【文章內容簡介】 執(zhí)行的語言，它把編輯、編譯、連接和執(zhí) 行融為一體，可以在同一畫面上進行靈活操作，快速排除輸入程序中的書寫錯誤、語法錯誤以至語義錯誤等，從而加快了用戶編寫、修改和調試程序的速度。用戶可以根據自己的需要方便地建立和擴充新的函數(shù)庫，以便擴充 MATLAB 的功能，提高它的使用效率。 ⑵便捷的圖形和圖像操作功能。 MATLAB 的圖形和圖像操作功能十分強大。在圖形方面，它有一系列繪圖函數(shù)；在圖像方面，它能夠顯示和生成許多常見格式的圖像，甚至是多波段圖像?？梢詫诎缀筒噬珗D像進行所需的各種操作，包括濾波塊操作、幾何操作等。所有這些綜合性功能都令其它某種單一的高級 編程語言望塵莫及。 ⑶快速高效的矩陣和數(shù)組運算。 MATLAB 語言同樣規(guī)定了矩陣的算術運算符、關系運算符、邏輯運算符、條件運算符和賦值運算符等，而且這些運算符大部分可以毫無改變的照搬到數(shù)組運算中。它不需要定義數(shù)組的維數(shù)，同時它會給出矩陣函數(shù)或其它特殊矩陣專門的庫函數(shù)，使之在求解諸如信號處理、建模、系統(tǒng)識別、控制優(yōu)化等領域的問題時，顯得更加高效便捷。 ⒉工作環(huán)境：包括了一系列的應用工具，提供編程和調試程序的環(huán)境。主要包括以下幾個部分： ⑴命令窗口：它是 MATLAB 提 供給用戶的操作界面。在命令窗口中，用戶可以實現(xiàn) MATLAB 的 各種功能。 ⑵ M 文件編譯器和調節(jié)器： M 文件是 MATLAB 所特有的使用該語言編寫的磁盤文件。 M 文件編譯器是 MATLAB 為用戶提供的用于編輯 M 文件的程序。同其他語言類似， MATLAB 為用戶提供了用于調試 M 文件的程序。 ⑶工作空間：它是顯示用戶在 MATLAB 中通過命令行進行操作的變量集合的窗口。 ⑷在線幫助文檔： MATLAB 為用戶提供了強大的在線幫助功能。用戶不但可以查詢函數(shù)的用法。 ⒊圖形處理：包括繪制二維、三維圖形和創(chuàng)建圖形用戶界面（ GUI）等。 ⒋數(shù)學庫函數(shù)：包含了大量的數(shù)學函數(shù)，也包括復雜的 功能。 ⒌應用程序接口（ API）：提供接口程序，可使 MATLAB 與其他語言程序進行交互。 MATLAB 的典型特點可以概括如下： ⒈語言簡潔緊湊，運算符十分豐富，使用起來極為方便靈活。 ⒉既具有結構化的控制語言，又能面向對象程序。 ⒊語法限制不嚴格，程序設計自由度大，并且程序的可移植性好。 ⒋具有強大的圖形功能。 ⒌包含功能強勁的工具箱。 ⒍ MATLAB 的一個最重要、最受歡迎的特點是它的開放性。 ⒎ MATLAB 典型的應用包括以下兩方面： ①數(shù)值計算和符號計算。 ②建模和動態(tài)仿真。 第二節(jié) SIMULINK 模塊簡介 顧名思義， SIMULINK 是專用于可視化系統(tǒng)動態(tài)仿真的軟件程序包。它是MATLAB 各種工具箱中比較特別的一個模塊。一般工具箱只是把面向某一類問題的程序包集中起來，其中的程序都是用 MATLAB 語言編寫的，而工具箱卻是從底層開發(fā)的一個完整的仿真環(huán)境和圖像界面。在這個環(huán)境中，用戶可以利用鍵盤和鼠標，完成面向框圖系統(tǒng)仿真的全部過程，并且可以更加直觀、快速和準確地達到仿真的目的。原來的 MATLAB 是在文本窗口中編輯，圖形窗口只是用來顯示，而 SIMULINK 則把圖形窗口擴展為可以用框圖方式來編程，使 MATLAB 的功能有了本質的提高。 