matlab電路仿真.doc

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1、Matlab電路仿真軟件包-simpowersystems 1. 入門 1.1. SymPowerSystem是什么 1.1.1. 介紹 在Matlab提供的simulink仿真環(huán)境下，與其他建模產(chǎn)品結(jié)合在一起，用于對(duì)電子、機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行建模。要學(xué)會(huì)使用SymPowerSystem，應(yīng)首先學(xué)會(huì)使用Simulink仿真。 1.1.2. 設(shè)計(jì)中的仿真的作用（略） 1.1.3. SymPowerSystem仿真庫(kù) 你可迅速將SymPowerSystem投入使用。該庫(kù)包含了許多典型的功率設(shè)備模型，例如，變壓器、導(dǎo)線、機(jī)械、能源電子等。這些仿真模型來(lái)源于產(chǎn)品手冊(cè)，基于工程實(shí)際。 SymPo

2、werSystem包含一個(gè)主要的庫(kù)：powerlib。powerlib庫(kù)顯示了所有包含的模塊和模塊名稱。 1.1.4. SymPowerSystem中的非線性模塊（略） 1.1.5. 仿真時(shí)需要的環(huán)境： Maltab 和Simulink 1.2. 如何使用該指南 1.2.1. 對(duì)于新用戶 將學(xué)會(huì)如下知識(shí)和技能： （1） 使用該庫(kù)創(chuàng)建和仿真電子電路模型 （2） 將一個(gè)電子電路于simulink模塊連接在一起 （3） 分析電子電路的穩(wěn)定狀態(tài)和頻率響應(yīng) （4） 離散化模型，以便加快仿真速度 （5） 使用矢量圖仿真方法 （6） 構(gòu)建自定義的非線性仿真模型 1.2.2. 對(duì)于經(jīng)

3、驗(yàn)豐富的模塊用戶（略） 1.2.3. 所有用戶（略） 1.3. 創(chuàng)建和仿真簡(jiǎn)單的電路 1.3.1. 介紹 SymPowerSystem允許你對(duì)包含線性或非線性的電子電路進(jìn)行建模和仿真。在本章節(jié)中，您將學(xué)習(xí)到： （1） 瀏覽SymPowerSystems的powerlib庫(kù) （2） 如何利用SymPowerSystem創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的電路 （3） 如何將電路與simulink模塊互聯(lián)。 下述電路是即將創(chuàng)建的電路： 圖1 要建模和仿真的電路 1.3.2. 使用powerlib創(chuàng)建電路 （1） 使用如下命令打開(kāi)powerlib： powerlib （2） 從powerl

4、ib的文件菜單下，允許“新建”菜單命令，新建一個(gè)空白電路穩(wěn)定，存為：circurt1 （3） 打開(kāi)Electrical Sources庫(kù)，復(fù)制其中的AC Voltage Source模塊到circuit1中 （4） 雙擊AC Voltage Source，打開(kāi)其屬性設(shè)置對(duì)話框，按圖1所示進(jìn)行設(shè)置 （5） 改模塊的名稱為“Vs” （6） 將elements庫(kù)中的Parallel RLC Branch模塊復(fù)制到circuit1中，按圖1進(jìn)行參數(shù)設(shè)置 （7） 用同樣的方法加入其他模塊到電路中 （8） 注意加入的傳輸線模塊：傳輸線模塊模型圖如下（這是一段模型，一條導(dǎo)線通常有若干段，每一段參

5、數(shù)都一樣，如圖1所示）： 該模型是對(duì)參數(shù)分布一致的傳輸線的模擬。它能傳輸?shù)碾娦盘?hào)最大頻率近似為： fmax=Nv/(8l) 其中，N---PI節(jié)數(shù)， v---導(dǎo)線傳輸速度，v=1/(sqrt(L*C)) l----導(dǎo)線長(zhǎng)度。 關(guān)于Series RLC Load模塊： 描述該模塊的有如下參數(shù)： normal voltage Vn(Vms):額定電壓（有效值） normal frequency(Hz):額定頻率 active power（w）：有效功率（有功功率） 電阻消耗的功率 Inductive reactive power QL：感性無(wú)功功率 Cap

6、acitive reactive power QC：容性無(wú)功功率 （9）加一個(gè)電壓測(cè)量模塊（Voltage mesure block）到電路中，該模塊位于mesurements庫(kù)中 然后將simulink中的scope模塊添加到電路中，并將其與電壓測(cè)量模塊互聯(lián)。 1.3.3. 將電子電路與simulink連接起來(lái) 電壓測(cè)量模塊（Voltage mesure block）是SymPowerSystem模塊與simulink模塊直接的接口。對(duì)于上面的例子，你實(shí)現(xiàn)了一種從電路到simulink信號(hào)的接口。電壓測(cè)量模塊將電壓轉(zhuǎn)換成simulink信號(hào)。 類似的，電流測(cè)量模塊（current

7、mesure block）能將電流轉(zhuǎn)換為simulink信號(hào)。 你也可以將simulink信號(hào)連接到電路中，例如，你也可以將受控電壓源加入到電路中。如圖2所示。 圖2 1.3.4. 測(cè)量電壓和電流 電壓測(cè)量模塊和電流測(cè)量模塊有方向規(guī)定，標(biāo)+為正向，規(guī)定的方向是從正到負(fù)，若電壓值或電流值為+，則表示他們的方向與規(guī)定方向相同，否則，相反。 萬(wàn)用表模塊（multimeter）則沒(méi)有事先規(guī)定的方向，它是根據(jù)仿真結(jié)果仿真后才顯示方向的?？梢酝ㄟ^(guò)如下命令了解方向： get_param(gcb,Orientation) 1.3.5. 連接電容和電感的基本原則 （1） 理想電壓源不能與純

8、電容并聯(lián) （2） 理想電流源不能與純電感串聯(lián)。 違反上述原則，電路將無(wú)法仿真。必須修正。方法是在電容旁串聯(lián)一個(gè)小電阻或在純電感兩端并聯(lián)一個(gè)大電阻。 1.3.6. 使用powergui模塊仿真simpowersystem模型 powergui模塊對(duì)于任何包含simpowersystems模塊的simulink模型的仿真是必須的。他用于存儲(chǔ)等價(jià)的simulink電路，這些電路用來(lái)表示simpowersystem模塊的狀態(tài)方程。當(dāng)您在仿真中使用該模型，應(yīng)遵循以下原則： l 將powergui模塊置于仿真圖的頂層用以優(yōu)化性能。然而，你也可以把它置于任何需要的地方。例如，在一個(gè)子系統(tǒng)中。這不會(huì)

9、影響系統(tǒng)功能； l 其他（略） 1.4. 簡(jiǎn)單電路分析 1.4.1. 介紹 本節(jié)你將學(xué)習(xí)： l 使用power_analyze命令獲取模型的狀態(tài)空間描述 l 使用powergui的圖形用戶接口計(jì)算電路的穩(wěn)態(tài)電壓和電流 l 電路的頻域分析 1.4.2. 電路狀態(tài)變量 電路狀態(tài)變量是與電路中的電感和電容元件有關(guān)的狀態(tài)變量。許多模塊中包含了電感或電容，如并聯(lián)RLC模塊，PI SectionLine模塊，等等。 電路的狀態(tài)變量有電路中各電容的兩端電壓和流經(jīng)各電感的電流組成。電路狀態(tài)變量的名稱由系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生，其命名規(guī)則如下： l 變量名由兩部分組成：前導(dǎo)符_后綴。前導(dǎo)符和后綴之間用

