Simulink電路仿真PPT課件

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1、2021/3/91Simulink電路仿真電路仿真2021/3/92 Simulink 是是MATLAB 的一個重要的工具箱，是結合了框圖的一個重要的工具箱，是結合了框圖界面和交互仿真能力的系統級設計和仿真工具。它以界面和交互仿真能力的系統級設計和仿真工具。它以MATLAB 核心數學，圖形和語言為基礎，可以讓用戶完成從算法開發，核心數學，圖形和語言為基礎，可以讓用戶完成從算法開發，仿真或者模型驗證的全過程，而不需要傳遞數據，重寫代碼或仿真或者模型驗證的全過程，而不需要傳遞數據，重寫代碼或改變軟件環境。改變軟件環境。在在start進入進入Simulink菜單，選擇菜單，選擇 Simulink L

2、ibrary Browser，打開，打開Simulink庫函數，選擇庫函數，選擇 File New打開編輯窗口。打開編輯窗口。在在MATLAB的的 Command窗口直接鍵入窗口直接鍵入Simulink即可打即可打開開Simulink工作窗口。工作窗口。Simulink 作為面向框圖的仿真軟件，具有以下的功能和作為面向框圖的仿真軟件，具有以下的功能和優點：優點：（1）用方框圖的繪制代替了程序的編寫。構成任何一個系統框）用方框圖的繪制代替了程序的編寫。構成任何一個系統框圖有三個步驟，即圖有三個步驟，即選定典型環節選定典型環節，相互聯結相互聯結和和給定環節參數給定環節參數。（2）仿真的建立和運行是

3、智能化的。首先，畫好了框圖并存起）仿真的建立和運行是智能化的。首先，畫好了框圖并存起來，來，Simulink自動建立一個仿真的過程；其次，在運行時用戶自動建立一個仿真的過程；其次，在運行時用戶可以不給步長，只給出要求的仿真精度，軟件會自動選擇能?？梢圆唤o步長，只給出要求的仿真精度，軟件會自動選擇能保證給定精度的最大步長，使得在給定的精度要求下系統仿真具證給定精度的最大步長，使得在給定的精度要求下系統仿真具有最快的速度。有最快的速度。2021/3/93 （3）輸入輸出信號來源形式的多樣化。其輸入信號可以是輸入輸出信號來源形式的多樣化。其輸入信號可以是各種信號發生器；也可以來自一個設定的記錄文件；

4、還可以各種信號發生器；也可以來自一個設定的記錄文件；還可以來自來自MATLAB的工作空間（的工作空間（workspace）.輸出信號也類似，輸出信號也類似，這就擴大了仿真系統與各種外部軟件和硬件的接口能力。這就擴大了仿真系統與各種外部軟件和硬件的接口能力。Simulink工具箱中含有大量的仿真模塊集工具箱中含有大量的仿真模塊集，例如，例如Power System Blockset（PSB）,DSP Blockset,Communication Blockset,CDMA Reference Blockset,Nonlinear Control Design Blockset 等專門領域等專門領

5、域應用的仿真模塊。應用的仿真模塊。研究研究MATLAB在電路仿真中的應用，主要用到的是在電路仿真中的應用，主要用到的是Simulink節點下的節點下的Commonly used Blocks,Sinks,Sources 等模塊以及在電路仿真中最長用的等模塊以及在電路仿真中最長用的Power System Blockset（DSP）模塊。）模塊。2021/3/94求求i3，U4，U7；2021/3/951.Simulink常用模塊介紹常用模塊介紹 要熟練地使用要熟練地使用Simulink進行仿真，首先要求能夠熟練進行仿真，首先要求能夠熟練使用使用Simlink 常用模塊。在模塊瀏覽器中的常用模塊

6、。在模塊瀏覽器中的Simulink節點節點下包含了搭建一個下包含了搭建一個Simulink模塊所需要的基本模塊。本節模塊所需要的基本模塊。本節主要對其中的主要對其中的Sources模塊庫、模塊庫、Sinks 模塊庫、模塊庫、Math Operations庫和庫和Continuous模塊庫中的常用模塊進行介模塊庫中的常用模塊進行介紹。紹。Sources 模塊模塊 階躍函數，起始時間是第階躍函數，起始時間是第1秒而非秒而非0秒。雙擊秒。雙擊step模塊，對仿真起始時間模塊，對仿真起始時間(step time)和階躍值和階躍值(Initial value,Final value)的大小進行設置。的大

