matlab電路仿真

1、SHANDONG數(shù)學(xué)軟件結(jié)業(yè)論文題目： 電路仿真方法研究學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名： 武奧 學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 周世祥 2015年11月目錄目 錄摘 要目 錄第一章 引 言11.1 課題的背景和意義11.2 深度學(xué)習(xí)的前世今生2第二章 自編碼器模型構(gòu)建42.1 入門41.1. 2.2 SymPowerSyste是什么 52. 引 言2.1. 1.1 課題的背景和意義隨著計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人類開始步入大數(shù)據(jù)時代，我們需要從海量的數(shù)據(jù)中找到自己感興趣或者對自己有用的信息，這就要求計算機能在短時間內(nèi)檢索出滿意的結(jié)果。伴隨著搜

2、索引擎的發(fā)展我們在文字檢索方面已經(jīng)取得了值得驕傲的成就，但是在更加直觀，更加方便的圖片檢索方面仍然有待發(fā)展。試想一下，如果我們能通過圖片檢索到自己想要的信息我們的生活將會更加便利，我們只要對著自己感興趣的東西掃一掃就能獲得我們需要的信息。要實現(xiàn)上述目標(biāo)就要求計算機能像人的視覺系統(tǒng)一樣能識別圖片、對圖片進行分類處理。然而，每幅圖片的信息量就很大，要從海量的圖片中進行識別處理數(shù)據(jù)量可想而知，而且并不是圖片中的所有信息都是有用的。這就需要我們對圖片進行降維處理和特征提取。雖然已有的降維方法在理論支持上很成熟，但是基于線性的方法并不適合圖像識別而且實際效果也不盡人意。深度學(xué)習(xí)算法是2006年提出的一種

3、新的方法，雖然缺乏理論支持但在實際應(yīng)用中取得良好效果。深度學(xué)習(xí)算法在計算機視覺、圖像識別方面已經(jīng)開始普遍使用，相對于以前的方法準(zhǔn)確率大大提高。除了在圖像識別領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)在語音識別、自然語言處理等方面也有突破性進展：2012年11月，在中國天津舉行的“21世紀(jì)的計算機大會”上微軟公開演示了一個全自動同聲傳譯系統(tǒng)，微軟首席研究員的英文演講被后臺的計算機自動識別、翻譯、合成并轉(zhuǎn)換成和演講者音色相近的中文發(fā)音，這背后的關(guān)鍵技術(shù)就是深度學(xué)習(xí)算法。深度學(xué)習(xí)研究的日益成熟和完美應(yīng)用一定可以給我們的生活帶來極大的便利和智能化。-36-Matlab電路仿真軟件包-simpowersystems3. 入門3.1

4、. SymPowerSystem是什么3.1.1. 介紹在Matlab提供的simulink仿真環(huán)境下，與其他建模產(chǎn)品結(jié)合在一起，用于對電子、機械系統(tǒng)進行建模。要學(xué)會使用SymPowerSystem，應(yīng)首先學(xué)會使用Simulink仿真。3.1.2. 設(shè)計中的仿真的作用（略）3.1.3. SymPowerSystem仿真庫你可迅速將SymPowerSystem投入使用。該庫包含了許多典型的功率設(shè)備模型，例如，變壓器、導(dǎo)線、機械、能源電子等。這些仿真模型來源于產(chǎn)品手冊，基于工程實際。SymPowerSystem包含一個主要的庫：powerlib。powerlib庫顯示了所有包含的模塊和模塊名稱。3

5、.1.4. SymPowerSystem中的非線性模塊（略）3.1.5. 仿真時需要的環(huán)境：Maltab 和Simulink3.2. 如何使用該指南3.2.1. 對于新用戶將學(xué)會如下知識和技能：（1） 使用該庫創(chuàng)建和仿真電子電路模型（2） 將一個電子電路于simulink模塊連接在一起（3） 分析電子電路的穩(wěn)定狀態(tài)和頻率響應(yīng)（4） 離散化模型，以便加快仿真速度（5） 使用矢量圖仿真方法（6） 構(gòu)建自定義的非線性仿真模型3.2.2. 對于經(jīng)驗豐富的模塊用戶（略）3.2.3. 所有用戶（略）3.3. 創(chuàng)建和仿真簡單的電路3.3.1. 介紹SymPowerSystem允許你對包含線性或非線性的電子電

6、路進行建模和仿真。在本章節(jié)中，您將學(xué)習(xí)到：（1） 瀏覽SymPowerSystems的powerlib庫（2） 如何利用SymPowerSystem創(chuàng)建一個簡單的電路（3） 如何將電路與simulink模塊互聯(lián)。下述電路是即將創(chuàng)建的電路：圖1 要建模和仿真的電路3.3.2. 使用powerlib創(chuàng)建電路（1） 使用如下命令打開powerlib：powerlib（2） 從powerlib的文件菜單下，允許“新建”菜單命令，新建一個空白電路穩(wěn)定，存為：circurt1（3） 打開Electrical Sources庫，復(fù)制其中的AC Voltage Source模塊到circuit1中（4） 雙擊

