2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、電力電子技術(shù)的Matlab仿真,Matlab 概述Simulink 仿真基礎(chǔ) - Simulink 簡介 - Simulink 仿真步驟電力電子電路的仿真,提 綱,1 Matlab 概述,MATLAB是由美國的Clever Moler博士于1980年開發(fā)的,初衷是為解決“線性代數(shù)”課程的矩陣運(yùn)算問題。 后來又被MathWorks公司商業(yè)化,用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析及數(shù)值計算等,主要包括MATLAB

2、和Simulink兩部分。 MATLAB是Matrix Laboratory 的簡稱,發(fā)展迅速。目前,MATLAB 已經(jīng)成為國際上最流行的科學(xué)與工程計算的軟件工具,現(xiàn)在的 MATLAB 已經(jīng)不僅僅是一個“矩陣實(shí)驗室”了,它已經(jīng)成為了一種具有廣泛應(yīng)用前景的全新的計算機(jī)高級編程語言,有人稱它為“第四代”計算機(jī)語言,它在國內(nèi)外高校和研究部門正扮演著重要的角色。,一、MATLAB的發(fā)展及特點(diǎn),它將一個優(yōu)秀軟件的易用性與可靠性、通

3、用性與專業(yè)性 有機(jī)的相結(jié)合。它是一種直譯式的高級語言,基本單位是矩陣,比其它程序設(shè)計語言容易。MATLAB已經(jīng)不僅是一個“矩陣實(shí)驗室”了,它集科學(xué)計算、圖象處理、聲音處理于一身,并提供了豐富的Windows圖形界面設(shè)計方法MATLAB吸收了其他軟件的優(yōu)點(diǎn),是功能強(qiáng)大的計算機(jī)高級語言, 它以超群的風(fēng)格與性能風(fēng)靡全世界, 成功地應(yīng)用于各工程學(xué)科的研究領(lǐng)域,特點(diǎn),主要應(yīng)用領(lǐng)域 工業(yè)研究與開發(fā) 數(shù)學(xué)教學(xué),特別是線性代數(shù) 數(shù)值

4、分析和科學(xué)計算方面的教學(xué)與研究 電子學(xué)、控制理論和物理學(xué)等工程和科學(xué)學(xué)科方面的教學(xué)與研究 經(jīng)濟(jì)學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等計算問題的所有其他領(lǐng)域中的教學(xué)與研究圖像處理和信號檢測等方面,二、MATLAB語言的功能,1 矩陣運(yùn)算功能 MATLAB提供了豐富的矩陣運(yùn)算處理功能,是基于矩陣運(yùn)算 的處理工具。2 符號運(yùn)算功能3 豐富的繪圖功能與計算結(jié)果的可視化 具有高層繪圖功能——二維、三維繪圖; 具有底層繪圖功能——句柄繪圖;

5、 使用plot函數(shù)可隨時將計算結(jié)果可視化,圖形可修飾和控制4 圖形化程序編制功能 動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包 用結(jié)構(gòu)圖編程,而不用程序編程 只需拖幾個方塊、連幾條線,即可實(shí)現(xiàn)編程功能,5 豐富的MATLAB工具箱,MATLAB主工具箱符號數(shù)學(xué)工具箱SIMULINK仿真工具箱控制系統(tǒng)工具箱信號處理工具箱圖象處理工具箱通訊工具箱系統(tǒng)辨識工具箱神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)工具箱金融工具箱,許多學(xué)科,在MATLAB中

6、都有專用工具箱,現(xiàn)已有幾十個工具箱,但MATLAB語言的擴(kuò)展開發(fā)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有結(jié)束,各學(xué)科的相互促進(jìn),將使得MATLAB更加強(qiáng)大,6 MATLAB的兼容功能 可與C/C++、JAVA、FORTURE等語言跨平臺兼容7 MATLAB的容錯功能 非法操作時給出提示,并不影響其操作8 MATLAB的開放式可擴(kuò)充結(jié)構(gòu) matlab 除內(nèi)部函數(shù)外,都是開放的 用戶可按自己意愿隨意更改 正因為此功能,使得ma

7、tlab的應(yīng)用越來越廣泛9 強(qiáng)大的聯(lián)機(jī)檢索幫助系統(tǒng) 可隨時檢索matlab函數(shù) 可隨時查詢matlab函數(shù)的使用方法,三、MATLAB集成環(huán)境,,Simulink,,當(dāng)前目錄瀏覽,工作空間,歷史命令窗口,,,,幫助按鈕,命令窗口,命令輸入?yún)^(qū)域,,,,2 Simulink 仿真基礎(chǔ),SIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展,它是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng) 建模和仿真的一個軟件包,它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于,其與用戶交互接口

