MATLAB软件应用及仿真

1 MATLAB/SIMULIK基础知识

1.1 MATLAB 介绍

1980年，美国的Cleve Moler博士在新墨西哥大学讲授线性代数课程时，发现采用高级语言编程极为不便，于是建立了MATLAB（Matrix Laboratory的缩写），即矩阵实验室，早期开发MATLAB软件是为了帮助学校的老师和学生更好地授课和学习。1984年，由美国Math Works公司推出了商业版，经过二十余年的不断升级，目前MATLAB的最新版本为MATLABR2008a[1]。

由于使用MATLAB编程运算与进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习Basic、Fortran和C等其它高级语言那样难于掌握。用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需简单地列出数学表达式，其结果便会由MATLAB以数值或图形的方式显示出来。它可以很方便地进行图形化的输入输出，同时还具有丰富的函数库（工具箱），极易实现各种不同专业的科学计算功能。另外，MATLAB和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便地与其他语言实现混合编程，这都进一步拓宽了它的应用范围和使用领域。

1.1.1 MATLAB 主要组成部分

MATLAB的主要组成：

（1）MATLAB语言：高级矩阵/阵列语言。 （2）MATLAB工作环境：一组实用工具函数。 （3）图形处理。 （4）MATLAB数学函数。 （5）MATLAB应用程序接口。 MATLAB重要部件：

（1）SIMULINK：进行仿真的交互式系统。

（2）Toolboxes：用于解决某一方面问题的子程序集。

1.1.2 MATLAB的系统开发环境

在桌面上双击MATLAB快捷方式图标，或者在开始菜单里点击MATLAB的选项，即可进入环境。进入MATLAB环境，即打开了MATLAB窗口（见图1-1）。环境包括MATLAB标题栏、主菜单栏和常用工具栏。在默认显示状态时，在工具栏下有三个子窗口，左边上方窗口显示MATLAB联机说明书目录或工作间的内容，两者可以通过子窗口下方的Current Directory和Workspace键进行切换。左边下方窗口将显示已执行的命令（Command History）。右方窗口是MATLAB的命令子窗口，这是MATLAB的主要工作窗口，在这个窗口中，在提示符“>>”后逐行输入

1

MATLAB命令，回车后，命令就能立即得到执行。在这里，对开发环境做简要介绍。

图1-1 MATLAB 的操作界面窗口

MATLAB的主菜单

MATLAB的主菜单有File、Edit、View、Web和Help六项。点击菜单命令就会显示下拉子菜单的内容。这些菜单的内容和其他程序的菜单区别不大，在这里不做说明。

命令窗口（Command Window）

命令窗口是用户与MATLAB进行交互的主要场所。如上图中右方窗口所示。命令窗口的空白区域，用于输入和显示计算结果。可以在该区域键入各种MATLAB命令进行各种操作，或直接键入数学表达式进行计算，还可以直接键入MATLAB的系统命令并执行。 工作空间（Workspace）

工作空间（Workspace）是指接受MATLAB命令的内存区域，存储着命令窗口输入的命令和创建的所有变量值。每打开一次MATLAB，都会自动建立一个工作空间，当MATLAB运行程序时，程序中的变量就会存放到工作空间中，程序的运行结果也以变量的形式保存在工作空间中，关闭MATLAB后，工作空间会自动消除。

1.2 SIMULINK 仿真基础

系统仿真（SIMULINK）环境也称工具箱（Toolbox），是MATLAB最早开发的，它包括SIMULINK仿真平台和系统仿真模型库两部分，主要用于仿真以数学函数

2

和传递函数表达的系统，是20世纪70年代开发的连续系统仿真程序包（CCS）的继续，现在的系统仿真（SIMULINK）包括了连续系统、非线性系统和离散系统的仿真。由于SIMULINK的仿真平台使用方便、功能强大，后来拓展的其他模型库也都共同使用这个仿真环境，成为MATLAB仿真的公共平台。SIMULINK是Simulation和Link两个英文单词的缩写，意思是仿真链接，MATLAB模型库都在此环境中使用，从模型库中提取放到SIMULINK的仿真平台上进行仿真。所以，有关SIMULINK的操作是仿真应用的基础。