7、AC Voltage Source，打開其屬性設(shè)置對話框，按圖1所示進行設(shè)置（5） 改模塊的名稱為“Vs”（6） 將elements庫中的Parallel RLC Branch模塊復(fù)制到circuit1中，按圖1進行參數(shù)設(shè)置（7） 用同樣的方法加入其他模塊到電路中（8） 注意加入的傳輸線模塊：傳輸線模塊模型圖如下（這是一段模型，一條導(dǎo)線通常有若干段，每一段參數(shù)都一樣，如圖1所示）：該模型是對參數(shù)分布一致的傳輸線的模擬。它能傳輸?shù)碾娦盘栕畲箢l率近似為：fmax=Nv/(8l)其中，N-PI節(jié)數(shù)，v-導(dǎo)線傳輸速度，v=1/(sqrt(L*C) l-導(dǎo)線長度。關(guān)于Series RLC Load模塊：

8、描述該模塊的有如下參數(shù)：normal voltage Vn(Vms):額定電壓（有效值）normal frequency(Hz):額定頻率active power（w）：有效功率（有功功率） 電阻消耗的功率Inductive reactive power QL：感性無功功率Capacitive reactive power QC：容性無功功率（9）加一個電壓測量模塊（Voltage mesure block）到電路中，該模塊位于mesurements庫中然后將simulink中的scope模塊添加到電路中，并將其與電壓測量模塊互聯(lián)。3.3.3. 將電子電路與simulink連接起來電壓測量模塊

9、（Voltage mesure block）是SymPowerSystem模塊與simulink模塊直接的接口。對于上面的例子，你實現(xiàn)了一種從電路到simulink信號的接口。電壓測量模塊將電壓轉(zhuǎn)換成simulink信號。類似的，電流測量模塊（current mesure block）能將電流轉(zhuǎn)換為simulink信號。你也可以將simulink信號連接到電路中，例如，你也可以將受控電壓源加入到電路中。如圖2所示。圖2 3.3.4. 測量電壓和電流電壓測量模塊和電流測量模塊有方向規(guī)定，標(biāo)+為正向，規(guī)定的方向是從正到負(fù)，若電壓值或電流值為+，則表示他們的方向與規(guī)定方向相同，否則，相反。萬用表模塊

10、（multimeter）則沒有事先規(guī)定的方向，它是根據(jù)仿真結(jié)果仿真后才顯示方向的?？梢酝ㄟ^如下命令了解方向：get_param(gcb,'Orientation')3.3.5. 連接電容和電感的基本原則（1） 理想電壓源不能與純電容并聯(lián)（2） 理想電流源不能與純電感串聯(lián)。違反上述原則，電路將無法仿真。必須修正。方法是在電容旁串聯(lián)一個小電阻或在純電感兩端并聯(lián)一個大電阻。3.3.6. 使用powergui模塊仿真simpowersystem模型powergui模塊對于任何包含simpowersystems模塊的simulink模型的仿真是必須的。他用于存儲等價的simulink電路

11、，這些電路用來表示simpowersystem模塊的狀態(tài)方程。當(dāng)您在仿真中使用該模型，應(yīng)遵循以下原則：l 將powergui模塊置于仿真圖的頂層用以優(yōu)化性能。然而，你也可以把它置于任何需要的地方。例如，在一個子系統(tǒng)中。這不會影響系統(tǒng)功能；l 其他（略）3.4. 簡單電路分析3.4.1. 介紹本節(jié)你將學(xué)習(xí)：l 使用power_analyze命令獲取模型的狀態(tài)空間描述l 使用powergui的圖形用戶接口計算電路的穩(wěn)態(tài)電壓和電流l 電路的頻域分析3.4.2. 電路狀態(tài)變量電路狀態(tài)變量是與電路中的電感和電容元件有關(guān)的狀態(tài)變量。許多模塊中包含了電感或電容，如并聯(lián)RLC模塊，PI SectionLine

12、模塊，等等。電路的狀態(tài)變量有電路中各電容的兩端電壓和流經(jīng)各電感的電流組成。電路狀態(tài)變量的名稱由系統(tǒng)自動產(chǎn)生，其命名規(guī)則如下：l 變量名由兩部分組成：前導(dǎo)符_后綴。前導(dǎo)符和后綴之間用下劃線隔開；l 前導(dǎo)符為Il或Uc（Il表示流經(jīng)電感的電路，Uc表示電容器兩端的電壓）l 后綴為模塊名稱。3.4.3. 使用power_analyze進行狀態(tài)空間描述你可以使用power_analyze獲取一個電路模型的狀態(tài)空間描述，例如輸入下面的命令，可以獲取上面創(chuàng)建的簡單電路的狀態(tài)空間描述信息：A,B,C,D,x0,electrical_states,inputs,outputs=power_analyze(&#

13、39;circuit1')x=Ax+Buy=Cx+Du要判定電路是否穩(wěn)定，只要求A的特征值，看看A的特征值的實部是否都小于0，只有滿足此條件，電路才是穩(wěn)定的。3.4.4. 穩(wěn)態(tài)分析使用powergui的圖形用戶接口命令可以進行電路的穩(wěn)態(tài)分析。菜單命令：Analysis tools->Steady-State Voltages and Currents3.4.5. 頻率分析powerlib包含了一個阻抗測量模塊（Impedance Measurement），可以用于測量電路中任意兩點間的阻抗。接下來，你將使用兩種方法，利用該模塊測量節(jié)點B2點的阻抗：l 基于狀態(tài)空間模型進行計算l

14、使用阻抗測量模塊和powergui模塊進行測量（1） 利用狀態(tài)空間模型獲取阻抗-頻率之間的關(guān)系注：下面已經(jīng)假定你的電腦上已經(jīng)安裝了控制系統(tǒng)工具箱要測量B2點的阻抗與頻率間的關(guān)系，需要在B2處加入另一個電流源，打開前面繪制的仿真模型圖，將AC Current Source復(fù)制到電路中，最終如圖3所示。圖3接著，計算該電路的狀態(tài)空間方程：sys1 = power_analyze('circuit1','ss')該方程描述的是電路的連續(xù)狀態(tài)空間方程。在laplace域，B2點的阻抗定義為：由交流電流源注入的電流與U2測量的電壓間的傳遞函數(shù)。利用下面的命令獲取狀態(tài)空間方