SIMULINK 既可用于線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，又可用于離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)他采用系統(tǒng)模塊直觀地描述系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)，它采用系統(tǒng)模塊直觀地描述系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)，因此可以十分方便地建立系統(tǒng)模型而不用花較多的時間編程。 SIMULINK 的另一個優(yōu)點是它不給出任何新的函數(shù)。對用戶來說， SIMULINK中所用的仍然是的基礎， MATLAB 原有的函數(shù)在 SIMULINK 中仍有效。這對用戶來說是很方便的。 概括地說， SIMULINK 作為面向框圖的仿真軟件，具有以下功能： ⒈用方框圖的繪制代替程序的編寫。構成任 何一個系統(tǒng)框圖有三個步驟，即選定典型環(huán)節(jié)、相互連接和給定環(huán)節(jié)參數(shù)。這三步可以在一個圖形界面上用鼠標和鍵盤輕松完成。 ⒉輸入輸出信號來源形式是多元化的。其輸入信號可以是各種信號發(fā)生器；也可以來自一個特定的記錄文件；還可以來自 MATLAB 的工作空間（ workspace）。輸出信號也類似，這就擴大了仿真系統(tǒng)與各種外部軟件和硬件的接口能力。 ⒊仿真的建立和運行是智能化的。首先，畫好了框圖并存起來，它就自動建立起來了仿真的方程；其次，在運行時用戶可以不給步長，只給出運行的仿真精度，軟件會自動選擇能保證給定精度的最大步 長，使得在給定精度要求下系統(tǒng)仿真具有最快的速度。 SIMULINK 的出現(xiàn)使設計人員從某個具體算法的設計中解脫出來，從而可以投入更多的精力在模型設計本身。首先它提供了一些基本模塊，這些模塊就放在上面的庫瀏覽器里，用戶可以方便地調用這些模塊，而不必再重復地制作這些常用的模塊。 SMULINK 的每個模塊對用戶而言都是透明的，用戶只要知道模塊的輸入和輸出功能，而無需考慮這些功能在模塊內是怎樣實現(xiàn)的。顯然，這樣的工具可以節(jié)約設計人員的大量時間，從而大大提高了工作效率，進一步縮短了研發(fā)設計時間。這對具體的一個設計幫助是很 大的。因為用戶要做的僅僅是選擇自己需要的模塊，把這些模塊設置好恰當?shù)膮?shù)，并按照設計要實現(xiàn)的功能將這些模塊恰當?shù)倪B接在一起，經過進一步的優(yōu)化設計，最終就會得到設計質量很高的解決方案。 SIMULINK 呈現(xiàn)給大家的是簡便，有趣的操作界面，用戶只需要在 MATLAB 下啟動 SIMULINK 模塊，之后，創(chuàng)建系統(tǒng)的框圖模型，并設置好各模塊的參數(shù)后啟動仿真，便可以得到仿真系統(tǒng)的關鍵數(shù)據。具體的操作步驟如下： ⒈啟動 SIMULINK 窗口和模塊庫。首先，打開 MATLAB 在 COMMAND 窗口鍵入SIMULINK 按回車， 這樣就啟動了 SIMULINK 模塊庫窗口。 ⒉建立系統(tǒng)框圖模型。首先，在 SIMULINK 下建立新的模型窗口。其次，選取所需的模塊和模塊組，并將個模塊的參數(shù)設定為合適的值。具體方法是：雙擊該模塊，打開模塊對話框，這里有模塊的所有屬性，按對話框欄中提供的信息輸入或改變模塊參數(shù)即可。之后，將個模塊按正確的方式連接起來，仿真模型就基本建立起來了。 ⒊仿真運行。系統(tǒng)的仿真運行有兩種方法：一種是在 MATLAB 的 COMMAND 窗口下輸入相關命令，也可以直接利用 SIMULINK 菜單命令。常用到得是后一種方法，這里重點介紹一下 。它的具體操作是：首先，打開系統(tǒng)模型窗口。其次，從SIMULATION 菜單 中 選 取 PARAMETERS ， 在 彈 出 的 SIMULATION PARAMETERS 對話框中進行設置，并確認相關參數(shù)。