10、下劃線隔開(kāi)； l 前導(dǎo)符為Il或Uc（Il表示流經(jīng)電感的電路，Uc表示電容器兩端的電壓）‘ l 后綴為模塊名稱。 1.4.3. 使用power_analyze進(jìn)行狀態(tài)空間描述 你可以使用power_analyze獲取一個(gè)電路模型的狀態(tài)空間描述，例如輸入下面的命令，可以獲取上面創(chuàng)建的簡(jiǎn)單電路的狀態(tài)空間描述信息： [A,B,C,D,x0,electrical_states,inputs,outputs]=power_analyze(circuit1) x’=Ax+Bu y=Cx+Du 要判定電路是否穩(wěn)定，只要求A的特征值，看看A的特征值的實(shí)部是否都小于0，只有滿足此條件，電路才是穩(wěn)

11、定的。 1.4.4. 穩(wěn)態(tài)分析 使用powergui的圖形用戶接口命令可以進(jìn)行電路的穩(wěn)態(tài)分析。 菜單命令：Analysis tools-->Steady-State Voltages and Currents 1.4.5. 頻率分析 powerlib包含了一個(gè)阻抗測(cè)量模塊（Impedance Measurement），可以用于測(cè)量電路中任意兩點(diǎn)間的阻抗。接下來(lái)，你將使用兩種方法，利用該模塊測(cè)量節(jié)點(diǎn)B2點(diǎn)的阻抗： l 基于狀態(tài)空間模型進(jìn)行計(jì)算 l 使用阻抗測(cè)量模塊和powergui模塊進(jìn)行測(cè)量 （1） 利用狀態(tài)空間模型獲取阻抗-頻率之間的關(guān)系 注：下面已經(jīng)假定你的電腦上已經(jīng)安裝

12、了控制系統(tǒng)工具箱 要測(cè)量B2點(diǎn)的阻抗與頻率間的關(guān)系，需要在B2處加入另一個(gè)電流源，打開(kāi)前面繪制的仿真模型圖，將AC Current Source復(fù)制到電路中，最終如圖3所示。 圖3 接著，計(jì)算該電路的狀態(tài)空間方程： sys1 = power_analyze(circuit1,ss) 該方程描述的是電路的連續(xù)狀態(tài)空間方程。 在laplace域，B2點(diǎn)的阻抗定義為：由交流電流源注入的電流與U2測(cè)量的電壓間的傳遞函數(shù)。 利用下面的命令獲取狀態(tài)空間方程中的輸入輸出變量的名稱： sys1.InputName ans = U_Vs I_AC Current

13、Source sys1.OutputName ans = U_U2 U_U1 節(jié)點(diǎn)B2處的阻抗與該狀態(tài)空間模型的輸出2和輸入1間的傳遞函數(shù)相關(guān)，對(duì)于0~1500Hz頻率范圍，阻抗可由下式計(jì)算并顯示出來(lái)： freq=0:1500; w=2*pi*freq; bode(sys1(1,2),w); （2）利用阻抗測(cè)量模塊（impedance mesurement）和powergui模塊求阻抗與頻率關(guān)系 打開(kāi)powerlib的mesurement庫(kù)，將阻抗測(cè)量模塊（impedance mesurement）復(fù)制到你的模型中，重命名為ZB2，將ZB2的兩個(gè)輸入分別連

14、接到B2點(diǎn)和地（這樣便可以測(cè)量B2點(diǎn)對(duì)地的阻抗）。 現(xiàn)在打開(kāi)powergui對(duì)話框，窗口中顯示只有一個(gè)阻抗在測(cè)，命名為（ZB2，與模塊名相同），設(shè)置頻率范圍為0：2：1500，Z幅度顯示請(qǐng)選擇對(duì)數(shù)刻度（logarithmic），選中“Save data when updated”復(fù)選框，并輸入zData作為變量名用來(lái)保持阻抗-頻率數(shù)據(jù)。單擊“update”按鈕，可以看到改變參數(shù)后的阻抗幅值-頻率圖、阻抗相位-頻率圖。 注：ZData的第1列是頻率，第2列是阻抗（復(fù)數(shù)表示）。 1.5. 指定電路初始狀態(tài) 1.5.1. 介紹 在這一節(jié)中，你將學(xué)習(xí)： l 包含有simpowers

15、ystems模塊的simulink模型圖的狀態(tài)變量有哪些？ l 設(shè)定狀態(tài)變量的初始值 1.5.2. 狀態(tài)變量 包含有simpowersystems模塊的simulink模型圖的狀態(tài)變量由以下組成： l 與simpowersystems中的RLC支路模塊類型有關(guān)的電路狀態(tài)。他們?cè)谀Ｐ偷臓顟B(tài)空間描述中被定義。 l SimPowerSystems的電氣simulink模型的simulink狀態(tài)，例如同步機(jī)械模塊，飽和變壓器模塊和三相動(dòng)態(tài)負(fù)載模塊 l 你的模型中的其他模塊的simulink狀態(tài) 下圖給出了包含上述三種模塊的一個(gè)實(shí)例。 1.5.3. 初始狀態(tài) 所謂初始條件，是指仿真

16、前應(yīng)用在整個(gè)系統(tǒng)上的各狀態(tài)變量的初始值，也稱作初始狀態(tài)。初始狀態(tài)可以在模塊中設(shè)定。大多數(shù)模塊允許用戶在設(shè)計(jì)時(shí)指定初始狀態(tài)。對(duì)于電路模型，simpowersystems可自動(dòng)設(shè)置模型的初始狀態(tài)，并保證開(kāi)始仿真時(shí)直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。 然而，你可以自行設(shè)定電路中的電容和電感的初始狀態(tài)。 使用power_init函數(shù)也可以設(shè)定初始狀態(tài) 1.5.4. 使用powergui設(shè)定電路初始狀態(tài) 第1步：在Matlab命令行中鍵入power_transient，打開(kāi)標(biāo)題為Transient Analysis of a Linear Circuits的SimPowerSystems實(shí)例。重命名其中RLC支路模

17、塊 第2步：從powergui模塊的分析工具菜單下，選擇“初始狀態(tài)設(shè)定”選項(xiàng)，5個(gè)電路狀態(tài)變量的初始值已經(jīng)設(shè)定，這些初始設(shè)定能使電路一開(kāi)始仿真，就為穩(wěn)態(tài)。 第3步：打開(kāi)scope模塊，并開(kāi)始仿真。 第4步：返回到第2步，試著改變某些變量的初始值，再仿真，看看結(jié)果是否發(fā)生變化。若不懂，請(qǐng)看在線幫助。 1.6. 仿真暫態(tài)過(guò)程 1.6.1. 介紹 本節(jié)你將學(xué)習(xí)到： l 怎樣創(chuàng)建電路子系統(tǒng)（subsystem） l 使用斷路器進(jìn)行電路的暫態(tài)過(guò)程仿真 l 比較不同傳輸線模型下的時(shí)域仿真結(jié)果 l 如何離散化電路并將其仿真結(jié)果與相應(yīng)的連續(xù)的可變步長(zhǎng)算法的仿真結(jié)果相比較 1.6.2. 使