15、程中的輸入輸出變量的名稱：sys1.InputNameans = 'U_Vs' 'I_AC Current Source'sys1.OutputNameans = 'U_U2' 'U_U1'節(jié)點B2處的阻抗與該狀態(tài)空間模型的輸出2和輸入1間的傳遞函數(shù)相關(guān)，對于01500Hz頻率范圍，阻抗可由下式計算并顯示出來：freq=0:1500;w=2*pi*freq;bode(sys1(1,2),w);（2）利用阻抗測量模塊（impedance mesurement）和powergui模塊求阻抗與頻率關(guān)系打開powerlib的mesurem

16、ent庫，將阻抗測量模塊（impedance mesurement）復(fù)制到你的模型中，重命名為ZB2，將ZB2的兩個輸入分別連接到B2點和地（這樣便可以測量B2點對地的阻抗）?，F(xiàn)在打開powergui對話框，窗口中顯示只有一個阻抗在測，命名為（ZB2，與模塊名相同），設(shè)置頻率范圍為0：2：1500，Z幅度顯示請選擇對數(shù)刻度（logarithmic），選中“Save data when updated”復(fù)選框，并輸入zData作為變量名用來保持阻抗-頻率數(shù)據(jù)。單擊“update”按鈕，可以看到改變參數(shù)后的阻抗幅值-頻率圖、阻抗相位-頻率圖。注：ZData的第1列是頻率，第2列是阻抗（復(fù)數(shù)表示）。

17、3.5. 指定電路初始狀態(tài)3.5.1. 介紹在這一節(jié)中，你將學(xué)習(xí)：l 包含有simpowersystems模塊的simulink模型圖的狀態(tài)變量有哪些？l 設(shè)定狀態(tài)變量的初始值3.5.2. 狀態(tài)變量包含有simpowersystems模塊的simulink模型圖的狀態(tài)變量由以下組成：l 與simpowersystems中的RLC支路模塊類型有關(guān)的電路狀態(tài)。他們在模型的狀態(tài)空間描述中被定義。l SimPowerSystems的電氣simulink模型的simulink狀態(tài)，例如同步機械模塊，飽和變壓器模塊和三相動態(tài)負(fù)載模塊l 你的模型中的其他模塊的simulink狀態(tài)下圖給出了包含上述三種模塊的

18、一個實例。3.5.3. 初始狀態(tài)所謂初始條件，是指仿真前應(yīng)用在整個系統(tǒng)上的各狀態(tài)變量的初始值，也稱作初始狀態(tài)。初始狀態(tài)可以在模塊中設(shè)定。大多數(shù)模塊允許用戶在設(shè)計時指定初始狀態(tài)。對于電路模型，simpowersystems可自動設(shè)置模型的初始狀態(tài)，并保證開始仿真時直接進入穩(wěn)態(tài)。然而，你可以自行設(shè)定電路中的電容和電感的初始狀態(tài)。使用power_init函數(shù)也可以設(shè)定初始狀態(tài)3.5.4. 使用powergui設(shè)定電路初始狀態(tài)第1步：在Matlab命令行中鍵入power_transient，打開標(biāo)題為TransientAnalysis of a Linear Circuits的SimPowerSyst

19、ems實例。重命名其中RLC支路模塊第2步：從powergui模塊的分析工具菜單下，選擇“初始狀態(tài)設(shè)定”選項，5個電路狀態(tài)變量的初始值已經(jīng)設(shè)定，這些初始設(shè)定能使電路一開始仿真，就為穩(wěn)態(tài)。第3步：打開scope模塊，并開始仿真。第4步：返回到第2步，試著改變某些變量的初始值，再仿真，看看結(jié)果是否發(fā)生變化。若不懂，請看在線幫助。3.6. 仿真暫態(tài)過程3.6.1. 介紹本節(jié)你將學(xué)習(xí)到：l 怎樣創(chuàng)建電路子系統(tǒng)（subsystem）l 使用斷路器進行電路的暫態(tài)過程仿真l 比較不同傳輸線模型下的時域仿真結(jié)果l 如何離散化電路并將其仿真結(jié)果與相應(yīng)的連續(xù)的可變步長算法的仿真結(jié)果相比較3.6.2. 使用開關(guān)仿真

20、暫態(tài)過程simpowersystems的一個重要功能是對電路的暫態(tài)過程進行仿真?？梢栽陔娐分屑尤霗C械開關(guān)或使用功率電子開關(guān)來完成暫態(tài)過程的仿真。首先，打開前面創(chuàng)建的circuit1仿真模型，刪除連接到B2節(jié)點上的電流源，將新的系統(tǒng)另存為circuit2。在接入開關(guān)前，最好修改一下電路，simpowersystems允許用戶將多個元器件組合在一起形成一個電路子系統(tǒng)。這一特點能使復(fù)雜電路大大簡化。使用這一特點，將源阻抗轉(zhuǎn)換到一個子系統(tǒng)中：（1） 框選標(biāo)識為Rs_eq和Z_eq的兩個模塊，選擇“Edit->create subsystem”菜單命令，這兩個模塊變成了一個子系統(tǒng)模塊（subsys

