MATLAB、Simulink、Power System工具箱简介.doc

MATLAB/Simulink/Power System工具箱简介 Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型；电力系统(Power System)仿真工具箱是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电动机系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法，用于系统的建模。 本章以MATLAB61版本为基础，首先概述Simulink和PowerSystem工具箱所包含的模块资源和SimulinkPowerSystem的模型窗口；其次介绍SimulinkPowerSystem模块的基本操作。2.1 Simulink工具箱简介 在MATLAB命令窗口中键人“Simulink命令，便可打开Simulink工具箱窗口，如图2-1所示。图2-1 Simulink模型库界面 在图2-1所示的界面左侧可以看到，整个Simulink工具箱是由若干个模块组构成的。在标准的Simulink工具箱中，包含连续模块组(Continuous)、离散模块组(Discrete)、函数与表模块组(Function&Tables)、数学运算模块组(Math)、非线性模块组(Nonlinear)、信号与系统模块组(Signals&Systems)、输出模块组(Sinks)、信号源模块组(Sources)和子系统模块组(Subsystems)等。现简要介绍电力电子电路仿真要使用的模块组和模块。电力电子电路使用的模块组有连续模块组、数学运算模块组、非线性模块组、信号与系统模块组、输出模块组、信号源模块组和子系统模块组等。211 Continous模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图22所示，共由7个标准基本模块。图22 Continous模块组212 Math Operations模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图23所示，共由25个标准基本模块。图23 Math Operations模块组213 Discontinuities模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图24所示，共由8个标准基本模块。图24 Discontinuities模块组214 Signal Routing模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图25所示，共由15个标准基本模块。图25 Signal Routing模块组215 Sinks模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图26所示，共由9个标准基本模块。图26 Sinks模块组216 Sources模块组及其图标该模块组包括的主要模块及其图标如图27所示，共由18个标准基本模块。图27 Sources模块组2.2 Power System工具箱简介在MATLAB命令窗口中键入“powerlib”命令，则将得到如图28所示的工具箱。图28 电力系统工具箱界面在该工具箱中有很多模块组，主要有电源、元件、电力电子、电机系统、连接器、测量、附加、演示等模块组。双击每一个图标都可打开一个模块组。2.2.1 电源（Electrical sources）模块组电源模块组包括：直流电压源、交流电压源、交流电流源、三相电源、三相可编程电压源、受控电压源和受控电流源等基本模块。电源模块组中各基本模块及其图标如图29所示。图29 电源模块组2.2.2 测量模块组测量模块组包括：电压表、电流表、三相电压电流表、多用表、阻抗表和各种附加的子模块组等基本模块。测量模块组中各基本模块及其图标如图210所示。图210 测量模块组2.2.3 元件模块组元件模块组包括各种电阻、电容和电感元件，各种变压器元件。元件模块组中各基本模块及其图标如图211所示。图211 元件模块组2.2.4 电力电子元件模块组电力电子模块组包括二极管、晶闸管、MOS场效应管、可关断晶闸管、IGBT、理想开关、三电平变流器桥等模块，此外还有2个附加的控制模块和一个通用变流桥。电力电子模块组中各基本模块及其图标如图212所示。图212 电力电子模块组2.2.5 连接器模块组连接器模块组包括10个常用的连接器模块。连接器模块组各基本模块及其图标如图213所示。图213 连接器模块组2.2.6 附加模块组附加模块组则包括了上述各模块组中各个附加子模块组。附加模块组各基本模块及其图标如图214所示。图214 附加模块组2.3 Simulink/Power System的模型窗口当按下“File”文件菜单中的“New”子菜单时，就弹出无标题名称的“untitled”新建模型窗口（图215所示）。Simulink和/Power System的模型窗口是相同的。图215 Simulink和/Power System的模型窗口窗口的第二行是模型窗口的主菜单，第三行是工具栏，最下方是状态栏。在工具栏与状态栏之间的窗口（此处作了缩小）例模型、修改模型及仿真的操作平台。