18、用開(kāi)關(guān)仿真暫態(tài)過(guò)程 simpowersystems的一個(gè)重要功能是對(duì)電路的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真?？梢栽陔娐分屑尤霗C(jī)械開(kāi)關(guān)或使用功率電子開(kāi)關(guān)來(lái)完成暫態(tài)過(guò)程的仿真。 首先，打開(kāi)前面創(chuàng)建的circuit1仿真模型，刪除連接到B2節(jié)點(diǎn)上的電流源，將新的系統(tǒng)另存為circuit2。在接入開(kāi)關(guān)前，最好修改一下電路，simpowersystems允許用戶將多個(gè)元器件組合在一起形成一個(gè)電路子系統(tǒng)。這一特點(diǎn)能使復(fù)雜電路大大簡(jiǎn)化。 使用這一特點(diǎn)，將源阻抗轉(zhuǎn)換到一個(gè)子系統(tǒng)中： （1） 框選標(biāo)識(shí)為Rs_eq和Z_eq的兩個(gè)模塊，選擇“Edit-->create subsystem”菜單命令，這兩個(gè)模塊變成了一個(gè)子

19、系統(tǒng)模塊（subsystem） （2） 選擇“Edit > Mask subsystem”菜單命令，改變子系統(tǒng)圖標(biāo)，在封裝編輯器中的icon選項(xiàng)中，輸入下列命令： disp(Equivalent\nCircuit) subsystem上就會(huì)顯示相應(yīng)文字。 （3） 選擇“Format > Show drop shadow”菜單命令，給子系統(tǒng)模塊設(shè)置陰影。 （4） 雙擊子系統(tǒng)模塊，可以查看其組成。 （5） 插入電路斷路器（a circuit braker） 斷路器是理想開(kāi)關(guān)與一個(gè)小電阻串聯(lián)組成的模型。關(guān)于斷路器的模型說(shuō)明，請(qǐng)參考matlab相關(guān)幫助。 按如下設(shè)置斷路器的參數(shù)：

20、 （1） 打開(kāi)braker模塊對(duì)話框，將其參數(shù)作如下設(shè)置： Ron 0.001 Ω Initial state 0 (open) Rs inf Cs 0 Switching times [(1/60)/4] （2） 按前面的圖形連接各模塊 （3） 打開(kāi)scope U2，單擊參數(shù)圖標(biāo)，選擇“Data History”選項(xiàng)卡，單擊“Save data to workspace”按鈕，指定變量名為U2來(lái)保存仿真結(jié)果，然后將U2的格式（format）選項(xiàng)設(shè)為“array”，同時(shí)，去除“L

21、imit rows to last”選項(xiàng)，以便顯示整個(gè)波形。 接著，便可以仿真系統(tǒng)了。 1.6.3. 連續(xù)、變步長(zhǎng)積分算法Continuous, Variable Time Step Integration Algorithms 打開(kāi)“PI section Line”對(duì)話框，確認(rèn)sections的數(shù)目設(shè)為1，打開(kāi)“Simulation > Simulation parameters”對(duì)話框，由于你的系統(tǒng)包含開(kāi)關(guān)，故需要一個(gè)剛性的積分算法（a stiff integration algorithm）進(jìn)行仿真。在“solver”面板，選擇變步長(zhǎng)剛性積分算法（a stiff integrat

22、ion algorithm）ode23t。 保留其他默認(rèn)參數(shù)值（如相對(duì)誤差1e-3），設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間（stop time）為0.02秒，打開(kāi)示波器（scope），開(kāi)始仿真。觀察示波器U1和示波器U2上的波形。 一旦仿真結(jié)束，將U2的值保存給變量U2_1，即在工作空間中執(zhí)行如下命令： U2_1 = U2; 打開(kāi)PI section Line對(duì)話框，將sections的數(shù)目設(shè)為10，再次仿真，仿真結(jié)束，把U2的值保存給變量U2_2。 在將電路修改為分布參數(shù)模型之前，將系統(tǒng)另存為circuit2_10pi，以便以后重復(fù)使用。 用分布參數(shù)線（distributed parameter l

23、ine）模塊替換圖中的pi段線模塊，設(shè)置其相（phase）數(shù)為1。將該系統(tǒng)保存為circuit2_dist. 重新仿真，將U2賦給變量U2_d。 現(xiàn)在可比較上面三種不同模型的仿真結(jié)果了。每一個(gè)變量U2_1,U2_10,U2_d是一個(gè)兩列的矩陣，第1列是時(shí)間，第2列是對(duì)應(yīng)的電壓值。使用下列命令在同一幅圖上打印出三個(gè)波形（如圖5所示）。 plot(U2_1(:,1), U2_1(:,2), U2_10(:,1),U2_10(:,2),U2_d(:,1),U2_d(:,2)); 1.6.4. 離散化電路系統(tǒng) simpowersystems的一個(gè)重要特征是，他不僅能用連續(xù)或變步長(zhǎng)積分算法

24、進(jìn)行仿真，而且可以使用離散化電路系統(tǒng)的算法進(jìn)行仿真。對(duì)于小系統(tǒng)，變步長(zhǎng)算法一般要比固定步長(zhǎng)算法快，因?yàn)樗枰姆e分的步長(zhǎng)的數(shù)目較少；而對(duì)于包含了許多狀態(tài)和非線性模塊（如功率電子開(kāi)關(guān)）的大型電路系統(tǒng)，離散化電路系統(tǒng)則具有較大的優(yōu)勢(shì)。 當(dāng)你離散化系統(tǒng)時(shí)，仿真的精度由時(shí)間步長(zhǎng)控制。若使用太大的時(shí)間步長(zhǎng)，精度可能不夠。確定時(shí)間步長(zhǎng)是否合適的唯一方法是通過(guò)改變時(shí)間步長(zhǎng)，反復(fù)仿真，比較仿真結(jié)果。通常，對(duì)于在50Hz或60Hz的功率系統(tǒng)上或使用了線性整流功率電子（line-commutated power enectronic）元件（如二極管、可控硅等）的系統(tǒng)上進(jìn)行暫態(tài)仿真，取20us-50us的時(shí)間步長(zhǎng)

25、一般能取得較好的仿真效果。對(duì)于使用了強(qiáng)制整流功率電子開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)，必須減小時(shí)間步長(zhǎng)。絕緣柵極雙極性晶體管（insulated-gate bipolar transistor (IGBT)）,場(chǎng)效應(yīng)管（field-effect transistor,FET）,門極關(guān)斷晶閘管(gate-turnoff thyristor)等工作在很高的開(kāi)關(guān)頻率狀態(tài)下。 例如，要仿真一個(gè)工作在8Hz的脈寬調(diào)制（pulse-width-modulated ，PWM)轉(zhuǎn)換器，需要設(shè)置步長(zhǎng)大約為8us。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)怎樣離散化你的系統(tǒng)并將仿真結(jié)果同連續(xù)和離散系統(tǒng)做比較。打開(kāi)你在前面保存的circuit2_10pi系統(tǒng)，該系