21、tem）（2） 選擇“Edit > Mask subsystem”菜單命令，改變子系統(tǒng)圖標(biāo)，在封裝編輯器中的icon選項中，輸入下列命令：disp('EquivalentnCircuit')subsystem上就會顯示相應(yīng)文字。（3） 選擇“Format > Show drop shadow”菜單命令，給子系統(tǒng)模塊設(shè)置陰影。（4） 雙擊子系統(tǒng)模塊，可以查看其組成。（5） 插入電路斷路器（a circuit braker）斷路器是理想開關(guān)與一個小電阻串聯(lián)組成的模型。關(guān)于斷路器的模型說明，請參考matlab相關(guān)幫助。按如下設(shè)置斷路器的參數(shù)：（1） 打開braker模塊對

22、話框，將其參數(shù)作如下設(shè)置：Ron 0.001 Initial state 0 (open)Rs infCs 0Switching times (1/60)/4（2） 按前面的圖形連接各模塊（3） 打開scope U2，單擊參數(shù)圖標(biāo)，選擇“Data History”選項卡，單擊“Save data to workspace”按鈕，指定變量名為U2來保存仿真結(jié)果，然后將U2的格式（format）選項設(shè)為“array”，同時，去除“Limit rows to last”選項，以便顯示整個波形。接著，便可以仿真系統(tǒng)了。3.6.3. 連續(xù)、變步長積分算法Continuous, Variable Time

23、 Step Integration Algorithms打開“PI section Line”對話框，確認(rèn)sections的數(shù)目設(shè)為1，打開“Simulation > Simulation parameters”對話框，由于你的系統(tǒng)包含開關(guān)，故需要一個剛性的積分算法（a stiff integration algorithm）進行仿真。在“solver”面板，選擇變步長剛性積分算法（a stiff integration algorithm）ode23t。保留其他默認(rèn)參數(shù)值（如相對誤差1e-3），設(shè)置仿真結(jié)束時間（stop time）為0.02秒，打開示波器（scope），開始仿真。觀察

24、示波器U1和示波器U2上的波形。一旦仿真結(jié)束，將U2的值保存給變量U2_1，即在工作空間中執(zhí)行如下命令：U2_1 = U2;打開PI section Line對話框，將sections的數(shù)目設(shè)為10，再次仿真，仿真結(jié)束，把U2的值保存給變量U2_2。在將電路修改為分布參數(shù)模型之前，將系統(tǒng)另存為circuit2_10pi，以便以后重復(fù)使用。用分布參數(shù)線（distributed parameter line）模塊替換圖中的pi段線模塊，設(shè)置其相（phase）數(shù)為1。將該系統(tǒng)保存為circuit2_dist.重新仿真，將U2賦給變量U2_d。現(xiàn)在可比較上面三種不同模型的仿真結(jié)果了。每一個變量U2_1

25、,U2_10,U2_d是一個兩列的矩陣，第1列是時間，第2列是對應(yīng)的電壓值。使用下列命令在同一幅圖上打印出三個波形（如圖5所示）。plot(U2_1(:,1), U2_1(:,2), U2_10(:,1),U2_10(:,2),U2_d(:,1),U2_d(:,2);3.6.4. 離散化電路系統(tǒng)simpowersystems的一個重要特征是，他不僅能用連續(xù)或變步長積分算法進行仿真，而且可以使用離散化電路系統(tǒng)的算法進行仿真。對于小系統(tǒng)，變步長算法一般要比固定步長算法快，因為它需要的積分的步長的數(shù)目較少；而對于包含了許多狀態(tài)和非線性模塊（如功率電子開關(guān)）的大型電路系統(tǒng)，離散化電路系統(tǒng)則具有較大的優(yōu)

26、勢。當(dāng)你離散化系統(tǒng)時，仿真的精度由時間步長控制。若使用太大的時間步長，精度可能不夠。確定時間步長是否合適的唯一方法是通過改變時間步長，反復(fù)仿真，比較仿真結(jié)果。通常，對于在50Hz或60Hz的功率系統(tǒng)上或使用了線性整流功率電子（line-commutated power enectronic）元件（如二極管、可控硅等）的系統(tǒng)上進行暫態(tài)仿真，取20us-50us的時間步長一般能取得較好的仿真效果。對于使用了強制整流功率電子開關(guān)的系統(tǒng)，必須減小時間步長。絕緣柵極雙極性晶體管（insulated-gate bipolar transistor (IGBT)）,場效應(yīng)管（field-effect tra

27、nsistor,FET）,門極關(guān)斷晶閘管(gate-turnoff thyristor)等工作在很高的開關(guān)頻率狀態(tài)下。例如，要仿真一個工作在8Hz的脈寬調(diào)制（pulse-width-modulated ，PWM)轉(zhuǎn)換器，需要設(shè)置步長大約為8us?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)怎樣離散化你的系統(tǒng)并將仿真結(jié)果同連續(xù)和離散系統(tǒng)做比較。打開你在前面保存的circuit2_10pi系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含24個電路狀態(tài)和一個開關(guān)。打開powergui然后選擇離散化電路模型（discretize electrical model）。設(shè)置采樣周期25e-6s。重新開始仿真，功率系統(tǒng)將使用Tustin方法（相應(yīng)于梯形積分）并以25us采樣