1.2.1 SIMULINK 启动

从MATLAB窗口进入SIMULINK环境有以下几种方法：

（1）在MATLAB菜单栏上单击File，并在下拉菜单中的New选项下单击Model； （2）在MATLAB工具栏上单击按钮，然后在打开的模型库浏览器窗口菜单上单击按钮；

（3）在MATLAB的命令窗口中输入“simulink”后回车，然后在打开的模型库浏览器窗口菜单上单击按钮。

完成上述操作之一后，屏幕上出现SIMULINK的工作窗口（见图1-2）。在SIMULINK工作窗口上方标题栏上，“untitled”表示一个尚未命名的新文件，在其上方右侧是最小化、最大化和关闭三个按钮。标题栏下方是菜单栏，这里有File（文件）、Edit（编辑）、View（查看）、Simulation（仿真）、Format（格式）、Tools（工具）和Help（帮助）7项主要功能菜单。第三栏是菜单命令的等效按钮。窗口下方有仿真状态的提示栏，在启动仿真后，在该栏中可以提示仿真的进度和使用的仿真算法。窗口中部的空白部分是绘制仿真模型框图的空间，这是对系统仿真的主要平台。

图1-2 SIMULINK工作窗口

3

1.2.2 SIMULINK的模块库介绍

在Matlab命令窗口中键入Simulink命令，便可以打开SIMULINK的库浏览器窗口（见图1-3），窗口左部的树状目录是各分类模型库的名称。在分类模型库下还有二级子模型库，点击模型库前带“+”的小方块则可展开二级子模型库的目录，点击模型库名前带“-”的小方块则可关闭二级目录。在这里点击或直接点击图标可以在窗口中展现三级目录下的模型图标。图1-4所示为打开仪器仪表模块库（Sinks）子模型库后的窗口。在窗口右边展现了Sinks子模型库中的9个模块。

图1-3 模型库浏览器窗口之一 图1-4 模型库浏览器窗口之二

1.2.3 电力系统模块的介绍

在Matlab命令窗口中输入“powerlib”，按回车键（Enter），就可以打开电力系统工具箱。电力系统工具箱包括了电路、电力电子等电气工程学科中常用的元件模型，这些元件模型分布在7个模块库中，如图1-5所示。利用这些库模块及其它库模块，可以方便、直观地建立各种系统模型并进行仿真。

4

图1-5电力系统工具箱模块库

电源模块库(Electrical Sources)：

包括交流、直流及可控的电压源和电流源。这一部分模型可以用来仿真交、直流电源。

元件模块库(Elements) ：

包括串联及并联的RLC支路负载、断路器、分布参数线、线性变压器、饱和变压器、和过电压自动装置、互感、开关等。这部分可以仿真交流输电线装置。 电力电子模块库(Power Electronics)：

包括二极管、晶闸管、GTO、MOSFET、IGBT 等电力电子器件。还有通用桥(Universal Bridge)，它可设定成不同电力电子器件的单臂、双臂和三臂桥。这些设备模型不仅可以单独进行仿真而且可以组合在一起仿真整流电路等直流输变电的电力电子设备。 电机模块库(Machines)：

此部分有异步电动机、励磁系统、水轮电机及其监测系统、永磁同步电机、简化的同步电机、同步电机。这些模型可以仿真电力系统中发电机设备、电力拖动设备等。

连接模块库(Connectors)：

这一部分包括一些电力系统中常用的接线设备。如地线、中性点、连结点等。 测量模块库(Measurements)：

包括电流、电压等测量模块，该部分模型用来采集线路的电压或电流值。这一部分还起着连接SIMULINK 模型与POWERLIB 模型的作用。 附加模块库(Extras)：

5

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库MATLAB软件应用及仿真在线全文阅读。