7、小進行設置。信號發生器，可以產生給定頻率和幅值的正信號發生器，可以產生給定頻率和幅值的正弦波弦波(sine wave)、方波、方波(square wave)和鋸齒波和鋸齒波(sawtooth wave)，雙擊圖標可以設置。，雙擊圖標可以設置。2021/3/96 定時器，顯示仿真時間，在系統仿真時打開定時器，定時器，顯示仿真時間，在系統仿真時打開定時器，可以看到實時的仿真時間?？梢钥吹綄崟r的仿真時間。正弦波，電路中常用到的正弦信號（正弦波，電路中常用到的正弦信號（Sine Wave）模塊，雙擊）模塊，雙擊圖標，在彈出的窗口中調整相關參數。信號生成方式有兩種：圖標，在彈出的窗口中調整相關參數。信號

8、生成方式有兩種：Time based 和和 Sample based。如果以如果以Time based 方式運行該模塊，則需要用戶設定波形的幅度方式運行該模塊，則需要用戶設定波形的幅度（Amplitude）、偏移（）、偏移（Bias）、頻率（）、頻率（Frequency）、初相（）、初相（Phase）幾個參數；幾個參數；如果選擇如果選擇Sample based方式，參數設置則為幅度（方式，參數設置則為幅度（Amplitude）、偏）、偏移（移（Bias)、每周期采樣數（、每周期采樣數（Sampies per period）和偏移采樣數）和偏移采樣數（Number of offset sampl

9、es）.兩種工作方式中的各項參數都可以用關系式加以換算：兩種工作方式中的各項參數都可以用關系式加以換算：每周期采樣數每周期采樣數=2*pi/（頻率（頻率*采樣時間）采樣時間）頻移采樣數頻移采樣數=初相初相*每周期采樣數每周期采樣數/（2*pi）設置采樣時間設置采樣時間Sampletime,將此參數設置為零時表示以連續的方式工將此參數設置為零時表示以連續的方式工作，將此參數設置為大于零的值時則以所設采樣時間工作。但要注意的是作，將此參數設置為大于零的值時則以所設采樣時間工作。但要注意的是采用采用Sample based 模式的模塊式不能以連續的方式工作的。模式的模塊式不能以連續的方式工作的。20

10、21/3/97 從工作空間輸入。從從工作空間輸入。從MATLAB Workspace輸入已有的函數作為仿真輸入已有的函數作為仿真的激勵信號。首先要在的激勵信號。首先要在MATLAB環境下建立一個時間向量和環境下建立一個時間向量和相應的函數值向量，然后將時間向量和函數值向量的名稱相應的函數值向量，然后將時間向量和函數值向量的名稱T,U填入該圖標的對話框中。填入該圖標的對話框中。Math Operations模塊模塊 加、減運算加、減運算 在在List of signs文本框中可以選擇多個數文本框中可以選擇多個數的加、減法運算。在的加、減法運算。在Icon shape中選擇圓形或方形符號。中選擇圓

11、形或方形符號。Gain：增益增益 作為后續模塊的增益系數。作為后續模塊的增益系數。Continuous模塊模塊 Transfer Fcn 傳遞函數，設置傳遞函數，設置 numerator選選 項，分子多項式系數的降冪排列。項，分子多項式系數的降冪排列。Denominator選選項，分母多項式系數的降冪排列。項，分母多項式系數的降冪排列。2021/3/98 Sinks模塊模塊Sinks模塊庫中的模塊主要功能是接受信號，并且將接受的信號顯示出來。模塊庫中的模塊主要功能是接受信號，并且將接受的信號顯示出來。輸出到工作空間，功能與輸出到工作空間，功能與From Workspace正好相反，把仿真結果連

12、同輸入信號輸正好相反，把仿真結果連同輸入信號輸出到工作空間去。出到工作空間去。XY示波器：顯示示波器：顯示 MATLAB的圖形窗口。的圖形窗口。輸入曲線是以時間為橫軸的繪圖區域。輸入曲線是以時間為橫軸的繪圖區域。它的作用是將信號值直接顯示它的作用是將信號值直接顯示 在該模塊的窗口中。在該模塊的窗口中。輸出信號是個直流信號時，我們就可以把它直接送到這個模塊中，從輸出信號是個直流信號時，我們就可以把它直接送到這個模塊中，從模塊窗口中直接讀出輸入信號的大小。模塊窗口中直接讀出輸入信號的大小。示波器模塊可以接受多個輸入信號，每個端口的輸入信號都將在示波器模塊可以接受多個輸入信號，每個端口的輸入信號都將