8、是基于Windows的模型化圖形輸入,其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建,而非語言的編程上。 所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊,用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能,而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的,通過對這些基本模塊的調(diào)用,再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型(以.mdl文件進(jìn)行存?。M(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。,2.1 Simulink簡介,通過演示一個Simuli

9、nk的簡單模型,了解建立模型的步驟.【例1】創(chuàng)建一個正弦信號的仿真模型。(1) 在MATLAB的命令窗口運(yùn)行simulink命令,或單擊工具欄中的圖標(biāo),就可以打開Simulink模塊庫瀏覽器(Simulink Library Browser) 窗口。(2) 單擊工具欄上的圖標(biāo)或選擇菜單“File”——“New”——“Model”,新建一個名為“untitled”的空白模型窗口。(3) 在上圖的右側(cè)子模塊窗口中,單擊“Source

10、”子模塊庫前的“+”(或雙擊Source),或者直接在左側(cè)模塊和工具箱欄單擊Simulink下的Source子模塊庫,便可看到各種輸入源模塊。,(4) 用鼠標(biāo)單擊所需要的輸入信號源模塊“Sine Wave”(正弦信號),將其拖放到的空白模型窗口“untitled”,則“Sine Wave”模塊就被添加到untitled窗口;也可以用鼠標(biāo)選中“Sine Wave”模塊,單擊鼠標(biāo)右鍵,在快捷菜單中選擇“add to 'untitle

11、d'”命令,就可以將“Sine Wave”模塊添加到untitled窗口.(5) 用同樣的方法打開接收模塊庫“Sinks”,選擇其中的“Scope”模塊(示波器)拖放到“untitled”窗口中。(6) 在“untitled”窗口中,用鼠標(biāo)指向“Sine Wave”右側(cè)的輸出端,當(dāng)光標(biāo)變?yōu)槭址麜r,按住鼠標(biāo)拖向“Scope”模塊的輸入端,松開鼠標(biāo)按鍵,就完成了兩個模塊間的信號線連接,一個簡單模型已經(jīng)建成。,(7) 開始仿真,

12、單擊“untitled”模型窗口中“開始仿真”圖標(biāo),或者選擇菜單“Simulink”——“Start”,則仿真開始。雙擊“Scope”模塊出現(xiàn)示波器顯示屏,可以看到黃色的正弦波形。(8) 保存模型,單擊工具欄的圖標(biāo)。,Simulink模型窗口,示波器窗口,一、SIMULINK的啟動(三種方法)二、SIMULINK的模塊庫介紹SIMILINK模塊庫按功能分14類子庫:Continuous(連續(xù)模塊庫)Discontinuitie

13、s (非線性模塊庫)Discrete(離散模塊庫)Logic and Bit Operations(邏輯與位操作模塊)Lookup Tables (查詢表模塊庫)Math Operations (數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫)Model Verification(模型驗證模塊庫)Model-wide utilities (模塊實(shí)用模塊庫)Ports & Subsystems (端口和子系統(tǒng)模塊庫)Signal Attribut

14、es(信號屬性模塊庫)Signal Routing(信號路由模塊庫)Sinks(接收器模塊庫)Sources(輸入源模塊庫)User-defined functions(用戶自定義模塊庫),SimpowerSystems模型庫Extra Library (其他模塊庫)Application Libraries(應(yīng)用)Electrical Sources(電源)Elements(元器件)Machines (電機(jī)模塊庫)

15、Measurements(測量儀器) Power Electronics(電力電子元件),三、Simulink模塊的基本操作模塊的提取模塊的移動、放大和縮小模塊的復(fù)制和粘貼模塊的刪除和恢復(fù)模塊的轉(zhuǎn)向模塊名的修改和移動模塊顏色的改變模塊的參數(shù)設(shè)置模塊的屬性設(shè)定模塊的連接連線的彎折、移動和刪除批處理方法,2.2 Simulink仿真步驟,1 構(gòu)建仿真模型2 設(shè)置模塊參數(shù)3 設(shè)置仿真參數(shù)4 啟動仿真5 觀測仿真