28、周期進行離散化。打開“Simulation > Simulation parameters > Solver”對話框，設(shè)置仿真時間為0.2s。啟動仿真。注：一旦系統(tǒng)被離散化，電路系統(tǒng)再無連續(xù)狀態(tài)了。因此，如果你不需要變步長積分方法進行仿真，在“Simulation > Simulation parameters > Solver”對話框中，可選擇Fixed-step 和 discrete選項，并設(shè)定固定步長為25us(no continuous states)為測量仿真時間，可運行下面的命令重新仿真：tic; sim(gcs); toc當(dāng)仿真完成后，其間所經(jīng)歷的時間會顯

29、示在Matlab命令行窗口。要返回連續(xù)仿真狀態(tài)，打開powergui模塊，選擇“continuous”選項。如果比較一下連續(xù)仿真和離散仿真，你會發(fā)現(xiàn)離散仿真比連續(xù)仿真將近快3.5倍。要比較兩種仿真方法的精度，請完成下列三個仿真：（1） 仿真連續(xù)系統(tǒng)，Ts=0（2） 仿真離散系統(tǒng)，Ts=25us（3） 仿真離散系統(tǒng)，Ts=50us對于每一個仿真，將U2值保存到不同的變量中，相應(yīng)的為U2c，U2d25，U2d50，使用下列命令繪制U2波形：plot(U2c(:,1), U2c(:,2), U2d25(:,1),U2d25(:,2),U2d50(:,1),U2d50(:,2)從上圖中，可以看出，25

30、us的離散化系統(tǒng)已經(jīng)非常接近連續(xù)系統(tǒng)了，50us有較大誤差。3.7. 矢量仿真方法簡介3.7.1. 介紹本節(jié)你將學(xué)會：l 將矢量仿真方法用于簡單的線性電路中l(wèi) 了解該方法的優(yōu)點和局限性到目前為止，你已經(jīng)學(xué)會了兩種仿真電路的方法：l 使用連續(xù)simulink求解器及變步長進行仿真l 用離散化方法及固定步長進行仿真本節(jié)介紹的是第三種方法-矢量求解法進行仿真3.7.2. 何時使用矢量求解法矢量求解法主要用于研究功率系統(tǒng)的電子機械振蕩，這類系統(tǒng)一般由大型的發(fā)電機和電動機組成。例如，可以使用這種方法對三相系統(tǒng)和機械類的多機械系統(tǒng)進行仿真。然而，該不方法不僅僅局限在機械的暫態(tài)穩(wěn)定性研究領(lǐng)域，完全可以拓展應(yīng)

31、用到任何線性系統(tǒng)上。在一個線性電路中，如果你所感興趣的僅僅是當(dāng)開關(guān)處于關(guān)或開的狀態(tài)下所有電壓和電流的幅值和相位，那么，就沒有必要求解由電阻、電容和電感交互作用而帶來的差分方程（也即狀態(tài)空間模型）。你僅僅需要求解相對而言簡單得多的與電壓和電流相位有關(guān)的代數(shù)方程組，這正是矢量求解法所要解決的問題。顧名思義，該方法以矢量描述電壓和電流。矢量是一個復(fù)數(shù)，可以用來表示特定頻率下的正弦電壓和電流。矢量既可以用笛卡爾坐標(biāo)（Cartesian coordinates）表示（復(fù)數(shù)的實部與虛部），也可以用極坐標(biāo)（polar coordinates）表示。在忽略電路狀態(tài)的情況下，矢量求解法無需特定的求解器用于求解系

32、統(tǒng)的電路部分。因此仿真速度要快得多。但應(yīng)始終記住，這種快速求解技術(shù)只能給出某個特定頻率下的結(jié)果。3.7.3. 電路暫態(tài)過程的矢量仿真下面你將會把矢量求解法應(yīng)用到一個簡單的線性電路上。打開powerlib的演示實例庫，打開通用演示庫（General Demos library），選擇名稱為“暫態(tài)分析”的示例，一個名為power_transient的系統(tǒng)打開了，如下圖所示：可以通過各模塊參數(shù)設(shè)置對話框，看看各模塊設(shè)置的參數(shù)。（1）激活powergui中的矢量求解法現(xiàn)在，你將使用矢量求解法仿真同樣的電路。這種選項可以通過打開powergui來設(shè)定，具體設(shè)置請參考在線幫助。設(shè)定該選項后，continu

33、es變?yōu)閜hasors，在啟動仿真前，還需指定輸出到示波器上的信號的格式。（2） 選擇矢量信號測量的格式雙擊“Voltage Measurement”模塊或“Current Measurement”模塊，可以看到有一個菜單，通過該菜單可設(shè)置矢量信號的四種輸出格式：complex（復(fù)數(shù)，默認(rèn)）,real-imag(實部-虛部),magnitude-angle(幅度-角度)，magnitude（幅度）。當(dāng)你要處理的信號為復(fù)數(shù)信號時，由于示波器（scope）只能觀察信號幅度，因此，這里選擇“magnitude”。重新啟動仿真，60Hz的電壓和電流的幅度顯示在示波器（scope）上。從連續(xù)仿真和矢量仿

34、真得到的波形上，可以看出他們的波形是有區(qū)別的。但他們反映了統(tǒng)一規(guī)律。注意到：連續(xù)仿真情況下，電路波形狀態(tài)改變出現(xiàn)在斷路器打開時電流的下一個0點位置。而對于矢量仿真，電路波形狀態(tài)改變與斷路器開關(guān)時刻是同步的。（3） 處理電壓和電流矢量“complex”格式允許運用復(fù)數(shù)運算和矢量處理，無需將實部和虛部分離。例如，假設(shè)你要計算負(fù)載的功耗（有功功率P和無功功率Q），而復(fù)數(shù)功率s可通過下式計算：這里的I*是電流矢量的共軛復(fù)數(shù)。1/2用于將電壓和電流的幅度從峰值轉(zhuǎn)換為有效值。設(shè)置電壓和電流的輸出值均為“complex”格式，利用來自Simulink Math庫的模塊，實現(xiàn)功率的測量，如下圖所示：4. 高級