231 模型窗口的菜单Simulink和/Power System的模型窗口的主菜单有文件、编辑、查看、仿真、格式设定、工具与帮助七项菜单选项。1 File（文件）菜单New(Ctrl+N）：创建新的模型或模块库。Open(Ctrl+O)：打开模型。Close(Ctrl+W)：关闭模型。Save(Ctrl +S)：保存当前的模型文件(路径、子目录、文件名都不变)Save as：将模型文件另外保存(改变路径、子目录、文件名)。Sources control：源项控制。Model properties：模型属性。Preferences：仿真属性。Print (Cai+P)：打印模型。Print setup：打印机设置。Exit MATLAB(Ctrl+Q)：退出MATLAB2Edit(编辑)菜单UndoAdd(Ctrl+Z)：撤销前次操作。Cant redo(Ctrl+Y)：恢复前次操作。Cut(Ctrl + X)：剪切当前选定的内容，并放在剪贴板上。Copy(Ctrl +C)：将当前选定的内容复制到剪贴扳。Paste(Ctrl +V)：将剪贴扳上的内容粘贴到当前光标所在位置。Clear(Delete)：清除选定内容。Select all(Ctrl +A)：选择整个窗口。 3View (查看)菜单Status bar：，显示或隐藏状态栏。 Model browser options：模型浏览器。Block data options：当鼠标位于模块上方时显示模块内部数据.Zoom in：放大模型显示比例。Zoom out：缩小模型显示比例.Fit system view：自动选择最合适的显示比例。Normal(100)：以正常工作比倒(100)显示模型4Simulation(仿真)菜单start (Ctrl +T)：启动或暂停仿真。stop：停止仿真。Simulation parameters (Ctrl +E)：设置仿真参数Normal：常规标准仿真。Accelerator：加速仿真。5Format(格式设定)菜单Font：字体选择。Text alignment ：文字对齐方式。Flip name：模块标题名称上下换位。Hide name：显示隐藏模块名。Flip block(Ctrl+1)：将功能模块图旋转180。Rotate block(Ctrl +R)：将功能模块图顺时针旋转90*。Show drop Shadow：显示或隐藏模块的阴影。Show port labels：显示或隐藏子系统输入输出字符与空框或有示意图框Foreground color：设置前景颜色。Background color：设置背景颜色。Screen color：设置屏幕颜色。Library link display：库的联接显示。Sample time colors：给不同采样时间序列填加颜色Wide nonscalar lines：用宽信号线表示向量信号。Signal dimensions：设置向量信号的宽度。Port data types：标明端口数据的类型。6Tools(工具)菜单和Help(帮助)菜单由于“工具”菜单应用较少，“帮助”菜单容易看懂，故此处不作具体介绍。232 模型窗口工具栏模型窗口中主菜单下面是工具栏(见图215)，工具栏有15个按钮，用来执行最常用的15个功能，归纳起来可分为5类。图215所示的Simulink模型窗口工具栏自左到右有15个按钮，其功能分述如下。1文件管理类文件管理类包括4个按钮：第1个按钮：单击该按钮将创建一个新模型文件，相当于在主菜单“File中执行“New命令。第2个按钮：单击该按钮将打开一个已存在的模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Open命令。第3个按钮：单击该按钮将保存模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Save”命令。第4个按钮：单击该按钮将打印模型文件，相当于在主菜单“File中执行“Print”命令。2对象管理类对象管理类包括以下3个按钮：第5个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件剪切到剪贴板上，相当于在主菜单“Edit” 中执行“Cut”命令。第6个按钮：单击该按钮，将选中的模型文件复制到剪贴板上，相当于在主菜单“Edit”中执行“Copy”命令。第7个按钮：单击该按钮，将剪贴板上的内容粘贴到模型窗口的指定位置，相当于在主菜单“Edit中执行“Paste命令。3命令管理类命令管理类包括以下两个按钮：第8个按钮：单击该按钮将撤销前次操作，相当于在主菜单“Edit中执行“Undo Delete”命令。第9个按钮：单击该按钮将重复前次操作，相当于在主菜单“Edit中执行“Redo Delete”命令。4窗口切换类窗口切换类包括以下4个按钮：第10个按钮：单击该按钮将打开Simulink库浏览器，相当于在主菜单项“View”中执行“Show Library Browser”命令。第11-13个按钮：此3个按钮用来切换到触发模型浏览器。5仿真控制类仿真控制类包括以下两个按钮：第14个按钮：单击该按钮将启动或暂停仿真，相当于在主菜单项“Simulation”中执行“Star/Pause”命令；第15个按钮：单击该按钮将停止仿真，相当于在主菜单项“Simulation”中执行“Stop”命令。