26、統(tǒng)包含24個(gè)電路狀態(tài)和一個(gè)開(kāi)關(guān)。打開(kāi)powergui然后選擇離散化電路模型（discretize electrical model）。設(shè)置采樣周期25e-6s。重新開(kāi)始仿真，功率系統(tǒng)將使用Tustin方法（相應(yīng)于梯形積分）并以25us采樣周期進(jìn)行離散化。 打開(kāi)“Simulation > Simulation parameters > Solver”對(duì)話框，設(shè)置仿真時(shí)間為0.2s。啟動(dòng)仿真。 注：一旦系統(tǒng)被離散化，電路系統(tǒng)再無(wú)連續(xù)狀態(tài)了。因此，如果你不需要變步長(zhǎng)積分方法進(jìn)行仿真，在“Simulation > Simulation parameters > Solver”對(duì)話框中，可選

27、擇Fixed-step 和 discrete選項(xiàng)，并設(shè)定固定步長(zhǎng)為25us (no continuous states) 為測(cè)量仿真時(shí)間，可運(yùn)行下面的命令重新仿真： tic; sim(gcs); toc 當(dāng)仿真完成后，其間所經(jīng)歷的時(shí)間會(huì)顯示在Matlab命令行窗口。 要返回連續(xù)仿真狀態(tài)，打開(kāi)powergui模塊，選擇“continuous”選項(xiàng)。如果比較一下連續(xù)仿真和離散仿真，你會(huì)發(fā)現(xiàn)離散仿真比連續(xù)仿真將近快3.5倍。 要比較兩種仿真方法的精度，請(qǐng)完成下列三個(gè)仿真： （1） 仿真連續(xù)系統(tǒng)，Ts=0 （2） 仿真離散系統(tǒng)，Ts=25us （3） 仿真離散系統(tǒng)，Ts=50us

28、 對(duì)于每一個(gè)仿真，將U2值保存到不同的變量中，相應(yīng)的為U2c，U2d25，U2d50，使用下列命令繪制U2波形： plot(U2c(:,1), U2c(:,2), U2d25(:,1),U2d25(:,2), U2d50(:,1),U2d50(:,2)) 從上圖中，可以看出，25us的離散化系統(tǒng)已經(jīng)非常接近連續(xù)系統(tǒng)了，50us有較大誤差。 1.7. 矢量仿真方法簡(jiǎn)介 1.7.1. 介紹 本節(jié)你將學(xué)會(huì)： l 將矢量仿真方法用于簡(jiǎn)單的線性電路中 l 了解該方法的優(yōu)點(diǎn)和局限性 到目前為止，你已經(jīng)學(xué)會(huì)了兩種仿真電路的方法： l 使用連續(xù)simulink求解器及變步長(zhǎng)進(jìn)行仿真

29、 l 用離散化方法及固定步長(zhǎng)進(jìn)行仿真 本節(jié)介紹的是第三種方法-矢量求解法進(jìn)行仿真 1.7.2. 何時(shí)使用矢量求解法 矢量求解法主要用于研究功率系統(tǒng)的電子機(jī)械振蕩，這類系統(tǒng)一般由大型的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成。例如，可以使用這種方法對(duì)三相系統(tǒng)和機(jī)械類的多機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真。然而，該不方法不僅僅局限在機(jī)械的暫態(tài)穩(wěn)定性研究領(lǐng)域，完全可以拓展應(yīng)用到任何線性系統(tǒng)上。 在一個(gè)線性電路中，如果你所感興趣的僅僅是當(dāng)開(kāi)關(guān)處于關(guān)或開(kāi)的狀態(tài)下所有電壓和電流的幅值和相位，那么，就沒(méi)有必要求解由電阻、電容和電感交互作用而帶來(lái)的差分方程（也即狀態(tài)空間模型）。你僅僅需要求解相對(duì)而言簡(jiǎn)單得多的與電壓和電流相位有關(guān)的代數(shù)方程組

30、，這正是矢量求解法所要解決的問(wèn)題。顧名思義，該方法以矢量描述電壓和電流。矢量是一個(gè)復(fù)數(shù)，可以用來(lái)表示特定頻率下的正弦電壓和電流。矢量既可以用笛卡爾坐標(biāo)（Cartesian coordinates）表示（復(fù)數(shù)的實(shí)部與虛部），也可以用極坐標(biāo)（polar coordinates）表示。在忽略電路狀態(tài)的情況下，矢量求解法無(wú)需特定的求解器用于求解系統(tǒng)的電路部分。因此仿真速度要快得多。但應(yīng)始終記住，這種快速求解技術(shù)只能給出某個(gè)特定頻率下的結(jié)果。 1.7.3. 電路暫態(tài)過(guò)程的矢量仿真 下面你將會(huì)把矢量求解法應(yīng)用到一個(gè)簡(jiǎn)單的線性電路上。打開(kāi)powerlib的演示實(shí)例庫(kù)，打開(kāi)通用演示庫(kù)（General De

31、mos library），選擇名稱為“暫態(tài)分析”的示例，一個(gè)名為power_transient的系統(tǒng)打開(kāi)了，如下圖所示： 可以通過(guò)各模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，看看各模塊設(shè)置的參數(shù)。 （1）激活powergui中的矢量求解法 現(xiàn)在，你將使用矢量求解法仿真同樣的電路。這種選項(xiàng)可以通過(guò)打開(kāi)powergui來(lái)設(shè)定，具體設(shè)置請(qǐng)參考在線幫助。設(shè)定該選項(xiàng)后，continues變?yōu)閜hasors，在啟動(dòng)仿真前，還需指定輸出到示波器上的信號(hào)的格式。 （2） 選擇矢量信號(hào)測(cè)量的格式 雙擊“Voltage Measurement”模塊或“Current Measurement”模塊，可以看到有一個(gè)菜單，通過(guò)

32、該菜單可設(shè)置矢量信號(hào)的四種輸出格式：complex（復(fù)數(shù)，默認(rèn)）,real-imag(實(shí)部-虛部),magnitude-angle(幅度-角度)，magnitude（幅度）。當(dāng)你要處理的信號(hào)為復(fù)數(shù)信號(hào)時(shí)，由于示波器（scope）只能觀察信號(hào)幅度，因此，這里選擇“magnitude”。 重新啟動(dòng)仿真，60Hz的電壓和電流的幅度顯示在示波器（scope）上。從連續(xù)仿真和矢量仿真得到的波形上，可以看出他們的波形是有區(qū)別的。但他們反映了統(tǒng)一規(guī)律。 注意到：連續(xù)仿真情況下，電路波形狀態(tài)改變出現(xiàn)在斷路器打開(kāi)時(shí)電流的下一個(gè)0點(diǎn)位置。而對(duì)于矢量仿真，電路波形狀態(tài)改變與斷路器開(kāi)關(guān)時(shí)刻是同步的。 （3） 處

