仿真电路图5.1.1 范例说明This demonstration illustrates steady-state and transient simulation of a linear circuit and use of the Powergui blockCircuit DescriptionThis circuit is a simplified model of a 230 kV three-phase power system. Only one phase of the transmission system is represented.The equivalent source is modeled by a voltage source (230 kV rms/sqrt(3) or 187.8 kV peak, 60 Hz) in series with its internal impedance (Rs Ls) corresponding to a 3-phase 2000 MVA short circuit level and X/R = 10. (X = 230e32/2000e6 = 26.45 ohms or L = 0.0702 H, R = X/10 = 2.645 ohms). The source feeds a RL load through a 150 km transmission line. The line distributed parameters (R = 0.035ohm/km, L = 0.92 mH/km, C = 12.9 nF/km) are modeled by a single pi section (RL1 branch 5.2 ohm; 138 mH and two shunt capacitances C1 and C2 of 0.967 uF).The load (75 MW -20 Mvar per phase) is modeled by a parallel RLC load block. A circuit breaker is used to switch the load at the receiving end of the transmission line. The breaker which is initially closed is opened at t = 2 cycles, then it is reclosed at t = 7 cycles. Current and Voltage Measurement blocks provide signals for visualization purpose.Demonstration1. Simulation using a continuous solver (ode23tb)Start the simulation and observe line voltage and load current transients during load switching and note that the simulation starts in steady-state.Use the zoom buttons of the oscilloscope to observe the transient voltage at breaker reclosing.2. Using the powergui to obtain steady-state phasors and set initial statesOpen the Powergui block and select Steady State Voltage and Currents to measure the steady-state voltage and current phasors.Using the Powergui select now Initial States Setting to obtain the initial state values (voltage across capacitors and current in inductances).Now, reset all the initial states to zero by clicking the to zero button and then Apply to confirm changes. Restart the simulation and observe transients at simulation starting. Using the same Powergui window, you can also set selected states to specific values.3. Discretizing your circuit and simulating at fixed steps The Powergui block can also be used to discretize your circuit and simulate it at fixed steps.Open the Powergui . Select Discretize electrical model and specify a sample time of 50e-6 s. The state-space model will now be discretized using trapezoidal fixed step integration. The precision of results is now imposed by the sample time. Restart the simulation and compare simultion results with the continuous integration method. Vary the sample time of the discrete system and note the impact on precision of fast transients.4. Using the phasor simulation method You will now use a third simulation technique. The phasor simulation method consists to replace the circuit state-space model by a set of algebraic equations evaluated at a fixed frequency and to replace sinusoidal voltage and current sources by phasors (complex numbers). This method allows a fast computation of voltage and current phasors at a selected frequency, disregarding fast transients. It is particularly efficient to study electromechanicaltransients of generators and motors involving low frequency oscillation modes.Open the Powergui block and select Phasor simulation. Restart the simulation. Observe that the magnitude of 60 Hz voltage and current is now displayed on the scope. If you double click on the voltage or current measurement block you can choose to output phasor signals in four different formats:Complex, Real/Imag, Magnitude/Angle (in degres), or just Magnitude (default value). Notice that you cannot send a complex signal to an oscilloscope.译文:这个范例是一个线性电路稳态和暂态的仿真并说明 Powergui 的使用线路描述:这个线路是 230 KV三相电力系统一个被单一化的模型。电源被等效为一个容量为 2000 MVA 的理想电压源 (230 KV rms/sqrt(3) ,60Hz) 和内阻抗(Rs Ls) X/R=10 (X=230 e32/2000 e6=26.45R=X/10=2.645)相串联。将此电源连接到一条 150 km 输电线(参数R=0.035ohm/km,L=0.92 mH/km,C=12.9 nF/km),等效为一个型等效电路。 (RL1 部分5.2;138 mH 和二个对地电容分支C1 和C2容量为0.967 uF)负荷 (P=75 MW,Q=20 Mvar)等效为并联的RLC 负荷模型。在输电线末端的断路器是用来切断负荷的。 它最初是关闭的,t=2个周期时打开,然后在t=7个周期是再闭合。 电流和电压测量装置提供信号给示波器。1. 模拟仿真solver(ode23tb)在初始状态下记录并观察仿真开始和负荷转变期间线电压和负荷电流的变化。使用示波器的急速上升按扭在断路器再次闭合时观察瞬时电压。2. 使用 powergui 获得瞬时相值并且设定初始状态打开 Powergui模块和选择 暂态电压和电流 测量相电压和相电流的瞬时值。使用 Powergui 选择当前 初始状态设定 获得起始值。 现在, 按 to zero 按钮然后按 Apply 重新设定所有的初始值。重新仿真并且观察在仿真开始的瞬时值。 使用相同的 Powergui 窗户,也可以设定特定值。3. 把整个系统离散化，然后按下列步骤仿真打开 Powergui 。 选择 Discretize electrical model 设定采样时间为“50s”。现在此系统已被离散化使用梯形的固定步骤整合。采样时间决定仿真结果的精度。重新仿真并和连续的整合方法的结果进行比较。 改变系统的采样时间而且记录其对瞬时值带来的影响。4. 使用 phasor 仿真方法现在使用第三种仿真技术。 phasor simulation 方法是来代替线路状态空间模型被频率相等的一组数据来代替电源和线路的状态空间模型。这一个方法可以在一个选定的频率下快速地计算出相电流和相电压,可以忽略暂态过程。 这种方法对学习在低频振动模态下的电力机械暂态过程是特别地有效的打开 Powergui再选择 phasor simulation 。重新仿真。 观察示波器上 60Hz的电压和电流。 如果你双击电压或电流的测量模块可以选择四个不同的phasor 信号输出格式: Complex, Real/Imag, Magnitude/Angle (in degres), or just Magnitude (default value)。注意：不能将Complex信号传输到示波器5.1.2 设计流程（1）三相交流电源参数设置在Electrical Sources模块中选择三相电源元件，复制后粘贴到