13、在一個坐標軸中顯示。如果是向量或矩陣信號，則以不同的顏色表示每個元一個坐標軸中顯示。如果是向量或矩陣信號，則以不同的顏色表示每個元素信號；如果信號本身是離散的，則顯示信號的階梯圖。素信號；如果信號本身是離散的，則顯示信號的階梯圖。2021/3/99 （1）示波器的工具欄示波器的工具欄 2021/3/910（2）坐標軸的范圍調整）坐標軸的范圍調整 在坐標框內單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中執在坐標框內單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中執行行“Axes properties”命令，可以對坐標軸進行調整，命令，可以對坐標軸進行調整，如圖如圖4.1-1所示。所示?！癥-min”、“Y-max”分別是設置

14、分別是設置Y 軸的軸的最小值和最大值，在最小值和最大值，在“Title”中可以為坐標軸取個名字，中可以為坐標軸取個名字，默認是以輸入信號線的標簽作為坐標軸的名字。默認是以輸入信號線的標簽作為坐標軸的名字。2021/3/911（3）示波器的參數設置）示波器的參數設置 單擊單擊 圖標將彈出圖標將彈出“示波器參數設置示波器參數設置（SopeParameters）”對話框對話框 2021/3/9122021/3/913 “General”選項卡中各個選項的含義如下：選項卡中各個選項的含義如下：“Number of axes”文本框：用于設置軸的個數，可文本框：用于設置軸的個數，可以用于實現對多個輸入信

15、號的顯示。以用于實現對多個輸入信號的顯示?！癟ime range”文本框：用于設置文本框：用于設置X 軸（即時間軸）軸（即時間軸）的顯示范圍。的顯示范圍?！癝ampling”下拉列表：當在該下拉列表選擇下拉列表：當在該下拉列表選擇“Decimation”選項時可設置顯示頻度，如其設為選項時可設置顯示頻度，如其設為n，則每隔則每隔n-1 個數據點都給予顯示。如果選個數據點都給予顯示。如果選“Sample time”可設置顯示點采樣時間，如果為可設置顯示點采樣時間，如果為0表示顯示連續表示顯示連續信號，信號，-1表示顯示方式取決于輸入信號，任何大于零表示顯示方式取決于輸入信號，任何大于零的數據表示

16、顯示離散信號的時間間隔。的數據表示顯示離散信號的時間間隔?！癋loating scope”復選框：若選中該復選框，則表復選框：若選中該復選框，則表示示波器以游離方式工作。示示波器以游離方式工作。2021/3/914（4）關于游離示波器）關于游離示波器 工作在游離狀態的示波器能夠對模型工作在游離狀態的示波器能夠對模型 中一條或多條信號線上的信號進行觀中一條或多條信號線上的信號進行觀察，而不用將示波器和信號線相連。觀察具體的信號時可以察，而不用將示波器和信號線相連。觀察具體的信號時可以在工具欄中單擊在工具欄中單擊 圖標，在打開的信號選擇器中進行選擇。圖標，在打開的信號選擇器中進行選擇。2021/3

17、/915 2.SimPowerSystems模塊介紹模塊介紹 DC Voltage Source直流電壓源，在直流電壓源，在“Electrical Sources”模塊內。模塊內。Series RLC Branch 串聯串聯RLC 支路，設置參數可以去掉支路，設置參數可以去掉任一元件，將其變為單獨的電阻、電容或電感的支路。任一元件，將其變為單獨的電阻、電容或電感的支路。將將Series RLC Branch 模塊設置成單一電阻時，應將參模塊設置成單一電阻時，應將參數：數：“Resistance”設置為所仿真電阻的真實值，設置為所仿真電阻的真實值，“Inductance”設置為設置為0，“Cap