2.4 Simulink/Power System模块的基本操作Simulink和Power System模块的基本操作是相同的。下面的操作方法对Simulink和Power Power System模块的操作均适用。2.4.1 模块的选定、复制、移动与删除等1模块的选定模块选定(即选中)是许多其他操作如删除、剪切、复制的“前导性”操作。选中模块的方法有以下两种：（1)用鼠标左键单击待选模块，当模块的四个角处出现小黑块时，表示模块被选中。（2)如果要选择一组模块，可以按住鼠标左键拉出一个矩形虚线框，将所有要选的模块框在其中，然后松开鼠标左键，当矩形里所有模块的四个角处都出现小黑块时，表示所有模块被同时选中。 关于模块的选取还有以下两点需说明： 1)如果在被选中模块的图标上再次单击左键，取消了对该模块的选取。 2)如果想选取不连续的多个模块，但是用拖曳方框的方式又会选取到我们不想要的模块此时可以按住Shift，键，再按住鼠标左键来拖动一个矩形虚线框，这样一个一个地选取。2模块的复制从模块组中复制模块的操作方法是：在模块组中将鼠标箭头指向待选模块，用鼠标左键单击它，当待选模块四个角处出现小黑块时，表示已经被选中，校住鼠标左键不放，将所选模块拖动到“untitled”模型窗门里的目标位置，松开鼠标左键，则在“untitled，模型窗口里的某个位置上就有一个与待选模块完全相向的模块图标，这样就完成了从模块组中复制模块的操作。 在“untitled模型窗口里复制模块的方法有以下两种：（1)首先选中待复制模块，运行“Edit”菜单中的“Copy命令；然后将光标移到要粘贴的地方，控下鼠标左键；看到选定的模块恢复原状，在选定的位督上再运行“Edit菜单中的“Paste命令即可：新复制的模块和原装模块的名称会自动编号，以示区别。（2)另一种简单的复制操作是先按下键不放，然后将鼠标移到需复制的模块上，注意鼠标指针的变化，如果多厂一个小小的”加号”，就表示可以复制了。把鼠标光标拖动到目的位置后，松开鼠标左键，这样就完成了复制工作。3模块的移动模块移动操作非常简单：将光标置于待移动模块的图标上，然后按住鼠标左键不放，将模块图标拖动到目的地放开鼠标左键，模块的移动即可完成，、注意：模块移动时，它与其他模块的连线也随之移动，4模块的删除和粘贴对选中模块的删除和粘贴可以按如下方法操作：（1）按“Delete”键，把选定模块删除。（2）选择“Edit”菜单中的“Cut”命令将选定的模块移到剪贴板后，重新粘贴。5改变模块对象的大小用鼠标选样对象模块图标，再将鼠标移到模块对象四周的控制小块处，鼠标指针将会变成双箭头的“”，“”、“或“”形状，此时按住鼠标左键不放，拖曳鼠标，待对象图标大小符合要求时放开鼠标左键，这样就可改变模块对象田标的大小。6改变模块对象的方向一个标准功能模块就是一个控制环节。在绘制控制系统模迎方框图即连接模块时，要特别注意模块的输入、输出口模块间的信号流向。在SiamlinkPower System中，总是由模块的输入端口接受信号，其端口位于模块左侧；输出端口发送(出)信号，其端口位于模块右侧。但是在绘制反馈通道时则会有相反的要求，即输入端口在模块右侧，输出端口在模块左侧。这时可按以下操作步骤来实现：用鼠标选中模块对象，利用“untitled”的主菜单项”Format”下拉菜中的“Flip Block”或者“Rotate Block”命令，如果选择“Flip Block”或者直接按键，即可将功能模块旋转180度；如果选择“Rotate Block或者直接按健，即可将功能模块顺时针旋转90度。242 模块的连接当把组成一个控制系统所需的环节模块都复制到“untitled模型窗口后，如果不用信号线将这些模块图标连接起来，则它并不描述一个控制系统。当用信号线将各个模块图标连接成一个控制系统后，即得到所谓的系统模型。要说明模块的连接首先需要介绍信号线的使用。1信号线的使用信号线的作用是连接功能模块。在模型窗口里，拖动鼠标箭头可以在模块的输入与输出之间连接信号线。为了连接两个模块的端口，可撞住鼠标的左健，单击输入或输出端口，看到光标变为“+”字形以后拖曳“+“字图形符号到另外一个端口，鼠标指针将变成双“+”字形状然后放开鼠标左健。则一根最简单的信号线就连成了，带连线的箭头表示信号的流向。对信号线的操作和对模块操作一样，也需先选中信号线(鼠标左健单击该线)，被选中的信号线的两端出现两个小黑块，这样就可以对读信号线进行其他操作了，如改变其粗细、对其设置标签，也可以把信号线折弯、分支，甚至删除。2向量信号线与线型设定对于向量信号线在“untitled“模型窗口里，可选中主菜单”Format”下的“signal dimensions”命令，对模型执行完“Simulation”下的“Start命令后，传输向量的信号线就会变粗。变粗了的线段表示诙连接线上的信号为向量形式。3信号线的标签设置在信号线上双击鼠标左键，即可在信号线的下部拉出一个矩形框，在矩形框内的光标处可输入该信号线的说明标签，既可输入西文字符，也可辖入汉字字符。标签的信息内容如果很多，还可以用键换行输人。如果标签信息有错或者不妥，可以重新选中再进行编辑修改。4信号线折弯选中信号线，按住键，再用鼠标左健在要折弯的地方单击一下现一个小圆圈，表示折点，利用折点就可以改变信号线的形状。 选中信号线将鼠标指到线段端头的小黑块上，直