33、理電壓和電流矢量 “complex”格式允許運(yùn)用復(fù)數(shù)運(yùn)算和矢量處理，無(wú)需將實(shí)部和虛部分離。例如，假設(shè)你要計(jì)算負(fù)載的功耗（有功功率P和無(wú)功功率Q），而復(fù)數(shù)功率s可通過(guò)下式計(jì)算： 這里的I*是電流矢量的共軛復(fù)數(shù)。1/2用于將電壓和電流的幅度從峰值轉(zhuǎn)換為有效值。 設(shè)置電壓和電流的輸出值均為“complex”格式，利用來(lái)自Simulink Math庫(kù)的模塊，實(shí)現(xiàn)功率的測(cè)量，如下圖所示： 2. 高級(jí)組件和技術(shù) 2.1. 功率電子簡(jiǎn)介 2.2. 仿真變速發(fā)動(dòng)機(jī)的控制 2.3. 三相系統(tǒng)和機(jī)械 2.4. 構(gòu)建和定制非線性模型 2.4.1. 介紹 SimPowerSystems

34、提供了大量非線性元器件模型。然而，有時(shí)，你可能需要定制自己的模型并將其與SimPowerSystems提供的標(biāo)準(zhǔn)器件模型相連。定制的模型可能是一種用來(lái)模擬一段電弧或變阻器的非線性電阻，也可能是可飽和的電感，一種新的類型的發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)等等。 在本節(jié)中，你將學(xué)習(xí)如何在simulink中定制自己的非線性模型。這里以一個(gè)簡(jiǎn)單的可飽和的非線性電感和非線性電阻為例來(lái)說(shuō)明。 2.4.2. 一個(gè)非線性電感的建模 考慮一個(gè)工作在額定頻率為fnom=60Hz、額定電壓Vnom=120V RMS的2H的電感。從0-120V RMS范圍內(nèi)，電感值為一個(gè)常數(shù)：2H，當(dāng)電壓超過(guò)其額定電壓時(shí)，電感飽和，將為0.5H

35、，下圖繪制的是該電感的非線性特征曲線，電流量（current）和磁通量（flux）的刻度為每單位（per unit），額定電壓和電流被選為每單位的基準(zhǔn)值。 流經(jīng)電感的電流是磁通量的非線性函數(shù)，依次，磁通量是電感兩端電壓的非線性函數(shù)，該關(guān)系可用下列方程描述： 或 因此，該電感的非線性模型可以用一個(gè)受控電流源來(lái)描述，電流i是電壓v的非線性函數(shù)，如下圖所示： “非線性電感的實(shí)現(xiàn)”一節(jié)給出了一個(gè)包含2H非線性電感的電路，該非線性電感與兩個(gè)電壓源（1個(gè)120V、60Hz的交流電壓源和一個(gè)直流電壓源）和一個(gè)5歐的電阻串聯(lián)。 所有用于構(gòu)建非線性電感的元件都被組合在一個(gè)名為非線性

36、電感的子系統(tǒng)中，電感的兩端標(biāo)有“in”和“out”。注意，第2個(gè)輸出返回的是磁通量，也被加到子系統(tǒng)中，將該輸出連接到scope模塊，可以觀察磁通量的變化。 該非線性模型使用了兩個(gè)powerlib模塊和兩個(gè)simulink模塊。這兩個(gè)powerlib模塊分別是電壓測(cè)量模塊（用于讀取電感兩端的電壓）和控制電流源模塊（controled current source），根據(jù)模型上的標(biāo)示，該電流的箭頭方向是從輸入到輸出。如上圖所示。 兩個(gè)simulink模塊分別是積分模塊（用來(lái)計(jì)算來(lái)源于電壓輸入的得到的磁通量），和一個(gè)查表模塊（look_up table）(用來(lái)描述i和的關(guān)系特征) powe

37、rl_extra的兩個(gè)Fourier（傅里葉）模塊用于分析電流的基本成分和直流成分。按上圖建立仿真模型，為實(shí)現(xiàn)i=f()，在查表模塊中指定下列兩個(gè)向量。 Vector of input values (flux) [-1.25 -1 1 1.25 ] *(120*sqrt(2)/(2π*60)) Vector of output values (current) [-2 -1 1 2]*(120*sqrt(2)/(4π*60)) 將你的電路保存為circuit7，為兩個(gè)電源設(shè)置下面的參數(shù)： AC source l Peak amplitude 120*sqr

38、t(2) l Phase 90 degrees l Frequency 60 Hz DC source l Amplitude0 V 調(diào)整仿真時(shí)間為1.5s，選擇ode33tb積分算法作為默認(rèn)參數(shù)，并開(kāi)始仿真。仿真結(jié)果與計(jì)算一致。 2.4.3. 定制自己的非線性模型 simulink提供了一種面板（mask）工具，來(lái)為你自定的模型創(chuàng)建對(duì)話框，你可以一個(gè)指定下列幾個(gè)提示和變量： Nominal voltage (Volts rms):Vnom Nominal frequency (Hz):Fnom Unsaturated inductance (H):L Saturatio

39、n characteristic [i1(pu) phi1(pu); i2 phi2; ...]:sat 最終的結(jié)果如下圖所示： 下列代碼在模板初始化時(shí)準(zhǔn)備了兩個(gè)向量，Current_vect 和 Flux_vect，以用于look_up table模塊。 % Define base current and Flux for pu system I_base = Vnom*sqrt(2)/(L*2*pi*fnom); Phi_base = Vnom*sqrt(2)/(2*pi*fnom); % Check first two points of the saturatio

40、n characteristic if ~all(all(sat(1:2,:)==[0 0; 1 1])), h=errordlg(The first two points of the characteristic must be [0 0; 1 1],Error); uiwait(h); end % Complete negative part of saturation characteristic [npoints,ncol]=size(sat); sat1=[sat ; -sat(2:npoints,:)]; sat1=sort(sat1);

41、 % Current vector (A) and flux vector (V.s) Current_vect=sat1(:,1)*I_base; Flux_vect=sat1(:,2)*Phi_base; 打開(kāi)查表模塊對(duì)話框，輸入如下兩個(gè)變量名： Vector of input values (flux) Flux_vect Vector of output values (current) Current_vect 關(guān)閉對(duì)話框，重新開(kāi)始仿真，可得到同樣的系統(tǒng)。 2.4.4. 非線性電阻的建模 非線性電阻的建模與非

42、線性電感的建模類似。 一個(gè)典型的例子是金屬氧化物電阻器具有下列伏安特征： 這里 v, i =瞬時(shí)電壓和電流 Vo =保護(hù)電壓 Io =參考電流 α =非線性特征指數(shù) (典型值在10-50之間) 下圖顯示了非線性電阻的應(yīng)用。 上面的方程是一個(gè)代數(shù)方程，其在狀態(tài)空間中是一個(gè)代數(shù)循環(huán)，盡管simulink也能完成循環(huán)運(yùn)算，但是會(huì)減低仿真速度，為此，通常在不改變?cè)挤蔷€性特征的前提下在中間加入一個(gè)一階傳遞函數(shù)環(huán)節(jié)1/(1+Ts),通常取T為較小的值，如（T=0.01us）。使用工具封裝該非線性電阻模塊的參數(shù)。 2.4.5. 創(chuàng)建自己的庫(kù) simpowersystems允