35、組件和技術(shù)4.1. 功率電子簡介4.2. 仿真變速發(fā)動機的控制4.3. 三相系統(tǒng)和機械4.4. 構(gòu)建和定制非線性模型4.4.1. 介紹SimPowerSystems提供了大量非線性元器件模型。然而，有時，你可能需要定制自己的模型并將其與SimPowerSystems提供的標(biāo)準(zhǔn)器件模型相連。定制的模型可能是一種用來模擬一段電弧或變阻器的非線性電阻，也可能是可飽和的電感，一種新的類型的發(fā)電機或電動機等等。在本節(jié)中，你將學(xué)習(xí)如何在simulink中定制自己的非線性模型。這里以一個簡單的可飽和的非線性電感和非線性電阻為例來說明。4.4.2. 一個非線性電感的建?？紤]一個工作在額定頻率為fnom=60H

36、z、額定電壓Vnom=120V RMS的2H的電感。從0-120V RMS范圍內(nèi)，電感值為一個常數(shù)：2H，當(dāng)電壓超過其額定電壓時，電感飽和，將為0.5H，下圖繪制的是該電感的非線性特征曲線，電流量（current）和磁通量（flux）的刻度為每單位（per unit），額定電壓和電流被選為每單位的基準(zhǔn)值。流經(jīng)電感的電流是磁通量的非線性函數(shù)，依次，磁通量是電感兩端電壓的非線性函數(shù)，該關(guān)系可用下列方程描述： 或 因此，該電感的非線性模型可以用一個受控電流源來描述，電流i是電壓v的非線性函數(shù)，如下圖所示：“非線性電感的實現(xiàn)”一節(jié)給出了一個包含2H非線性電感的電路，該非線性電感與兩個電壓源（1個120

37、V、60Hz的交流電壓源和一個直流電壓源）和一個5歐的電阻串聯(lián)。所有用于構(gòu)建非線性電感的元件都被組合在一個名為非線性電感的子系統(tǒng)中，電感的兩端標(biāo)有“in”和“out”。注意，第2個輸出返回的是磁通量，也被加到子系統(tǒng)中，將該輸出連接到scope模塊，可以觀察磁通量的變化。該非線性模型使用了兩個powerlib模塊和兩個simulink模塊。這兩個powerlib模塊分別是電壓測量模塊（用于讀取電感兩端的電壓）和控制電流源模塊（controled current source），根據(jù)模型上的標(biāo)示，該電流的箭頭方向是從輸入到輸出。如上圖所示。兩個simulink模塊分別是積分模塊（用來計算來源于電壓

38、輸入的得到的磁通量），和一個查表模塊（look_up table）(用來描述i和的關(guān)系特征)powerl_extra的兩個Fourier（傅里葉）模塊用于分析電流的基本成分和直流成分。按上圖建立仿真模型，為實現(xiàn)i=f()，在查表模塊中指定下列兩個向量。Vector of input values (flux) -1.25 -1 1 1.25 *(120*sqrt(2)/(2*60)Vector of output values (current) -2 -1 1 2*(120*sqrt(2)/(4*60)將你的電路保存為circuit7，為兩個電源設(shè)置下面的參數(shù)：AC sourcel Peak

39、 amplitude 120*sqrt(2)l Phase 90 degreesl Frequency 60 HzDC sourcel Amplitude0 V調(diào)整仿真時間為1.5s，選擇ode33tb積分算法作為默認(rèn)參數(shù)，并開始仿真。仿真結(jié)果與計算一致。4.4.3. 定制自己的非線性模型simulink提供了一種面板（mask）工具，來為你自定的模型創(chuàng)建對話框，你可以一個指定下列幾個提示和變量：Nominal voltage (Volts rms):VnomNominal frequency (Hz):FnomUnsaturated inductance (H):LSaturation ch

40、aracteristic i1(pu) phi1(pu); i2 phi2; .:sat最終的結(jié)果如下圖所示：下列代碼在模板初始化時準(zhǔn)備了兩個向量，Current_vect 和 Flux_vect，以用于look_up table模塊。% Define base current and Flux for pu systemI_base = Vnom*sqrt(2)/(L*2*pi*fnom);Phi_base = Vnom*sqrt(2)/(2*pi*fnom); % Check first two points of the saturation characteristicif all(a

41、ll(sat(1:2,:)=0 0; 1 1), h=errordlg('The first two points of the characteristic must be 0 0; 1 1','Error'); uiwait(h);end % Complete negative part of saturation characteristicnpoints,ncol=size(sat);sat1=sat ; -sat(2:npoints,:);sat1=sort(sat1); % Current vector (A) and flux vector (V.

