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第五章 Simulink与电力系统仿真


1993年出现了Simulink,这是一个基于框图的仿真 平台,它建立在MATLAB的基础上,依托MATLAB的强 大计算功能,可以采用模块框图直观地进行控制系统的
构建,不需要记忆众多的仿真算法和参数设置,它们都 可以在Simulation Parameters当中轻松地设置。在 Simulink平台上,拖拉和连接典型模块就可以绘制仿真 对象的模型框图,并对模型进行仿真。在Simulink中建
Model(Ctrl+N) ③在MATLAB主窗口的file菜单New下选择Model
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5.3 重点模块的基本功能 1、仿真结果的显示和数据的保存及输出 (1)仿真结果的显示
在Simulink/Sinks模型库中共有6种可以用于结果输出 的存储或直接显示的模块。因为MATLAB软件规定, 在Simulink仿真中必须有输出显示环节,否则会给出 仿真出错信息。这6个模块中,有4个可以直接将结果
选择“Decimation”时,为数据取样方式,右边栏中输
入的数据为N,则每N个数据只取出一个用于显示,故N
越大,则显示的波形越粗糙,一般该项保持默认值“1”,
这样,所有进入示波器的数据将全部被显示出来,显示
的波形更逼真;当选择“Sample time”时,为显示采样
方式,右边栏中应该输入显示采样的间隔时间,这时,
端,它不能动态地显示输出过程,只能提供最终的结果
数据。这对于只需要结果而不必关心过程的情况是非常
实用的。如图1-9所示,利用这个系统求sin10的值。双
击Display图标,出现Display模块参数设置对话框如图1
-10所示,其中最为关键的是Format项,即输出数据
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格式的选择,共有short、long、short_e、long_e、bank 型5中结果显示形式,对应5种不同的显示精度。显示的 结果是-0.544(short)、-0.54402111088937(long)、 -5.4402e-001(short_e)、-0.5440211108893698 e-0 01(long_e)及-0.54(bank)。
下图所示的正弦信号放大系统中,输入信号为
sin(314*t+1.2),对Sope的Data history选项卡设置如下 页所示,那么,运行仿真后,在数据空间可以得到输出 矩阵y和时间列向量tout(时间列向量是系统自带的)。
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而利用Sope存储到数据空间的相关数据,采用MATLAB
已经远远地超出了“矩阵相关计算”这个狭小的范围。 由于MATLAB在其软件设计之初,其开发者Cleve Moler 教授就秉承开放性的理念,在1993年的Simulink1.0出现
以后,人们发现这是许多科学家和工程技术人员梦寐以 求的仿真形式,从此以后,许多领域的顶尖科研人员以
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MATLAB语言为依托,编写了自己所从事领域的 Simulink工具箱,如控制界最流行的控制系统工具箱 (Control System Toolbox),系统辩识工具箱(System Identification Toolbox),鲁棒控制工具箱(Robust Control Toolbox),神经网络工具箱(Neural Network Toolbox),模型预测控制工具箱(Model Predictive Control Toolbox),还有如航空宇宙模块集(Aerospace Blockset),机械系统仿真模块(SimMechanics),电 力系统仿真模块(SimPowerSystems)甚至如生物系统 仿真模块(SimBiology)等。这其中,也有一些杰出中 国学者的贡献,如东北大学薛定宇教授在Control Kit的 基础上开发的CtrlLAB工具箱是专门用于反馈控制系统
所示。下面简单介绍一下这两选项卡中重要参数的设置。
General选项卡: “Number of axes”用于设定示波器可以显示的信号路数, 即Y轴的数量。例如将其设置成5,则可以同时观察5路 信号。
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“Time range”用于设定示波器时间轴的最大值,一般不
需要对这个项的默认设置(auto)进行改动,这样,X
>> simulink 马上就会弹出Simulink Library Browser窗口如 右所示。 ②在MATLAB的主窗的工 具栏中点击 图标,也 可进入Simulink Library Browser窗口。
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rary Browser窗口内容简介
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⑤ Simulink\Discrete库
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⑥ Simulink\Discrete库
