【正文】 Simulink 是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、和分析的軟件包。 Simulink 簡介 Simulink 入門 Simulink 是 MATLAB 提供的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包。 工具箱是 MATLAB 用來解決各個(gè)領(lǐng)域特定問題的函數(shù)庫，它是開放式的，可以應(yīng)用，也可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行擴(kuò)展。包括從 MATLAB 調(diào)用其它程序（動(dòng)態(tài)鏈接），把 MATLAB 作為計(jì)算引擎來調(diào)用，還包括寫 MATLAB 數(shù)據(jù)文件。 MATLAB 工作環(huán)境給用戶提供了管理工作空間內(nèi)存放變量和輸入輸出數(shù)據(jù)的功能，并給用戶提供了不同的工具用以開發(fā)、管理、調(diào)試文件和 MATLAB 應(yīng)用程序。 MATLAB 軟件系統(tǒng)的構(gòu)成 MATLAB 軟件主要是由主包、 Simulink 和工具箱三大部分組成。 2021 年 10月， 問世，在操作街面上有了很大改觀、同時(shí)還給出了程序發(fā)布窗口、歷史信息窗口和變量管理窗口等，為用戶的使用提供了很大的方便；在計(jì)算機(jī)內(nèi)核上拋棄了其一直使用的 LINPACK 和 EISPACK，而采用了更具優(yōu)勢的 LAPACK 軟件包和 FFTW 系統(tǒng)，速度變得更快，數(shù)值性能也更好；在用戶 圖形界面設(shè)計(jì)上也更趨合理；與 C 語言接口及轉(zhuǎn)換的兼容性也更強(qiáng)；與之配套的 版的新功能也特別引人注目。 可用 于對未來系統(tǒng)的預(yù)測。如對電力系統(tǒng)的性能測試、參數(shù)整定和設(shè)計(jì)方案的評估；對電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)的仿真、研究電磁暫態(tài)、電磁諧振、機(jī)電振蕩、機(jī)組軸系扭振和由斷路器切換、雷電流沖擊引起的暫態(tài)過程；它還包括潮流計(jì)算、超高壓直流輸電換流器、控制系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容；電力系統(tǒng)中心調(diào)度所的在線計(jì)算機(jī)仿真，以輔助現(xiàn)場調(diào)度人員進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度、預(yù)測和分析電力系統(tǒng)的安全性，監(jiān)測電能管理軟件的性能，確定電能管理決策等。由于這兩類系統(tǒng)固有運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不同，因而描述其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的模型形式就有很大的差別，相應(yīng)的，系統(tǒng)仿真技術(shù)也分為兩大類：連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)。 根據(jù)仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的比例關(guān)系分類 實(shí)際動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間基稱為實(shí)際時(shí)鐘，而系統(tǒng)仿真時(shí)模型所采用的時(shí)鐘稱為仿真時(shí)鐘。 本質(zhì)上，模擬計(jì)算機(jī)仿真是一種并行仿真，即仿真時(shí)，代表模型的各部件是并發(fā)執(zhí)行的。對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行抽象，并將其特性用數(shù)學(xué)關(guān)系加以描述而得到的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行試驗(yàn)的過程稱為數(shù)學(xué)仿真。 Oren 將上述思想加以總結(jié)，提出了現(xiàn)代仿真技術(shù)的概念框架，如圖 所示： 系統(tǒng)仿真的一般步驟如圖 所示： 系 統(tǒng) 計(jì)算機(jī) 模 型 系統(tǒng)建模 仿真實(shí)驗(yàn) 仿真建模 3 現(xiàn)代仿真技術(shù)的概念框架 系統(tǒng)仿真的一般步驟 圖 與 現(xiàn)代仿真技術(shù)的概念框架與系統(tǒng)仿真的一般步驟 系統(tǒng)仿真類型 可以從不同的角度對系統(tǒng)仿真進(jìn)行分類。