16、結(jié)果,,,,仿真參數(shù)設(shè)置對話框,Solver頁仿真時間:注意這里的時間概念與真實(shí)的時間并不一樣,只是計算機(jī)仿真中對時間的一種表示,比如10秒的仿真時間,如果采樣步長定為0.1,則需要執(zhí)行100步,若把步長減小,則采樣點(diǎn)數(shù)增加,那么實(shí)際的執(zhí)行時間就會增加。一般仿真開始時間設(shè)為0,而結(jié)束時間視不同的因素而選擇??偟恼f來,執(zhí)行一次仿真要耗費(fèi)的時間依賴于很多因素,包括模型的復(fù)雜程度、解法器及其步長的選擇、計算機(jī)時鐘的速度等等。仿真步長模式:

17、用戶在Type后面的第一個下拉選項框中指定仿真的步長選取方式,可供選擇的有Variable-step(變步長)和Fixed-step(固定步長)方式。變步長模式可以在仿真的過程中改變步長,提供誤差控制和過零檢測。固定步長模式在仿真過程中提供固定的步長,不提供誤差控制和過零檢測。用戶還可以在第二個下拉選項框中選擇對應(yīng)模式下仿真所采用的算法。,步長參數(shù):對于變步長模式,用戶可以設(shè)置最大的和推薦的初始步長參數(shù),缺省情況下,步長自動地確定,它由

18、值auto表示。Maximum step size(最大步長參數(shù)):它決定了解法器能夠使用的最大時間步長,它的缺省值為“仿真時間/50”,即整個仿真過程中至少取50個取樣點(diǎn),但這樣的取法對于仿真時間較長的系統(tǒng)則可能帶來取樣點(diǎn)過于稀疏,而使仿真結(jié)果失真。一般建議對于仿真時間不超過15s的采用默認(rèn)值即可,對于超過15s的每秒至少保證5個采樣點(diǎn),對于超過100s的,每秒至少保證3個采樣點(diǎn)。Initial step size(初始步長參數(shù))

19、:一般建議用“auto”默認(rèn)值即可。仿真精度的定義(對于變步長模式)Relative tolerance(相對誤差):它是指誤差相對于狀態(tài)的值,是一個百分比,缺省值為1e-3,表示狀態(tài)的計算值要精確到0.1%。Absolute tolerance(絕對誤差):表示誤差值的門限,或者是說在狀態(tài)值為零的情況下,可以接受的誤差。如果它被設(shè)成了auto,那么simulink為每一個狀態(tài)設(shè)置初始絕對誤差為1e-6。,2.3 其他,一、示波器

20、的使用,1 示波器的參數(shù),2 圖形縮放三個放大鏡:區(qū)域放大、x軸向放大、y軸向放大,3 坐標(biāo)軸范圍,二、Simulink的仿真算法1 變步長模式解法器有: ode45,ode23,ode113,ode15s,ode23s,ode23t,ode23tb和discrete,ode45:缺省值,四/五階龍格-庫塔法,適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng),但不適用于剛性(stiff)系統(tǒng)。它是單步解法器,也就是,在計算y(tn)時,它僅需要

21、最近處理時刻的結(jié)果y(tn-1)。一般來說,面對一個仿真問題最好是首先試試ode45。ode23:二/三階龍格-庫塔法,它在誤差限要求不高和求解的問題不太難的情況下,可能會比ode45更有效。也是一個單步解法器。ode113:是一種階數(shù)可變的解法器,它在誤差容許要求嚴(yán)格的情況下通常比ode45有效。ode113是一種多步解法器,也就是在計算當(dāng)前時刻輸出時,它需要以前多個時刻的解。ode15s:是一種基于數(shù)字微分公式的解法器(NDF

22、s)。也是一種多步解法器。適用于剛性系統(tǒng),當(dāng)用戶估計要解決的問題是比較困難的,或者不能使用ode45,或者即使使用效果也不好,就可以用ode15s。ode23s:它是一種單步解法器,專門應(yīng)用于剛性系統(tǒng),在弱誤差允許下的效果好于ode15s。它能解決某些ode15s所不能有效解決的stiff問題。ode23t:是梯形規(guī)則的一種自由插值實(shí)現(xiàn)。這種解法器適用于求解適度stiff的問題而用戶又需要一個無數(shù)字振蕩的解法器的情況。ode23t

23、b:是TR-BDF2的一種實(shí)現(xiàn), TR-BDF2 是具有兩個階段的隱式龍格-庫塔公式。discrtet:當(dāng)Simulink檢查到模型沒有連續(xù)狀態(tài)時使用它。,2 固定步長模式解法器有: ode5,ode4,ode3,ode2,ode1和discrete。,ode5:缺省值,是ode45的固定步長版本,適用于大多數(shù)連續(xù)或離散系統(tǒng),不適用于剛性系統(tǒng)。ode4:四階龍格-庫塔法,具有一定的計算精度。ode3:固定步長的二/三階龍格

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