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3、Simulink仿真文件的建立 ①在Simulink Library Browser窗口工具栏上单击 图标
点 击
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②在Simulink Library Browser的file菜单New下选择
双击To Workshop模块图标,可得模块参数设置对话框
如左下示,其设置与Scope中的完全一样。如果是标量
信号或者是一维信号,我们可将数据装在类型选择为
Array或者Structure,而当一个信号除了有大小,还有与
之对应的时间因素,就是一个2-D信号,必须采用
格式适用于只有一个输入变量的情况, Structure with
time 可以矢量的形式表示多个变量,且时间同时得以保
存, Structure也可以矢量的形式表示多个变量,但它
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并不同时保存时间。这样,如果要用Array、Structure形 式的数据绘制输出波形图时,则会缺少相应的时间向量。 为此,可在Simulink仿真文件中加入“Clock”模块,并 将其连接一个示波器,用示波器的save data to workshop 功能将时间作为一个变量同时保存起来,这样,便有了 时间向量。所以,相比之下,Structure with time这种数 据保存形式更为简单方便。
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立的仿真模型可读性很强,这就避免了在MATLAB窗口 中使用MATLAB命令和函数仿真时需要记忆大量M函数
的麻烦,这对于期盼一种简介、直观、高效的仿真软件 的广大科技人员来说无疑是最好的福音。
现在,Simulink已经成为MATLAB软件的一个不可 或缺的组成部分,完全有理由说Simulink的出现和发展 已经决不仅仅是为MATLAB增光添彩,而是很多时候 “反客为主”了!从1993年的MATLAB4.0/Simulink1.0 到2007年的MATLAB7.4/Simulink6.6,MATLAB的功能
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1990年推出的MATLAB3.5i版是第一个可以运行 于Microsoft Windows下的版本,它可以在两个窗口 上分页显示命令行计算结果和输出的结果波形。稍后, Mathworks公司推出的SimuLAB环境首次引入了基于 框图的仿真功能,其模型输入方式改为对基本环节的框 图连接,这种方式简便直观,令人耳目一新,其实,这 就是现在的我们称之为Simulink的最初形式。
致的)。
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②浮动示波器(Floating Scope)(略) ③函数记录仪(XY Graph)
这是MATLAB中一个十分重要的用来绘制输出函数
轨迹的输出显示模块。其图标和端口的基本情况如下 图所示。
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④数字显示(Display)
Display是可以最终以数字量直观地显示结果的输出终
轴就自动以“系统仿真参数设置”中设定起始和终止时
间作为示波器的时间显示范围。
“Tick labels” 用于轴标度的显示,默认设置为“bottom
axis only”;而当选择“non”时,示波器将不显示横、纵
坐标的刻度,只显示波形的形状;当选择“all”时,将
显示所有的轴标度。
“Sampling”为数据取样方式/显示采样方式的选择。当
没有什么两样,但操作却更简单,显示也更智能。双击 示波器模块图标,即可弹出示波器的窗口如下所示:
这其中,比较重要的设置在“示波器参数”按钮下。单
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“示波器参数”,出现“Scope parameters”对话框,有 “General”和“Data history”两个基本选项卡,见下图
这样,所有的数据都将显示,在所需显示的数据相对较
多时,需要计算机有较大的内存容量。
“save data to workshop”被选中时,可以将显示数据放
到工作空间去,以备MATLAB的绘图命令调用。与此相
关的项目有两个,“Variable name” 代表要保存的数据
名称;“Format”为数据的保存格式,共有三种,Array
绘图命令plot(y(:,1)',y(:,2)')得出的输出结果如下页示(其
实,这里的矩阵y是201×2维的,其第一列y(:,1)的含义与
单独的时间向量tout完全一样,而列项量y(:,2)是输出到
示波器Sope显示的纵坐标值。故plot(y(:,1)',y(:,2)')与
plot(tout',y(:,2)')两个命令得出的Figure图形是完全一
的分析与设计的计算机程序,利用该模块进行系统的分
析与综合,比用MATLAB/Simulink更加方便快捷,已
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经成为国际上许多学校自动控制课程的教学辅助工具, 在MathWorks网站控制类工具箱下载中长期排名第一。
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