仿真建模方面，除了適應(yīng)計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境的發(fā)展而不斷研究和開發(fā)出許多新算法和新軟件外，現(xiàn)代仿真技術(shù)采用模型與試驗(yàn)分離技術(shù)，即模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)（ data driven）。系統(tǒng)仿真有三個(gè)基本活動(dòng)，即系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真實(shí)驗(yàn)，聯(lián)系這三個(gè)活動(dòng)的是系統(tǒng)仿真的三要素，即系統(tǒng)、模型、計(jì)算機(jī)（包括硬件和軟件）。無論哪種定義，仿真基于模型這 2 一基本觀點(diǎn)是共同的。該書論述了關(guān)于系統(tǒng)的含義，戈登在總結(jié)前人思想的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)定義為“按照某些規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、互相依存的所有實(shí)體的集合或總和。現(xiàn)代工程建立系統(tǒng)該尤為重要，通過為工程建立系統(tǒng)的模型使得該系統(tǒng)在具體實(shí)施之前有充分的、量化的依據(jù)，減少在工程在實(shí)施過程中的風(fēng)險(xiǎn)，防止重復(fù)建設(shè)，通過模型對系統(tǒng)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)有充分的了解和認(rèn)識(shí)，使資金的風(fēng)險(xiǎn)降低和有效利用，使工程不 受被研究系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性的限制，保證被研究系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)性，可用于對未來系統(tǒng)的預(yù)測以及可持續(xù)發(fā)展以及合理利用方面都有積極的意義。 綜上所述，“系統(tǒng)、模型、仿真”這三者之間有著密切的聯(lián)系。關(guān)系如圖 所示。任何一個(gè)仿真問題可分為兩部分：模型與實(shí)驗(yàn)，這一點(diǎn)，現(xiàn)代仿真技術(shù)于傳統(tǒng)的仿真定義是相同的。比較典型的分類方法是：根據(jù)模型的種類分類；更具仿真所采用的計(jì)算機(jī)類型分類；根據(jù)仿真時(shí)鐘與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的比例關(guān)系分類；根據(jù)系統(tǒng)模型的特性分類。半實(shí)物仿真即將數(shù)學(xué)模型與物理模型甚至實(shí)物聯(lián)合起來進(jìn)行試驗(yàn)。早 期的數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真是一種串行仿真。根據(jù)仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的比例關(guān)系，系統(tǒng)仿真分為實(shí)時(shí)仿真、亞實(shí)時(shí)仿真和超實(shí)時(shí)仿真。 仿真技術(shù)的應(yīng)用 仿真技術(shù)作為一門獨(dú)立學(xué)科已經(jīng)有 50 多年的歷史，它不僅用于航天、航空、各種武器系統(tǒng)的研制部門，而且已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于電力、交通運(yùn)輸、通信、化工、核能等各個(gè)領(lǐng)域。 電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真有如下優(yōu)點(diǎn)： 不受被研究系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性的限制。 第 2 章 MATLAB 與 Simulink 簡介 MATLAB 語言簡介 MATLAB 語言的發(fā)展?fàn)顩r MATLAB 語言的首創(chuàng)者 Cleve Moler 教授在數(shù)值分析，特別是數(shù)值線性代數(shù)的領(lǐng)域中很有影響。 2021 年六月推出的 版及 版本是目前的最新版，功能已經(jīng)是十分強(qiáng)大，其新的虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱更給仿真結(jié)果三維視景下顯示帶來了新的解決方案。 6 MATLAB 語言是一種基于矩陣和數(shù)組的高級(jí)語言它具有流程控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出，并且具有面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)特性。 MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫是數(shù)學(xué)算法的一個(gè)巨大集合。 Simulink 是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的交互式系統(tǒng)。 MATLAB 提供的工具箱為用戶提供了豐富而使用的資源，工具箱的內(nèi)容非常廣泛，涵蓋了科 學(xué)研究的很多門類。他讓用戶把精力從編程轉(zhuǎn)向模型的構(gòu)造。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)和離散時(shí)間模型，或者是兩者的混合。使用 Scope或其它顯示模塊可以在運(yùn)行仿真時(shí)觀察到仿真的結(jié)果，另外，還可以在仿真時(shí)改變參數(shù)，并且立即就可以看到有什么變化，對它進(jìn)行分析。 ⑵嵌入式實(shí)時(shí)控制 義演一個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)用 Simulink 設(shè)計(jì)出來，就可以 生成實(shí)時(shí)控制器或數(shù)字信號(hào)處理器的代碼，然后可對代碼進(jìn)行編譯、鏈接，最后裝載到目標(biāo)處理器中，實(shí)施工作環(huán)境支持 DSP 板，嵌入式控制系統(tǒng)，以及多種用戶和商業(yè)開發(fā)的硬件。 二、實(shí)時(shí)工作 環(huán)境的特點(diǎn) 實(shí)時(shí)工作環(huán)境具有一系列復(fù)雜的能力和特性以提供實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的靈活性。 (4) 可移植的代碼使其應(yīng)用環(huán)境更加廣泛。 三、建立模型的一般步驟 在 Simulink 環(huán)境下，編輯模型的一般過程是：首先打開一個(gè)空白的編輯窗口，然后將模塊庫中的模塊復(fù)制到編輯窗口，并依照給定的框圖修改編輯窗口中模型的參數(shù)，再將各個(gè)模塊按照給定的框圖連接起來，這樣就可以對整個(gè)模型進(jìn)行仿真了。選中 Simulink 菜單系統(tǒng)中的 File|New|New Model 菜單項(xiàng)； 在 MATLAB 命令窗口中鍵入 powerlib，則將得出如圖所示的模塊集。 10 圖 電源子模塊集與檢測子模塊集 現(xiàn)將電力系統(tǒng)模塊集中所包含的模塊作以簡介。 （ 3）電力電子元件模塊庫中的模塊有：理想開關(guān)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管、門電路、二級(jí)管、可控硅等六個(gè)模塊。 （ 7）電源庫附加模塊庫又包括測量模塊庫，三相模塊庫，控制模塊庫和附加電機(jī)模塊庫。 附加電機(jī)庫，有一個(gè)直流電機(jī)模塊。例如瞬時(shí)電壓達(dá)到 .說明，超過額定值的 42%。 圖 電路元件子模塊 普通的電阻、電容和電感元件來看，有串聯(lián)的 RLC（電阻、電容、電感）分支和并 圖 串聯(lián)分支元件參數(shù)對話框 聯(lián)的 RLC 分支，以及他們的負(fù)載形式。單個(gè)電阻、電感、電容元件的參數(shù)設(shè)置在并聯(lián)和串聯(lián)分支中是不同的，具體參見下表。 完成了電路連接后，將終止的時(shí)間設(shè)為 ，則可以啟動(dòng)仿真過程。還可以對仿真電路進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析。 圖 簡單電路仿真模型 圖 簡單電路仿真模型穩(wěn)態(tài)分析 另外，用電力系統(tǒng)工具箱中提供的 power2sys( )可以提取出從給定電源到輸出端子的狀態(tài)方程模型，根據(jù)次狀態(tài)方程模型就可以對整個(gè)電路進(jìn)行頻域分析，如繪制其 Bode 圖等。當(dāng)輸電線路較短，阻抗和導(dǎo)納分別比較集中，可以當(dāng)作集中參數(shù)元件處理采用 П、Т或Г形等值電路來處理。 圖 電機(jī)庫 電力系統(tǒng)工具箱中提供了兩個(gè)異步電動(dòng)機(jī)模型，其圖標(biāo)表示 如下。模塊的前 3個(gè)輸入端子（ a， b， c）為轉(zhuǎn)子電壓輸出，一般短接在一起，或連接到其它附加的電路中。第 4 到第 9 路： dqn 坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子信號(hào)，依次為 q軸電流 i`qr ， d軸電流 i`dr ，q軸磁通 ψ `qr， d軸磁通 ψ `dr， q軸電壓 v`qr， d軸電壓 v`dr 。第 13 到第 12 路： qdn 坐標(biāo)系下的定子信號(hào)，依次為 q軸電流 iqs， d電流 ids， q軸磁通 ψ qs， d軸磁通 ψ ds， q軸電壓 vqs， d軸電壓 vds； 圖 異步電機(jī)典型接法 雙擊異步電動(dòng)機(jī)模塊，將得到該模塊的參 數(shù)對話框，在該對話框中需