43、許用戶創(chuàng)建自己的模塊庫(kù)，要?jiǎng)?chuàng)建自己的模塊庫(kù)，選擇“file >new library”，一個(gè)新的simulink：Untitled的窗口打開(kāi)了。將你創(chuàng)建的非線性電感模塊和非線性電阻模塊拷貝到該窗口中，保持該庫(kù)就可用了。 2.4.6. 將你的模型與別的非線性模型連接起來(lái) 應(yīng)當(dāng)考慮電流源不能與電流源串聯(lián)，電流源不能與純電感串聯(lián)，若遇到此種情況，可用考慮在電流源旁邊并聯(lián)一個(gè)極大的電阻。 2.4.7. 使用模型構(gòu)建命令創(chuàng)建模型 通常，不建議這樣做，有興趣的，可以參考Matlab相關(guān)幫助，下面給出一個(gè)例子： add_block(powerlib/Elements/Pi Section Line

44、,Mymodel/Block1); add_block(powerlib/Measurements/Voltage Measurement, Mymodel/Block2); set_param(Mymodel/Block1,position,[340,84,420,106]); set_param(Mymodel/Block2,position,[520,183,545,207]); Block1PortHandles = get_param(Mymodel/Block1,PortHandles); Block2PortHandles = get_param(Mymod

45、el/Block2,PortHandles); add_line(Mymodel,Block1PortHandles.LConn(1), Block2PortHandles.LConn(1)); add_line(Mymodel,Block1PortHandles.RConn(1), Block2PortHandles.LConn(2)); writeDocFeedbackSurveyLink(); 3. 附錄 3.1. 常用模塊 3.1.1. 阻抗測(cè)量模塊（impedance mesurement block） （1） 描述 阻抗測(cè)量模塊用于測(cè)量線性電

46、路中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的阻抗，兩節(jié)點(diǎn)間阻抗是頻率的函數(shù)。將其輸入分別接到電路上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，便可以使用powergui的分析工具計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)間的阻抗了。該模塊不改變電路的特性。 3.1.2. 斷路器（breaker） （1） 描述 斷路器實(shí)現(xiàn)了一種可以通過(guò)外部或內(nèi)部控制電路開(kāi)、關(guān)時(shí)刻的電路。該模型包含了一個(gè)串聯(lián)RC緩沖器電路，可以把它連接到電路斷路器上。如果斷路器剛好與感性電路、開(kāi)路電路或電流源串聯(lián)，就必須使RC緩沖器電路連到其中。 當(dāng)斷路器被設(shè)為外部控制模式（external control mode），一個(gè)simulink輸入就會(huì)出現(xiàn)在斷路器的圖標(biāo)上，控制信號(hào)必須為0或1（0表示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)

47、，1表示開(kāi)關(guān)閉合）。 當(dāng)斷路器設(shè)為內(nèi)部控制模式（internal control mode），開(kāi)關(guān)時(shí)刻由其參數(shù)設(shè)置對(duì)話框設(shè)定。 當(dāng)斷路器處于閉合狀態(tài)，其等效于一個(gè)電阻Ron。Ron可以被設(shè)為很小的值（典型值為10m歐），從而與外電阻比較而言可以忽略。當(dāng)斷路器處于斷開(kāi)狀態(tài)，其等效于一個(gè)無(wú)窮大的電阻。 滅弧過(guò)程是通過(guò)在控制信號(hào)由1變?yōu)?后的第一個(gè)電流為0的時(shí)刻斷開(kāi)斷路器來(lái)模擬的。條件如下表所示。 操作 條件 斷路器閉合 控制信號(hào)變?yōu)?（對(duì)離散系統(tǒng)，控制信號(hào)保持為1的時(shí)間應(yīng)至少為采樣周期的3倍） 斷路器斷開(kāi) 控制信號(hào)變?yōu)? 流過(guò)斷路器的電流為0 注：斷路器模塊對(duì)直流電路可能不合

48、適。對(duì)于直流電路，推薦使用理想開(kāi)關(guān)作為開(kāi)關(guān)元器件。 （2） 對(duì)話框和參數(shù) Breaker resistance Ron（斷路器電阻Ron） 該參數(shù)不能設(shè)為0 Initial state（初始狀態(tài)） 斷路器的初始狀態(tài)，設(shè)為1表示閉合，設(shè)為0表示斷開(kāi)。 當(dāng)設(shè)為1時(shí)，SimPowerSystems自動(dòng)初始化電路的所有狀態(tài)和斷路器電流，以確保仿真開(kāi)始時(shí)電路就進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。 Snubber resistance Rs（緩沖器電阻Rs） 單位，歐姆，若將此值設(shè)為inf（無(wú)窮大），則相當(dāng)于電路中不包含緩沖器。 Snubber capacitance Cs（緩沖器電容Cs） 單位：法拉，若

49、將此值設(shè)為0，則相當(dāng)于不包含緩沖器，設(shè)為inf則為一個(gè)純阻性緩沖器 Switching times（開(kāi)關(guān)切換時(shí)刻） 這是一個(gè)向量，用于指定開(kāi)關(guān)切換狀態(tài)的時(shí)刻，各時(shí)刻的開(kāi)關(guān)狀態(tài)取決于初始開(kāi)關(guān)狀態(tài)。例如，若初始狀態(tài)為閉合，則向量的第1個(gè)元素對(duì)應(yīng)的時(shí)刻斷路器將斷開(kāi)，第2個(gè)元素對(duì)應(yīng)的時(shí)刻斷路器將閉合，等等。若選中“External control of switching times”選項(xiàng)，則開(kāi)關(guān)時(shí)刻由外部控制，此處沒(méi)必要設(shè)置。 External control of switching times（外部控制開(kāi)關(guān)時(shí)刻） 若選中了此選項(xiàng)，請(qǐng)加入一個(gè)外部simulink輸入，來(lái)控制斷路器的開(kāi)關(guān)。開(kāi)

50、關(guān)時(shí)刻由連接到此斷路器上的外部邏輯輸入信號(hào)定義（0或1） mesurements（測(cè)量） 選定“branch voltage”用于測(cè)量斷路器上的壓降； 選定“branch current”用于測(cè)量流經(jīng)斷路器的電流； 選定“Branch voltage and current”用于測(cè)量壓降和電流 將Multimeter模塊加入電路，便可以顯示上面選定的參數(shù)。 （3） 使用注意事項(xiàng) 當(dāng)該模塊與電感或電流源串聯(lián)時(shí)，必須在其中加入緩沖器電路。在大多數(shù)情況下，可使用純電感緩沖器（此時(shí)將“Snubber capacitance Cs”設(shè)為inf）,而緩沖器電阻設(shè)為高阻值的電阻（1e6等）。由