42、s)Current_vect=sat1(:,1)*I_base;Flux_vect=sat1(:,2)*Phi_base;打開查表模塊對話框，輸入如下兩個變量名：Vector of input values (flux) Flux_vectVector of output values (current) Current_vect關(guān)閉對話框，重新開始仿真，可得到同樣的系統(tǒng)。4.4.4. 非線性電阻的建模非線性電阻的建模與非線性電感的建模類似。一個典型的例子是金屬氧化物電阻器具有下列伏安特征：這里 v, i =瞬時電壓和電流Vo =保護電壓Io =參考電流 =非線性特征指數(shù) (典型值在10-50

43、之間)下圖顯示了非線性電阻的應(yīng)用。上面的方程是一個代數(shù)方程，其在狀態(tài)空間中是一個代數(shù)循環(huán)，盡管simulink也能完成循環(huán)運算，但是會減低仿真速度，為此，通常在不改變原始非線性特征的前提下在中間加入一個一階傳遞函數(shù)環(huán)節(jié)1/(1+Ts),通常取T為較小的值，如（T=0.01us）。使用工具封裝該非線性電阻模塊的參數(shù)。4.4.5. 創(chuàng)建自己的庫simpowersystems允許用戶創(chuàng)建自己的模塊庫，要創(chuàng)建自己的模塊庫，選擇“file >new library”，一個新的simulink：Untitled的窗口打開了。將你創(chuàng)建的非線性電感模塊和非線性電阻模塊拷貝到該窗口中，保持該庫就可用了。4

44、.4.6. 將你的模型與別的非線性模型連接起來應(yīng)當(dāng)考慮電流源不能與電流源串聯(lián)，電流源不能與純電感串聯(lián)，若遇到此種情況，可用考慮在電流源旁邊并聯(lián)一個極大的電阻。4.4.7. 使用模型構(gòu)建命令創(chuàng)建模型通常，不建議這樣做，有興趣的，可以參考Matlab相關(guān)幫助，下面給出一個例子：add_block('powerlib/Elements/Pi Section Line','Mymodel/Block1');add_block('powerlib/Measurements/Voltage Measurement', 'Mymodel/Block2&

45、#39;);set_param('Mymodel/Block1','position',340,84,420,106);set_param('Mymodel/Block2','position',520,183,545,207);Block1PortHandles = get_param('Mymodel/Block1','PortHandles');Block2PortHandles = get_param('Mymodel/Block2','PortHandles'

46、;);add_line('Mymodel',Block1PortHandles.LConn(1), Block2PortHandles.LConn(1);add_line('Mymodel',Block1PortHandles.RConn(1), Block2PortHandles.LConn(2);writeDocFeedbackSurveyLink();5. 附錄5.1. 常用模塊5.1.1. 阻抗測量模塊（impedance mesurement block）（1） 描述阻抗測量模塊用于測量線性電路中的兩個節(jié)點間的阻抗，兩節(jié)點間阻抗是頻率的函數(shù)。將其輸入分

47、別接到電路上的兩個節(jié)點，便可以使用powergui的分析工具計算兩節(jié)點間的阻抗了。該模塊不改變電路的特性。5.1.2. 斷路器（breaker）（1） 描述斷路器實現(xiàn)了一種可以通過外部或內(nèi)部控制電路開、關(guān)時刻的電路。該模型包含了一個串聯(lián)RC緩沖器電路，可以把它連接到電路斷路器上。如果斷路器剛好與感性電路、開路電路或電流源串聯(lián)，就必須使RC緩沖器電路連到其中。當(dāng)斷路器被設(shè)為外部控制模式（external control mode），一個simulink輸入就會出現(xiàn)在斷路器的圖標(biāo)上，控制信號必須為0或1（0表示開關(guān)斷開，1表示開關(guān)閉合）。當(dāng)斷路器設(shè)為內(nèi)部控制模式（internal control

48、mode），開關(guān)時刻由其參數(shù)設(shè)置對話框設(shè)定。當(dāng)斷路器處于閉合狀態(tài)，其等效于一個電阻Ron。Ron可以被設(shè)為很小的值（典型值為10m歐），從而與外電阻比較而言可以忽略。當(dāng)斷路器處于斷開狀態(tài)，其等效于一個無窮大的電阻。滅弧過程是通過在控制信號由1變?yōu)?后的第一個電流為0的時刻斷開斷路器來模擬的。條件如下表所示。操作條件斷路器閉合控制信號變?yōu)?（對離散系統(tǒng)，控制信號保持為1的時間應(yīng)至少為采樣周期的3倍）斷路器斷開控制信號變?yōu)?流過斷路器的電流為0注：斷路器模塊對直流電路可能不合適。對于直流電路，推薦使用理想開關(guān)作為開關(guān)元器件。（2） 對話框和參數(shù)Breaker resistance Ron（斷路器電

49、阻Ron）該參數(shù)不能設(shè)為0Initial state（初始狀態(tài)）斷路器的初始狀態(tài)，設(shè)為1表示閉合，設(shè)為0表示斷開。當(dāng)設(shè)為1時，SimPowerSystems自動初始化電路的所有狀態(tài)和斷路器電流，以確保仿真開始時電路就進入穩(wěn)態(tài)。Snubber resistance Rs（緩沖器電阻Rs）單位，歐姆，若將此值設(shè)為inf（無窮大），則相當(dāng)于電路中不包含緩沖器。Snubber capacitance Cs（緩沖器電容Cs）單位：法拉，若將此值設(shè)為0，則相當(dāng)于不包含緩沖器，設(shè)為inf則為一個純阻性緩沖器Switching times（開關(guān)切換時刻）這是一個向量，用于指定開關(guān)切換狀態(tài)的時刻，各時刻的開關(guān)狀