最后，運行仿真模型。 ⒋輸出仿真結果。主要是利用 SCOPE 模塊、變量返回值或 TOWORKSPACE模塊。 以上只是簡單的對 MATLAB 軟件和它的 SIMULINK 模塊做了簡要的介紹，從這里我們可以對 MATLAB 軟件有個大致的了解，在論文的仿真部分將結合本次的仿真任務系統(tǒng)地說明 SIMULINK 在電機仿真中的應用，這里不在贅述。 第三章 異步電機的數(shù)學模型 這一章，我們要討論的是異步電機數(shù)學模型的建立過程。之所以必要，是因為異步電機的數(shù)學模型是在 MATLAB 下進行仿真的理論來源和數(shù)學依據。事實上，我們是根據理想化電機的概念， 推導出描述異步電機的行為特性的狀態(tài)變量方程式，其實它們是一組一階微分方程。然后再 根據這個數(shù)學模型演變出它的計算機仿真模型 。 實際的異步電機動態(tài)運行特性是非常復雜的，用來描述它運行狀態(tài)的數(shù)學模型往往是一個高階非線性復雜耦合的多變量系統(tǒng)。根據電機學的相關知識，在異步電機中，感應電動勢是轉速與磁通的乘積；轉 矩是電流與磁通的乘積，由于它們都是同時變化的，所以在數(shù)學模型中就會出現(xiàn)含有兩個變量的乘積項。這樣，即使忽略磁飽和因素的影響，數(shù)學模型也將是非線性的。同時，考慮到三相異步電機定子有三個繞組，轉子也可等效為三個繞組。而且，每個繞組產生磁通時都有自己的電磁慣性，再加之轉速與轉角的積分關系、電機本身的機電慣性等因素，異步電機的動態(tài)數(shù)學模型將是一個八階系統(tǒng)。 考慮到實際異步電機運行狀態(tài)的復雜性，在建立相應的數(shù)學模型時，完全考慮到所有這些因素是不可能的，通常的做法是將異步電機抽象理想化，忽略影響異步電機運行狀態(tài)的次要因 素或將部分系統(tǒng)理想化，這樣得到的數(shù)學模型既可以充分反映異步電機在運行過程中的特性，又有效減少了工作量，實現(xiàn)仿真的目的。具體的做法是： ⒈忽略磁路飽和、鐵心損耗及溫度變化對繞組電阻的影響。 ⒉假定各繞組的自感、互感恒定。 ⒊忽略空間諧波影響，假定三相繞組對稱，空間互差 120176。電角度，產生的磁動勢沿氣隙按正弦規(guī)律分布。 下圖（圖 ）為三相異步電機的數(shù)學模型 IfufiCaBOucicωθcbuibuAiAuCCuBBi 本論文的研究對象是繞線型異步電機，將它的三相繞線轉子折算到定子側，折算后的定、轉子 繞組匝數(shù)相等。由圖，定子三相繞組軸線 A、 B、 C 位置固定，以 A 相為參考軸。轉子軸線 a、 b、 c 位置隨轉子轉動。轉子 a 軸與定子 A 軸的電角度θ是空間角位移變量。異步電機的數(shù)學模型可由磁鏈方程、電壓方程、轉矩方程和狀態(tài)方程構成，并規(guī)定各繞組的電壓、電流、磁鏈的正方向符合右手螺旋定則。 第一節(jié) 磁鏈方程 根據電路學中自感、互感的原理，電機中每相繞組的磁鏈是它本身的自感磁鏈和其它繞組對它的互感磁鏈之和。因此，各繞組磁鏈的矩陣方程可表達如下： A A A A B A C A a A b A c AB B A B B B C B a B b B c BC C A C B C C C a C b C c Ca a A a B a C a a a b a c ab b A b B b C b a b b b c bc c A c B c C c a c b c c cL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L i??????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 31） 寫成相量形式為： ΨLi?