51、于模型限制，開(kāi)關(guān)電阻不能設(shè)為0。 必須使用剛性積分算法仿真這種帶有斷路器的電路。ode23t且以默認(rèn)參數(shù)通?？梢缘玫捷^高的仿真速度。 對(duì)于離散化的模型，控制信號(hào)保持為1的時(shí)間應(yīng)至少為采樣周期的3倍，否則，電路相當(dāng)于開(kāi)路。 （4） 應(yīng)用舉例 3.1.3. 二極管（Diode） 3.1.4. 被控電流源（controled current source） 被控電流源模塊將simulink輸入轉(zhuǎn)換為等效的電流源，產(chǎn)生的電流受模塊的輸入信號(hào)控制。正向電流方向與該模塊中的箭頭方向一致?？捎弥付ǖ慕涣骱椭绷鞒跏蓟豢仉娏髟?，若想在穩(wěn)態(tài)下仿真，模塊的輸入必須連接到與初始值相應(yīng)的正弦或直流

52、信號(hào)上。 注：在矢量仿真中，連接到該模塊的輸入必須為復(fù)數(shù)值，此時(shí)需要手工設(shè)置。 （1） 對(duì)話框與參數(shù) Initialize 若選定該選項(xiàng)，則將用指定的Initial current, Initial phase, 和Initial frequency parameters初始化該模塊。 Source type 設(shè)置電流源類型是直流電流源還是交流電流源 Initial current 初始峰值電流（A） Initial phase 初始相位（度數(shù)），對(duì)直流電源來(lái)說(shuō)，不存在初始相位。 Initial frequency 初始頻率 mesurements 選定電流選項(xiàng)

53、使得可用mutimeter測(cè)其電流 3.1.5. if模塊 if模塊，連同包含action port模塊的action子系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的類似于C語(yǔ)言的if-else邏輯。下圖顯示了一個(gè)完整的if-else控制流： 3.1.6. Merge模塊 3.2. 創(chuàng)建模塊封裝（block mask） 3.2.1. 關(guān)于封裝（mask） （1）何謂封裝 封裝是一種定制的用戶接口，利用該接口，模塊用戶可以對(duì)模塊的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 （2）封裝特點(diǎn) 封裝包含如下特征： l 封裝圖標(biāo)（icon） l 封裝參數(shù) simulink允許為一個(gè)封裝的模塊定義一組可調(diào)的參數(shù)，并將這

54、些參數(shù)存儲(chǔ)在封裝工作空間中（mask workspace）。 l 封裝參數(shù)對(duì)話框 simulink允許封裝參數(shù)設(shè)置對(duì)話框以取代默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)對(duì)話框。 l 封裝初始化代碼 l 封裝工作空間 3.2.2. 一個(gè)封裝子系統(tǒng)的例子 （1） 介紹 要封裝的模型用如下表達(dá)式表示： y=mx+b 如圖所示 通常情況下，當(dāng)你雙擊一個(gè)子系統(tǒng)，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新窗口，顯示該子系統(tǒng)的內(nèi)部組成。本例將自定義一個(gè)封裝對(duì)話框和封裝圖標(biāo)，如下圖所示： （2） 創(chuàng)建封裝對(duì)話框提示 l 選定要封裝的subsystem模塊，Edit>mask subsystem,按下圖所示輸入： 不懂，請(qǐng)看在

55、線幫助。若系統(tǒng)不支持中文字符提示，請(qǐng)?jiān)诿钚兄羞\(yùn)行下列命令： set_param(circuit4, SavedCharacterEncoding, windows-1252) （3） 創(chuàng)建封裝描述和幫助文本 （4） 創(chuàng)建block圖標(biāo) 可使用繪圖命令改變子系統(tǒng)上的默認(rèn)圖標(biāo)。 3.2.3. 封裝一個(gè)模塊 （1） 關(guān)于模塊封裝 可以利用模型編輯器（model editor）封裝子系統(tǒng)，模型，S函數(shù)模塊，以及利用set_param命令封裝內(nèi)建模塊 simulink不支持封裝端口模塊（port block），如Inport，Outport，Trigger等 確保封裝的參數(shù)名稱

56、與已知模塊參數(shù)名稱不同。 。 （2） 封裝一個(gè)子系統(tǒng) 3.2.2節(jié)已經(jīng)做了介紹。此處略。 （3） 封裝內(nèi)置模塊 通過(guò)直接封裝內(nèi)置模塊而不是將他們放到一個(gè)子系統(tǒng)中，可以減小你的模型的大小。要封裝一個(gè)內(nèi)置模塊： l 選擇模型中的模塊 l 鍵入下列Matlab命令： set_param(gcb,Mask,on) l 在模塊的快捷菜單中選擇“Edit Mask”命令，就可用它編輯該模塊的封裝了。 3.2.4. 封裝編輯器（mask editor） （1） 創(chuàng)建子模塊（略） （2） icon面板（略） （3） 參數(shù)面板（略） （4） 控件類型（control types）

57、通過(guò)下圖所示對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置： （5） 初始化面板（initialization pane） 初始化面板允許你輸入matlab命令初始化封裝的子系統(tǒng)。 在下列情況下，simulink將執(zhí)行初始化命令： l 裝入模型 l 封裝模塊的圖形外觀發(fā)生變化，如旋轉(zhuǎn)。 l 在同一模型內(nèi)或不同模型間復(fù)制封裝模塊時(shí) l 開(kāi)始仿真或更新模塊圖時(shí) l 對(duì)模塊對(duì)話框作出任何參數(shù)改變時(shí) 初始化面板包含下列控件： l 對(duì)話框變量 列出了所有與模塊封裝參數(shù)有關(guān)的變量 l 初始化命令 輸入任意合法的Matlab命令。 l 允許庫(kù)模塊改變其內(nèi)容 初始化命令的局限性： l 不要在初始化命令中創(chuàng)

58、建動(dòng)態(tài)對(duì)話框 l 避免使用以L_和M_開(kāi)頭的變量名 l 避免使用set_param命令 （6） 文檔面板（document pane） 在上一節(jié)已經(jīng)做了介紹，現(xiàn)在僅介紹新的內(nèi)容：也就是，在定義在線幫助內(nèi)容時(shí)，不僅可以直接輸入幫助文本內(nèi)容，也可以使用下列幫助文本： URL 說(shuō)明 (以 http:, www, file:, ftp:, or mailto:開(kāi)始) web 命令(launches a browser) eval 命令(evaluates a MATLAB string) html文本 舉例： file:///c:/mydir/helpdoc.html web

59、([docroot /My Blockset Doc/ get_param(gcb,MaskType)... .html]) eval(!Word My_Spec.doc) 3.2.5. 將封裝參數(shù)與模塊參數(shù)鏈接起來(lái) 3.2.6. 創(chuàng)建動(dòng)態(tài)封裝參數(shù)對(duì)話框 3.2.7. 封裝庫(kù)模塊 3.3. 仿真動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 3.3.1. 模型編譯（model compilation） 當(dāng)你選擇“開(kāi)始仿真”命令時(shí)，仿真便進(jìn)入第1階段，在此階段，simulink引擎將啟動(dòng)模型編譯器，模型編譯器將模型轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的形式，此過(guò)程就稱為編譯。具體地講，編譯器將完成以下工作： l 模型參數(shù)值的計(jì)算

