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课程论文首页院、系（部）电子信息工程专业电子信息工程班级学号姓名课程教师课程名称计算机仿真技术论文题目直流稳态电路的MATLAB建模仿真成绩评语 签字： 年 月 日复核人意见 签字： 年 月 日直流稳态电路的MATLAB建模仿真摘要：MATLAB是一种科学计算软件，它是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。SIMULINK是基于框图的仿真平台，它挂接在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。本文主要以MATLAB/SIMULINK仿真软件为基础，完成了直流稳态电路建模与仿真，并且给出了仿真结果，同时根据仿真结果进行了分析和计算。证实了该方法的简便直观、高效快捷和真实准确性。关键词：MTALAB/SIMULINK；建模；仿真前言：在电力电子电路如变流装置的设计过程中，需要对设计出来的初步方案(电路)及有关元件参数选择是否合理，效果如何进行验证。如果通过实验来检验，就要将设计的系统用元件安装出来再进行调试和试验，不能满足要求时，要更换元件甚至要重新设计、安装、调试，往往要反复多次才能得到满意的结果。这样将耗费大量的人力和物力，且使设计效率低下、耗资大、周期长。采用计算机进行仿真试验，则可大大地节约开支，提高设计效率，缩短设计周期。但是用其它计算机高级语言(如 C语言，BASIC语言或仿真语言)编程实现，对电力变流电路来说，由于大功率开关器件开关转换电流换相动态过程十分复杂，过渡过程一个接一个，一个未完，新的一个又开始了要分析输出电压、电流(带感性负载时)波形，特别是如大功率开关管关断时承受的尖峰电压大小形状，即阻容保护电路的保护效果如何，就要建立等效电路的数学模型。而这样的数学模型是很复杂的，即使建立起来了，用计算机编程实现得到真实的仿真结果也需要花大量的时间精力来编程和调试。然而采 MATLAB/SIMULINK可视化图形化仿真环境来对电力电子电路进行建模仿真则可使之变得直观，简单易行，效率高，真实准确。第二章 MATLAB/SIMULINK基础知识2.1 MATLAB介绍Matlab(Matrix Laboratory)是美国 MathWorks公司开发的一套高性能的数值分析和计算软件，用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境，是目前最好的科学计算类软件之一。MATLAB将矩阵运算、数值分析、图形处理、编程技术结合在一起，为用户提供了一个强有力的科学及工程问题的分析计算和程序设计工具，它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能，是具有全部语言功能和特征的新一代软件开发平台。MATLAB已发展成为适合众多学科，多种工作平台、功能强大的大型软件。在欧美等国家的高校，MATLAB已成为线性代数、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。成为攻读学位的本科、硕士、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业开发部门，MATLAB被广泛的应用于研究和解决各种具体问题。在中国，MATLAB也已日益受到重视，短时间内就将盛行起来，因为无论哪个学科或工程领域都可以从MATLAB中找到合适的功能。2.2 SIMULINK仿真基础SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。1所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。2Simulink可将系统分为从高级到低级的几个层次，每层又可以细分为几个部分，每层系统构建完成后，将各层连接起来构成一个完整系统。模型创建完成后，可以启动系统的仿真功能分析系统的动态特性，其内置的分析工具包括各种仿真算法、系统线性化、寻求平衡点等。仿真结果可以以图形方式在示波器窗口显示，也可将输出结果以变量形式保存起来，并输入到MATLAB中以完成进一步的分析。3. Simulink可以仿真线性和非线性系统，并能创建连续时间、离散时间或二者混合的系统。支持多采样频率系统。