50、態(tài)取決于初始開關(guān)狀態(tài)。例如，若初始狀態(tài)為閉合，則向量的第1個元素對應(yīng)的時刻斷路器將斷開，第2個元素對應(yīng)的時刻斷路器將閉合，等等。若選中“External control of switching times”選項，則開關(guān)時刻由外部控制，此處沒必要設(shè)置。External control of switching times（外部控制開關(guān)時刻）若選中了此選項，請加入一個外部simulink輸入，來控制斷路器的開關(guān)。開關(guān)時刻由連接到此斷路器上的外部邏輯輸入信號定義（0或1）mesurements（測量）選定“branch voltage”用于測量斷路器上的壓降；選定“branch current”用

51、于測量流經(jīng)斷路器的電流；選定“Branch voltage and current”用于測量壓降和電流將Multimeter模塊加入電路，便可以顯示上面選定的參數(shù)。（3） 使用注意事項當(dāng)該模塊與電感或電流源串聯(lián)時，必須在其中加入緩沖器電路。在大多數(shù)情況下，可使用純電感緩沖器（此時將“Snubber capacitance Cs”設(shè)為inf）,而緩沖器電阻設(shè)為高阻值的電阻（1e6等）。由于模型限制，開關(guān)電阻不能設(shè)為0。必須使用剛性積分算法仿真這種帶有斷路器的電路。ode23t且以默認(rèn)參數(shù)通?？梢缘玫捷^高的仿真速度。對于離散化的模型，控制信號保持為1的時間應(yīng)至少為采樣周期的3倍，否則，電路相當(dāng)于開

52、路。（4） 應(yīng)用舉例5.1.3. 二極管（Diode）5.1.4. 被控電流源（controled current source）被控電流源模塊將simulink輸入轉(zhuǎn)換為等效的電流源，產(chǎn)生的電流受模塊的輸入信號控制。正向電流方向與該模塊中的箭頭方向一致?？捎弥付ǖ慕涣骱椭绷鞒跏蓟豢仉娏髟?，若想在穩(wěn)態(tài)下仿真，模塊的輸入必須連接到與初始值相應(yīng)的正弦或直流信號上。注：在矢量仿真中，連接到該模塊的輸入必須為復(fù)數(shù)值，此時需要手工設(shè)置。（1） 對話框與參數(shù)Initialize若選定該選項，則將用指定的Initial current, Initial phase, 和Initial frequency

53、parameters初始化該模塊。Source type設(shè)置電流源類型是直流電流源還是交流電流源Initial current初始峰值電流（A）Initial phase初始相位（度數(shù)），對直流電源來說，不存在初始相位。Initial frequency初始頻率mesurements選定電流選項使得可用mutimeter測其電流5.1.5. if模塊if模塊，連同包含action port模塊的action子系統(tǒng)，用于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的類似于C語言的if-else邏輯。下圖顯示了一個完整的if-else控制流：5.1.6. Merge模塊5.2. 創(chuàng)建模塊封裝（block mask）5.2.1. 關(guān)于

54、封裝（mask）（1）何謂封裝封裝是一種定制的用戶接口，利用該接口，模塊用戶可以對模塊的內(nèi)部參數(shù)進行設(shè)置。（2）封裝特點封裝包含如下特征：l 封裝圖標(biāo)（icon）l 封裝參數(shù)simulink允許為一個封裝的模塊定義一組可調(diào)的參數(shù)，并將這些參數(shù)存儲在封裝工作空間中（mask workspace）。l 封裝參數(shù)對話框simulink允許封裝參數(shù)設(shè)置對話框以取代默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)對話框。l 封裝初始化代碼l 封裝工作空間5.2.2. 一個封裝子系統(tǒng)的例子（1） 介紹要封裝的模型用如下表達式表示：y=mx+b如圖所示通常情況下，當(dāng)你雙擊一個子系統(tǒng)，就會出現(xiàn)一個新窗口，顯示該子系統(tǒng)的內(nèi)部組成。本例將自定義

55、一個封裝對話框和封裝圖標(biāo)，如下圖所示：（2） 創(chuàng)建封裝對話框提示l 選定要封裝的subsystem模塊，Edit>mask subsystem,按下圖所示輸入：不懂，請看在線幫助。若系統(tǒng)不支持中文字符提示，請在命令行中運行下列命令：set_param('circuit4', 'SavedCharacterEncoding', 'windows-1252')（3） 創(chuàng)建封裝描述和幫助文本（4） 創(chuàng)建block圖標(biāo)可使用繪圖命令改變子系統(tǒng)上的默認(rèn)圖標(biāo)。5.2.3. 封裝一個模塊（1） 關(guān)于模塊封裝可以利用模型編輯器（model editor）封

56、裝子系統(tǒng)，模型，S函數(shù)模塊，以及利用set_param命令封裝內(nèi)建模塊 simulink不支持封裝端口模塊（port block），如Inport，Outport，Trigger等確保封裝的參數(shù)名稱與已知模塊參數(shù)名稱不同。（2） 封裝一個子系統(tǒng)3.2.2節(jié)已經(jīng)做了介紹。此處略。（3） 封裝內(nèi)置模塊通過直接封裝內(nèi)置模塊而不是將他們放到一個子系統(tǒng)中，可以減小你的模型的大小。要封裝一個內(nèi)置模塊：l 選擇模型中的模塊l 鍵入下列Matlab命令：set_param(gcb,'Mask','on')l 在模塊的快捷菜單中選擇“Edit Mask”命令，就可用它編輯該模塊的封裝了。5.2.4. 封裝編輯器（mask editor）（1） 創(chuàng)建子模塊（略）（2） icon面板（略）（3） 參數(shù)面板（略）（4） 控件類型（control ty