18、acitance”設置為設置為inf；將將Series-RLC Branch模塊設置單一電感模塊時，應將模塊設置單一電感模塊時，應將參數：參數：“Inductance”設置為所仿真電感的真實值，設置為所仿真電感的真實值，“Resistance”設置為設置為0，“Capacitance”設置為設置為inf；將將Series RLC Branch設置單一電容模塊時，應將參數設置單一電容模塊時，應將參數“Capacitance”設置為所仿真電感的真實值，設置為所仿真電感的真實值，“Resistance”和和“Inductance”均設置為均設置為0。2021/3/916 Parallel RLC B

19、ranch 并聯并聯RLC 支路，設置參數可支路，設置參數可以去掉任一元件，將其變為單獨的電阻、電容或電以去掉任一元件，將其變為單獨的電阻、電容或電感的支路。感的支路。將將Parallel RLC Branch 模塊設置成單一電阻模塊設置成單一電阻時，應將參數：時，應將參數：“Resistance”設置為所仿真電阻設置為所仿真電阻的真實值，的真實值，“Inductance”設置為設置為inf，“Capacitance”設置為設置為0；將將Parallel-RLC Branch模塊設置單一電感模模塊設置單一電感模塊時，應將參數：塊時，應將參數：“Inductance”設置為所仿真電設置為所仿真電

20、感的真實值，感的真實值，“Resistance”設置為設置為inf，“Capacitance”設置為設置為0；將將Parallel RLC Branch設置單一電容模塊時，設置單一電容模塊時，應將參數應將參數“Capacitance”設置為所仿真電感的真實設置為所仿真電感的真實值，值，“Resistance”和和“Inductance”均設置為均設置為inf。2021/3/917 Current Measurement、Voltage Measurement 在在“Measurmrnts”模塊內，可以用來測量所在支路的電流值模塊內，可以用來測量所在支路的電流值和電壓值。和電壓值。Control

21、led Voltage Source受控電壓源、受控電壓源、Controlled Current Source受控電流源，在受控電流源，在“Electrical Sources”模模塊內，其參數一般采用默認值。塊內，其參數一般采用默認值。Break（開關）兩模塊。在（開關）兩模塊。在Elements模塊庫內。模塊庫內。Break模模塊內有一個名為塊內有一個名為 External control of switching times 的選的選項，在默認的選中狀態時，項，在默認的選中狀態時，Switching times（開關轉換時（開關轉換時間）和間）和Sample time of the in

22、ternal timer Ts 兩個選項將被兩個選項將被隱藏，這里需要將隱藏，這里需要將External control of switching times設設為非選中狀態，展開隱藏選項。為非選中狀態，展開隱藏選項。2021/3/9183.仿真控制設置仿真控制設置Solver頁頁 simulationconfiguration-solver起始時間起始時間Start time 終止時間終止時間stop time 仿真步長模式仿真步長模式 變變步長步長Variable-step，固定步長，固定步長Fixed-step。仿真算法。仿真算法solver變步長變步長Variable-step：最大步

23、長、最小步長、起始步長。：最大步長、最小步長、起始步長。最大步長（缺省值，仿真時間最大步長（缺省值，仿真時間/50）定義影響仿真結果，容）定義影響仿真結果，容易產生失真。最大步長大，取樣點少。易產生失真。最大步長大，取樣點少。仿真算法仿真算法solver：2/3階龍格階龍格-庫塔法、庫塔法、4/5階龍格階龍格-庫塔法庫塔法（求解微分方程數值解的函數）、和歐拉法。（求解微分方程數值解的函數）、和歐拉法。2021/3/919變步長變步長Variable-step的算法的算法2021/3/920固定步長固定步長Fixed-step的算法的算法2021/3/921 仿真精度：變步長算法在誤差超過誤差容

24、限時會自動對仿真仿真精度：變步長算法在誤差超過誤差容限時會自動對仿真步長作適當修正，誤差容限的選擇關系到微分方程求解的精度。步長作適當修正，誤差容限的選擇關系到微分方程求解的精度。相對精度相對精度relative tolerance(1e-3)、絕對精度、絕對精度absolute tolerance(1e-6)。2021/3/922 4.模型圖的優化模型圖的優化 模塊的翻轉：在模塊的翻轉：在format命令中選命令中選flip block項，對項，對選中的模塊翻轉，選選中的模塊翻轉，選rotate block項對選中的模塊旋項對選中的模塊旋轉轉90度。度。信號線分叉：按住鍵，用鼠標左鍵點擊需要