60、l 確定那些沒(méi)有明確指定的信號(hào)屬性，如名稱，數(shù)據(jù)類型、數(shù)值類型、維數(shù)等，并檢查每個(gè)模塊是否接受連接到其輸入端的信號(hào)。 l simulink使用所謂的“屬性傳播”來(lái)確定那些未指定的屬性。這個(gè)過(guò)程是將源信號(hào)的屬性遺傳給目標(biāo)信號(hào)的屬性的過(guò)程。 l 執(zhí)行模塊優(yōu)化。 l 扁平化模型結(jié)構(gòu)，即以子模塊實(shí)際保護(hù)的模塊替代子模塊； l 確定模塊的排序 l 確定那些沒(méi)有明確指明采樣間隔的模塊的采樣間隔 3.3.2. 鏈接階段（link phase） 這個(gè)階段，simulink引擎將為模塊圖的執(zhí)行分配內(nèi)存空間（信號(hào)、狀態(tài)和運(yùn)行時(shí)參數(shù)），同時(shí)也分配運(yùn)行時(shí)為保持每個(gè)模塊中間信息的內(nèi)存。對(duì)于內(nèi)置模塊，模塊的

61、主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被稱為SimBlock，它存儲(chǔ)的是模塊的輸入與輸出緩沖區(qū)、狀態(tài)、工作向量的指針。 （1） method excution lists（方法執(zhí)行列表） 在鏈接階段，simulink也負(fù)責(zé)創(chuàng)建方法執(zhí)行列表，該表列出效率最高的模塊次序，以便按這個(gè)次序激活模型的模塊方法，計(jì)算模塊的輸出。 （2） 模塊屬性 simulink允許你為模塊分配更新屬性。simulink按優(yōu)先級(jí)高低來(lái)決定執(zhí)行順序。 3.3.3. 仿真循環(huán)階段（simulation loop phase） 鏈接階段結(jié)束后，進(jìn)入仿真循環(huán)階段。simulink引擎從仿真開(kāi)始到結(jié)束時(shí)間內(nèi)，利用模型提供的信息，每隔一個(gè)間隔

62、，計(jì)算一次系統(tǒng)的狀態(tài)和輸出。那些狀態(tài)和輸出計(jì)算的連續(xù)時(shí)間點(diǎn)，稱為時(shí)間步（time step）。相鄰兩個(gè)時(shí)間步的時(shí)間長(zhǎng)度稱為步長(zhǎng)。步長(zhǎng)取決于求解器的類型，系統(tǒng)的連續(xù)狀態(tài)、連續(xù)系統(tǒng)是否有不連續(xù)點(diǎn)。 循環(huán)階段又分為兩個(gè)子階段：循環(huán)初始化階段和循環(huán)往復(fù)階段。初始化階段過(guò)后，便進(jìn)入循環(huán)往復(fù)。每隔一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)循環(huán)一次。 在仿真開(kāi)始后，模型指定初始狀態(tài)和系統(tǒng)輸出。在每一步，simulink計(jì)算新的值、新的輸出。simulink提供了數(shù)據(jù)顯示和記錄模塊，可以在仿真過(guò)程中顯示和記錄過(guò)程數(shù)據(jù)。 3.3.4. 求解器（solvers） simulink在仿真過(guò)程中要反復(fù)計(jì)算狀態(tài)和輸出，這就需要用到一序列的算

63、法，simulink已經(jīng)編制了這些算法的程序，稱為求解器。 Configuration Parameters對(duì)話框允許你選擇合適的求解器。 （1） 定步長(zhǎng)求解器和變不長(zhǎng)求解器 （2） 連續(xù)與離散求解器 對(duì)于連續(xù)和離散混合模型，只能使用連續(xù)求解器。 離散求解器也包含定步長(zhǎng)和變步長(zhǎng)兩種。 3.3.5. 零交點(diǎn)探測(cè)器（zero-crossing detectors） 3.3.6. 代數(shù)循環(huán)（algebraic loop） 一些simulink模塊擁有直接注入的輸入端，這意味著若不知道這些輸入端口的信號(hào)值，就無(wú)法計(jì)算模塊的輸出值。具有直接注入輸入端口的模塊有： l Math Func

64、tion block l Gain block l Integrator blocks initial condition ports l Product blockState-Space block when there is a nonzero D matrix l Sum block l Transfer Fcn block when the numerator and denominator l are of the same order l Zero-Pole block when there are as many zeros as poles 當(dāng)一個(gè)帶有直接注入的

65、輸入端口由同一模塊的輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)（要么直接驅(qū)動(dòng)，要么由別的帶有直接注入端口的反饋間接驅(qū)動(dòng)），通常就會(huì)出現(xiàn)代數(shù)循環(huán)。代數(shù)循環(huán)的例子就是如下所示的簡(jiǎn)單的標(biāo)量循環(huán)： 從數(shù)學(xué)角度來(lái)講，該循環(huán)暗示z=u-z，即,這就是求解表達(dá)式。但大多數(shù)代數(shù)循環(huán)就無(wú)法通過(guò)這種檢查自動(dòng)計(jì)算。 創(chuàng)建帶多個(gè)代數(shù)狀態(tài)變量（如z1,z2等）的向量代數(shù)循環(huán)是非常容易的。如下圖所示。 使用Algebraic Constraint模塊是建模代數(shù)方程和指定初始化估值的一個(gè)方便的方法。該模塊將它的輸入信號(hào)f(z)限制到0,并輸出代數(shù)狀態(tài)z。該模塊輸出一個(gè)值，該值對(duì)于在模塊的輸入端產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)是必須的。輸出必須通過(guò)反饋直接影響到

66、輸入，例如，該反饋通道單獨(dú)包含帶有直接注入的模塊。在代數(shù)限制模塊對(duì)話框中，你可以提供一個(gè)初始的代數(shù)狀態(tài)值以改善代數(shù)循環(huán)求解器的效率。 一個(gè)標(biāo)量代數(shù)循環(huán)表示的是一個(gè)代數(shù)方程或形如F(z)=0的限制方程，這里的z是循環(huán)中的一個(gè)模塊的輸出，而函數(shù)F由從循環(huán)中別的模塊到該模塊的輸入間的反饋通道組成。在上上一個(gè)例子中F(z)=z-(u-z)。在本例中，代數(shù)方程為： z1+z2-1=0 -z1+z2-1=0 當(dāng)一個(gè)模型中包含F(xiàn)(z)=0的限制時(shí)就會(huì)出現(xiàn)代數(shù)循環(huán)。這種限制可能是作為一個(gè)你所創(chuàng)建的系統(tǒng)的物理內(nèi)部連接的因果關(guān)系而出現(xiàn)的，或者你建立的正是一個(gè)代數(shù)/差分系統(tǒng)（DAE）。 當(dāng)一個(gè)模型包含代數(shù)循環(huán)時(shí)，simlink將在每一個(gè)時(shí)間步中調(diào)用循環(huán)求解子程序，以求得其結(jié)果。包含代數(shù)循環(huán)的模型求解過(guò)程比不包含代數(shù)循環(huán)的模型要耗時(shí)。 為求解F(z)=0，simulink循環(huán)求解器使用牛頓法求解偏導(dǎo)數(shù)方程。盡管該方