2.2simulink基本电气元件 在MATLAB软件SIMULINK仿真工具中，有很多元件库，电路仿真元件库是simpowersystems库，内部有基本连接件（connectors），电源（electriacal sources），基本元件器件（elements）、特别元件（extra library）、电机（machines）、测量仪表（measuremes）以及电力电子（power electronics）7个字库如图一所示 图一 simpowersystems字库电阻元件：电阻元件在基本元件器件字库中，在matlab软件中，没有独立的电阻，是复合元件形式出现的，电阻元件如图二所示： 图二 电阻元件参数设计和显示图电源元件在电源字库中有三相可编程电压源，三相电源，交流电流源，交流电源源等7种电源模块如图三所示：图三 电源字库中7个电源模块测量元件在测量元件字库中电流表，电压表，阻抗表，万用表以及三相电源伏安特性表5种测量模块如图四所示：图四 测量字库中5种测量元件电路的matlab/simulink设计仿真使用matlab/simulink,一般按照5个步骤进行电路设计及仿真1布局根据实际电路在simulink元件库中找到所需要元器件的仿真模块，并把相应仿真模块拖到仿真窗口中，然后根据电路元件的排列顺序以及电压电流关系进行布局。同时要在所测电压电流处合理放置测量仪表和相应显示模块。2连线根据实际电路的元器件连接关系，进行仿真模块的连接。Matlab元件一般都有头部（输出）和尾部（输入）两个部分，头部用箭头标识，尾部用尾槽标识。连接时只有一个元件的头部和另外一个元件的尾部才能相连。连接时只需按住鼠标左键从一个元件的箭头处出发拖到另一个元件的为槽处放开鼠标这样即可把两个元件连接起来，建立电气关系。3设置元器件参数根据实际电路中电源，各支路元件以及负载的参数在相应仿真模块参数设置对话框中进行设置。在设置电流电源时一定要注意设置好频率和初相位，在设置电阻，电感和电容元件参数时要注意其单位。4设置仿真参数并运行仿真模型当前三部完成并检查无误后，选择simulinkstart命令按钮即可对模型进行仿真。5查看仿真结果当仿真结束可以双击scope，display等显示元件，查看要测量的电压或电流的仿真曲线。仿真中可以分别设置几组元件参数，得出几组参数下不同的仿真曲线，然后通过这些曲线的分析得出元件参数变化对测量电流和电压的影响规律，最后通过多次仿真给出最佳的一组元件参数，从而对设计的电路进行优化。第三章 直流稳态电路的仿真分析MATLAB提供了高效，简洁的编辑和建模方法，其强大而简易的绘图功能，矩阵和数组运算能力以及很强的扩充性，能充分满足电路分析，计算的需要，同时可以大大提高计算精度和工作效率，在电路理论研究和工程实践中具有很好的应用价值。对直流稳态电路的matlab建模仿真求图五中的电流I。图五 电路图3.1通过simulink建模仿真3.1.1.建立仿真模型根据实际电路在simulink元件库中找到所需要元器件的仿真模块，并把相应仿真模块拖到仿真窗口中，然后根据电路元件的排列顺序以及电压电流关系进行布局。同时要在所测电压电流处合理放置测量仪表和相应显示模块将各元器件连接如图六所示： 电流参数设置 电阻参数设置 图六 直流稳态电路的simulink仿真模型用simulink仿真display中显示2.857可得电流I=2.857A3.2.用matlab仿真（1）将电流源和电阻的并联电路转换成电压和电阻的串联电路由网孔电流法列方程组R11I1+R12I2+R13I3=US11R21I1+R22I2+R23I3=US22R31I1+R32I2+R33I3=US33代入数据的9I1-6I2 = 0-6I1+10I2-2I3 = 8-2I2+3I3 = 4将上述电路的方程写成矩阵AI=B形式如下：列写matlab m文件求解电路方程。clear;clc;A=9 -6 0;-6 10 -2;0 -2 3;B=0;8;4;I=ABI = 1.5238 2.28572.8571根据仿真分析M文件所求结果与simulink模型中display所示相符。结论：从本文上述系统仿真结果可以看出，利用 SIMULINK对系统建模及仿真的结果具有真实性和极高的可信度。利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。 系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似，用户不用进行编程，也无需推导电路、系统的数学模型，就可以很快得到系统的仿真结果。参考文献：1 贺益康,潘再平.电力电子技术基础M.浙江：浙江大学出版社,2003.2 薛定宇,陈阳泉.基于MATLABSimulink的系统仿真技术与应用.M北京：清华大学出版社，2002.3洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的