25、分叉信號線分叉：按住鍵，用鼠標左鍵點擊需要分叉的連線接點，拖動鼠標，連接到目的端點。的連線接點，拖動鼠標，連接到目的端點。模型圖的標注：模塊的標注，雙擊模塊原有的標模型圖的標注：模塊的標注，雙擊模塊原有的標注，直接修改。連線的標注，雙擊需要標注的連線，注，直接修改。連線的標注，雙擊需要標注的連線，在文本框內進行標注。模型圖的標注，在需要標注的在文本框內進行標注。模型圖的標注，在需要標注的任意位置，雙擊鼠標左鍵，在出現的文本框內進行標任意位置，雙擊鼠標左鍵，在出現的文本框內進行標注。標注的位置和內容可以調整、隱藏注。標注的位置和內容可以調整、隱藏（format|hide name format|

26、show name）和翻轉）和翻轉(format|flip name)。2021/3/923 模型圖加陰影：選中需要加陰影的模塊，選模型圖加陰影：選中需要加陰影的模塊，選Format|Show drop shadow菜單項菜單項 給模型圖加顏色：選中需要加顏色的模塊，選給模型圖加顏色：選中需要加顏色的模塊，選Format|foregroundcolor菜單項，添加模塊的前景色。選菜單項，添加模塊的前景色。選Format|Backgroundcolor菜單項，添加模塊的背景色。選菜單項，添加模塊的背景色。選Format|Screencolor菜單項，添加模塊圖的背景色。菜單項，添加模塊圖的背景色

27、。改變模型圖的字體：選中需要改字體的模塊，選改變模型圖的字體：選中需要改字體的模塊，選Format|Font菜單項，彈出對話框，可以改變字體了。菜單項，彈出對話框，可以改變字體了。2021/3/924 模塊的合成：將多個模塊合成一個模塊組。選中要合成的模塊的合成：將多個模塊合成一個模塊組。選中要合成的模塊，選擇模塊，選擇Edit|Creat Subsystem菜單項，菜單項，SIMULINK會會自動將這些模塊構成一個模塊組的標志，這一模塊組可以作自動將這些模塊構成一個模塊組的標志，這一模塊組可以作為一個公用模塊使用了。雙擊模塊組，會自動彈出一個子模為一個公用模塊使用了。雙擊模塊組，會自動彈出一

28、個子模型窗口，可以修改該模塊的內容。型窗口，可以修改該模塊的內容。創建子模塊：從創建子模塊：從Commomly Used Blocks 庫選中庫選中Subsystem模塊；雙擊該模塊圖標，在彈出的空白模型圖模塊；雙擊該模塊圖標，在彈出的空白模型圖編輯框上進行設計；對子模塊進行封裝。編輯框上進行設計；對子模塊進行封裝。模塊的封裝：選中要封裝的子模塊，選擇模塊的封裝：選中要封裝的子模塊，選擇Edit|Mark Subsystem菜單項，彈出模塊封裝對話框：菜單項，彈出模塊封裝對話框：在在Icon頁、頁、Initialization頁、頁、Document頁填入參量，頁填入參量，模塊封裝完成。模塊封

29、裝完成。2021/3/9255.基于基于MATLAB/Simulink的的電路參數影響的分析法電路參數影響的分析法（1）電阻電路的計算）電阻電路的計算電路如圖電路如圖建立建立Simulink 模型模型 R1=2，R2=4，R3=12，R4=4，R5=12，R6=4，R7=2，Us=10V。求求i3，U4，U7；2021/3/926 在菜單欄在菜單欄Simulation下，點擊下，點擊Start或按或按Ctrl+T快捷鍵，快捷鍵，可以運行電路模塊?？梢赃\行電路模塊。仿真結果仿真結果:2021/3/9272021/3/928（2）一般正弦穩態電路）一般正弦穩態電路已知求已知求b，d 兩點的電壓。兩點的電壓。建立建立Simulink 模型模型搭建的仿真電路如下圖搭建的仿真電路如下圖2021/3/929運行仿真模塊，得到運行仿真模塊，得到b,d 兩點的電壓如圖兩點的電壓如圖2021/3/930（3）2021/3/931（4）2021/3/9322021/3/933 2021/3/934放映結束 感謝各位的批評指導！謝謝 謝！謝！讓我們共同進步