【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 真是 SIMULINK的最早功能，后來(lái)在SIMULINK的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)了數(shù)字信號(hào)處理、通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)等數(shù) 10種模型庫(kù)，但是 SIMULINK的窗口界面是其他工具箱共用的平臺(tái)，在此平臺(tái)上可以進(jìn)行控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各種系統(tǒng)的仿真。 SIMULINK 啟動(dòng) 從 MATLAB窗口進(jìn)入 SIMULINK環(huán)境有以下幾種方法： （ 1）在 MATLAB 菜單欄上單擊 File，并在下拉菜單中的 New 選項(xiàng)下單擊Model； （ 2）在 MATLAB 工具欄上單擊按鈕 ，然后在打開(kāi)的模型庫(kù)瀏覽器窗口菜單上單擊按鈕 ； （ 3）在 MATLAB 的命令窗口中輸入“ simulink”后回車，然后在打開(kāi)的模型庫(kù)瀏覽器窗口菜單上單擊按鈕 。 完成上述操作之一后，屏幕上出現(xiàn) SIMULINK 的工作窗口（見(jiàn)圖 ）。在SIMULINK工作窗口上方標(biāo)題欄上，“ untitled”表示一個(gè)尚未命名的新文件，在其上方右側(cè)是最小化、最大化和關(guān)閉三個(gè)按鈕。標(biāo)題欄下方是菜單欄，這里有 File（文件）、 Edit（編輯）、 View（查看）、 Simulation（仿真）、 Format（格式）、 Tools（工具）和 Help（幫助） 7項(xiàng)主要功能菜單。第三欄是菜單命令的等效按鈕。窗口下方有仿真狀態(tài)的提示欄，在啟動(dòng)仿真后，在該欄中可以提示仿真的進(jìn)度和使用的仿真算法。窗口中部的空白部分是繪制仿真模型框圖的空間，這是對(duì)系統(tǒng)仿真的主要工作平臺(tái)。 11 圖 SIMULINK 工作窗口 SIMULINK 的模塊庫(kù)介紹 在 Matlab命令窗口中鍵入 Simulink 命令，便可以打開(kāi) SIMULINK 的庫(kù)瀏覽器窗口（見(jiàn)圖 ），窗口左部的樹(shù)狀目錄是各分類模型庫(kù)的名稱。在分類模型庫(kù)下還有二級(jí)子模型庫(kù)，點(diǎn)擊模型庫(kù)前帶“ +”的小方塊則可展開(kāi)二級(jí)子模型庫(kù)的目錄，點(diǎn)擊模型庫(kù)名前帶“ ”的小方塊則可關(guān)閉二級(jí)目錄。在這里點(diǎn)擊或直接點(diǎn)擊圖標(biāo)可以在窗口中展現(xiàn)三級(jí)目錄下的模型圖標(biāo)。圖 器儀表模塊庫(kù)（ Sinks）子模型庫(kù)后的窗口。在窗口右邊展現(xiàn)了 Sinks 子模型庫(kù)中的 9個(gè)模塊。 圖 23 模型庫(kù)瀏覽器窗口之一 12 圖 模型庫(kù)瀏覽器窗口之二 電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的介紹 在 Matlab命令窗口中輸入“ powerlib”，按回車鍵（ Enter），就可以打開(kāi)電力系統(tǒng)工具箱。電力系統(tǒng)工具箱包括了電路、電力電子等電氣工程學(xué)科中常用的元件模型，這些元件模型分布在 7 個(gè)模塊庫(kù)中，如圖 。利用這些庫(kù)模塊及其它庫(kù)模塊，可以方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真。 圖 電力系統(tǒng)工具箱模塊庫(kù) （ 1）電源模塊庫(kù) (Electrical Sources)： 包括交流、直流及可控的電壓源和電流源。這一部分模型可以用來(lái) 仿真交、直流電源。 （ 2）元件模塊庫(kù) (Elements)： 13 包括串聯(lián)及并聯(lián)的 RLC支路負(fù)載、斷路器、分布參數(shù)線、線性變壓器、飽和變壓器、和過(guò)電壓自動(dòng)裝置、互感、開(kāi)關(guān)等。這部分可以仿真交流輸電線裝置。 （ 3）電力電子模塊庫(kù) (Power Electronics)： 包括二極管、晶閘管、 GTO、 MOSFET、 IGBT 等電力電子器件。還有通用橋(Universal Bridge)，它可設(shè)定成不同電力電子器件的單臂、雙臂和三臂橋。這些設(shè)備模型不僅可以單獨(dú)進(jìn)行仿真而且可以組合在一起仿真整流電路等直流輸變電的電力電子設(shè) 備。 （ 4）電機(jī)模塊庫(kù) (Machines)： 此部分有異步電動(dòng)機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、水輪電機(jī)及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、永磁同步電機(jī)、簡(jiǎn)化的同步電機(jī)、同步電機(jī)。這些模型可以仿真電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)設(shè)備、電力拖動(dòng)設(shè)備等。 （ 5）連接模塊庫(kù) (Connectors)： 這一部分包括一些電力系統(tǒng)中常用的接線設(shè)備。如地線、中性點(diǎn)、連結(jié)點(diǎn)等。 （ 6）測(cè)量模塊庫(kù) (Measurements)： 包括電流、電壓等測(cè)量模塊，該部分模型用來(lái)采集線路的電壓或電流值。這一部分還起著連接 SIMULINK 模型與 POWERLIB 模型的作用。 （ 7）附加模塊庫(kù) (Extras)： 擴(kuò)展模塊組包含了上述各個(gè)模塊組中的各個(gè)附加子模塊組。用戶可以根據(jù)自己的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖使用 POWERLIB和 SLMULINK 中相應(yīng)的模型來(lái)組成仿真的電路模型。主要有①控制模塊庫(kù)：內(nèi)有同步 6 脈沖發(fā)生器、 PWM 發(fā)生器、時(shí)鐘、三相可編程電源等。②離散測(cè)量模塊庫(kù)：各種離散測(cè)量模塊。③離散控制模塊庫(kù)：離散 PI、 PID 控制器，離散 PWM 發(fā)生器和二階濾波器等。④測(cè)量模塊庫(kù)：有交流調(diào)速中的坐標(biāo)變換等。⑤矢量模塊庫(kù)：序列分析器等。⑥附加電機(jī)模塊庫(kù)：有直流電機(jī)、離散直流電機(jī)等。 SIMULINK 的仿真步驟 利用 SIMULINK 環(huán)境仿真一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程基本上可以分為如下幾個(gè)步驟： 14 （ 1）根據(jù)要仿真的系統(tǒng)框圖，在 SIMULINK 窗口的仿真平臺(tái)上構(gòu)建仿真模型； （ 2）設(shè)置模塊參數(shù)； （ 3）設(shè)置仿真參； （ 4）啟動(dòng)仿真； （ 5）觀測(cè)仿真結(jié)果。 15 第 3 章 整流電路的 SIMULINK 仿真設(shè)計(jì) 常用的整流器有單相和三相整流器，從控制角度區(qū)分，有不控、半控和全控整流電路之分，從輸出直流的波形來(lái)區(qū)分，又有半波和全波整流之分。二極管、晶閘管是常用的整流器件，現(xiàn)在采 用全控型器件的 PWM方式整流器也越來(lái)越多。整流電路的仿真可以用 powersys模型庫(kù)中的二極管和晶閘管等模塊來(lái)構(gòu)建，對(duì)三相整流電路模型庫(kù)中有 6pulse diode bridge、 6pulse thyristor bridge、 universal bridge 等模塊可以調(diào)用，使用這些模塊可以使仿真更方便。復(fù)雜的大功率多相整流器可以在三相橋的基礎(chǔ)上構(gòu)建。這里主要介紹常用的單相和三相橋式全控整流電路的仿真。 單相橋式整流電路的仿真 單相橋式全控整流電路的工作原理 單相橋式全控整流電路如圖 ，電路由交流電源 u整流變壓器 T、晶閘管 VT1VT負(fù)載電阻 R以及觸發(fā)器電路組成。在變壓器二次電壓 u2的正半周觸發(fā)晶閘管 VT1 和 VT3，在 u2的負(fù)半周觸發(fā)晶閘管 VT2和 VT4，在負(fù)載上可以得到方向不變的直流電，改變晶閘管的控制角可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電流的大小。在這里我們只討論電阻性負(fù)載時(shí)的情況。 圖 單相橋式全控整流電路原理 建立仿真模型 （ 1）首先建立一個(gè)仿真模型的新文件。在 MATLAB的菜單欄上點(diǎn)擊 File，選擇 New，在彈出的菜單中選擇 Model，這時(shí)出現(xiàn)一個(gè)空 白的方針平臺(tái)，在這平臺(tái)上可以繪制電路的仿真模型。同時(shí)也可以在 File菜單下給文件命名，本電路的文件命名為 li1。 16 （ 2）提取電路元器件模塊。在仿真模型窗口的菜單欄上點(diǎn)擊 圖標(biāo)調(diào)出模型庫(kù)瀏覽器，在模型庫(kù)中提取適合的模型放到仿真平臺(tái)上。組成單相橋式全控整流電路的主要元器件有交流電源、晶閘管、 RLC 負(fù)載等，提取元器件模塊的路徑見(jiàn)表 。 表 元器件名稱及路徑 元器件名稱 提取元器件路徑 交流電源 u2 Power system blockset/electrical sources/AC voltage source 晶閘管 VT1VT4 Power system blockset/power electronics/thyristor RLC 串聯(lián)電路 Power system blockset/elements/series RLC branch 脈沖發(fā)生器 Simulink/sources/pulse generator T 形節(jié)點(diǎn) Power system blockset/connectors/T connector 中性節(jié)點(diǎn) Power system blockset/connectors/neutral(output) （ 3） 將電路元器件模塊按單相整流的原理圖連接起來(lái)組成仿真電路。首先將元器件移動(dòng)到合適的位置，將光標(biāo)箭頭指向需要移動(dòng)的元器件，按住鼠標(biāo)左鍵將元器件移動(dòng)到指定位置。單相橋需要 4個(gè)晶閘管模塊，這可以使用模塊的復(fù)制辦法，以鼠標(biāo)左鍵單擊晶閘管模型圖標(biāo)，模型圖標(biāo)的四角出現(xiàn)四個(gè)小黑塊（■），表面該模塊已被選中，這時(shí)同時(shí)按住鍵盤(pán)中的 Ctrl鍵以及鼠標(biāo)的左鍵。移動(dòng)鼠標(biāo)則可以將晶閘管模塊復(fù)制到其他位置。同時(shí)點(diǎn)擊元器件模塊的名稱可以修改模塊的名稱，如將 thyristor改名為 VT1等 [3]。 連接模塊只需要以光標(biāo)移向模塊的輸出端，以左鍵點(diǎn)住并移動(dòng)鼠標(biāo)即可拖拉出一條連線，將連線拉到另一元器件的輸入端，松開(kāi)鼠標(biāo)即完成一條接線。在 SIMULINK模型庫(kù)中沒(méi)有專門(mén)的單相橋式整流器觸發(fā)模型，這里使用了兩個(gè)脈沖發(fā)生器來(lái)分別產(chǎn)生 VT1和 VT VT2和 VT4 的觸發(fā)脈沖。整流器的負(fù)載選用了RLC串聯(lián)電路，可以通過(guò)參數(shù)設(shè)置來(lái)改變電阻、電感和電容的組合。 模型中使用了兩種測(cè)量?jī)x器，示波器（ Scope）和多路測(cè)量器（ Multimeter）。示波器可以觀察它連接點(diǎn)上的波形，多路測(cè)量器可以接收一些模塊發(fā)送出來(lái)的參數(shù)信號(hào)并 通過(guò)示波器觀測(cè)，接上觀測(cè)器后的仿真電路如圖 。 17 圖 單相橋式全控整流電路仿真模型 對(duì)于晶閘管兩端的電壓、電流波形，我們觀測(cè) VT VT VT3 和 VT4中的一個(gè)即可，在該模型中，我們觀測(cè)的是 VT1 兩端的電壓、電流波形 。 設(shè)置模型參數(shù) 設(shè)置模型參數(shù)是保證仿真準(zhǔn)確和順利的重要一步，有些參數(shù)是由仿真任務(wù)規(guī)定的。如本仿真電路中的電源電壓、電阻值等，有些參數(shù)是需要通過(guò)仿真來(lái)確定的。設(shè)置模型參數(shù)可以雙擊模塊圖標(biāo)彈出參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，然后按框中提示輸入，若有不清楚的地方可以借助 Help 幫助。 本仿真電路的參數(shù)設(shè)置如下： （ 1）交流電壓源 u2，電壓為 220V，頻率為 50Hz，初始相位為 0176。 。 在電壓設(shè)置中要輸入的是電壓峰值，在該欄中鍵入“ 220*sqrt(2)”。在對(duì)話框最后的測(cè)量選項(xiàng)選擇選中電壓“ voltage”，這樣， u2 數(shù)據(jù)可以送入多路測(cè)量器（ Miltimeter） 。 （ 2）晶閘管 VT1VT4直接使用模型的默認(rèn)參數(shù)。 18 （ 3）負(fù)載 RLC， R的值為 2Ω， L的值為 0， C的值為 inf。 （ 4）本電路中晶閘管的觸發(fā)采用簡(jiǎn)單的脈沖觸發(fā)器（ Pulse Generator）來(lái)產(chǎn)生，脈沖發(fā)生器的脈沖周期Τ必須 和交流電源 u2同步。晶閘管的控制角α以脈沖的延遲時(shí)間 t 來(lái)表示， t=αΤ /360176。，其中，α為控制角，Τ =1/f， f為交流電源頻率。本仿真電路在α =30176。時(shí)的脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表 。 表 脈沖發(fā)生器參數(shù)設(shè)置 項(xiàng)目 脈沖發(fā)生器 1 脈沖發(fā)生器 2 脈沖類型（ Pulse type） Timebased Timebased 脈沖幅值（ Amplitude） 1 1 周期（ Period） 脈沖寬度（ Pulse width） 相 位 延 遲 （ Phase delay） 模型仿真 在模型開(kāi)始仿真前還必須首先設(shè)置仿真參數(shù)。在菜單中選擇 Simulation，在下拉菜單中選擇 Si