Matlab第五章 Simulink模拟电路仿真.docx
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Matlab第五章Simulink模拟电路仿真
第五章Simulink模拟电路仿真
武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜
§5.1电路仿真概要
5.1.1MATLAB仿真V.S.Simulink仿真
利用MATLAB编写M文件和利用Simulink搭建仿真模
型均可实现对电路的仿真，在实现电路仿真的过程中和
仿真结果输出中，它们分别具有各自的优缺点。
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„ex5_1.m
clear;
V=40;R=5;Ra=25;Rb=100;Rc=125;Rd=40;Re=37.5;
R1=（Rb*Rc）/（Ra+Rb+Rc）;R2=（Rc*Ra）/（Ra+Rb+Rc）;R3=（Ra*Rb）/（Ra+Rb+Rc）;Req=R+R1+1/（1/（R2+Re）+1/（R3+Rd））;
I=V/Req
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„ex5_1
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„注意Simulink仿真中imeasurement模块
/vmeasurement模块和Display模块/Scope模块的联
合使用
„SeriesRLCBranch模块中R、C、L的确定方式
R：
Resistance设置为真实值Capacitance设置为
inf（无穷大）Inductance设置为0
C：
Resistance设置为0Capacitance设置为真实值
Inductance设置为0
L：
Resistance设置为0Capacitance设置为inf
Inductance设置为真实值
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MATLAB方式：
„步骤：
建立等效模型→模型数学化→编写M文件计算→
得到运算结果
„优点：
理论性强，易于构建算法、模型
„缺点：
较复杂，对电路观测量更改时需更改M文件
„适用范围：
大系统抽象和原理性建模
Simulink方式：
„步骤：
选取模块→组成电路→运行仿真→观测仿真结果
„优点：
直观性强，易于与实际电路对应，易于观察结果
„缺点：
理论性不强，对电路原理不能得到解析
„适用范围：
具体电路仿真
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5.1.2PowerSystemBlockset模块集及
powerlib窗口
„PowerSystemBlockset模块集是MATLAB中专用的
电路仿真模块集，其中内含有ElectricalSource、
Elements等子模块库，而电路仿真常用的DCVoltage
Source、SeriesRLCBranch、Current
Measurement等模块都被包含在这个模块集中。
„在powerlib的窗口中，用户可以看到PowerSystem
Blockset的各个子模块库的图形标志和名称，在
CommandWindow命令窗总直接输入powerlib命令，
即可将powerlib窗口打开。
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ElectricalSources库
„主要包括7个用于产生电源信号的模块:
主要指电路中的具体电源，而sources
库中的Sin等主要指系统的激励信号源
„直流电压源交流电压源交流电流源
„三相电源可编程三相电压源
„受控电压源受控电流源
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Elements库
„主要包含线性和非线性的电路网络元件模块，可分为
Elements类、Lines类、CircuitBreaker类和
Transformer类。
„Elements（元件）类：
无源元件模块，常用的电阻、电容、
电感（合一）以及在电力系统中使用的三相RLC元件。
„Line（导线）类：
传输线模块，通常也用于电力系统中。
„CircuitBreaker（开关电路）类：
开关模块，常用于电力
系统中。
„Transformers（变压器）类：
变压器模块。
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PowerElectronics库
„包含的是功率电子器件模块，被分为Devices（基本器
件）类和Extras（扩充器件）类。
Extras又包括两个子
库DiscreteControlBlocks（离散控制模块）库和
ControlBlocks（控制模块）库。
„二极管、绝缘栅三级管和场效应管存在于Power
Electronics库的Devices类中。
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Measurements库
„包含各种测量模块，分为Eletrical（电路测量）类和
ExtraMeasurements（扩充测量模块）类，其中后者
又包含DiscreteMeasurementBlocks（离散值测量
模块）库和MeasurementBlocks（测量模块）库两
个子库。
„电流测量模块、电压测量模块和阻抗测量模块都在
Measurements库的Electrical类中，它们是辅助
Display模块、Scope模块观测电路特性的重要模块，
通常用法是由其将所需观察的量引出，再送Display模
块或Scope模块显示。
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Machines库
„包含十余种各类电机模块Connectors库
„包含各种连接线，地节点在其中
Extras库
„包含SinPower模块库中各类模块的扩展模块资源
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Demos连接
„包含MATLAB自带电路仿真示例的连接e.g.SimPowerSystemsDemos→
SimpleModels→
SaturableTransformerwithHysteresis:
Simulation
ofhysteresisinaSaturableTransformerblock
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Powergui模块
用户交互式观测工具，主要用于分析仿真模型中所用
PowerSystemBlockset模块库中的子模块的状态。
通
过Powergui模块可观测测量电压、电流的恒稳态以及
电路的状态变量等。
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5.1.3Powergui模块在电路仿真中的应用„ex5_2P101例〔4-7〕
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„双击ContinuousPowergui模块打开对话框
„SimulationStyle：
选择仿真类型
Phasorsimulation－按给定频率仿真，需与某电压or电流频率符合；
Discretizeelectricalmodel－按采样时间离散化仿真；
Continuous－连续仿真
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„SteadyStateVoltageandCurrents
显示稳态电压和电流
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„InitialStatesSetting
显示模型中电流和电压的初值，并可由用户改变初值。
„LoadFlowandMachineInitialization
初始态设置工具
„UseLTIViewer
使用控制系统工具箱观测时域和频域的响应曲线
„Impedancev.s.FrequencyMeasurements
显示阻抗随频率的响应
„FFTAnalysis
FFT分析
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„GenerateReport
生成文本格式的电路分析报告
„HysteresisDesignTool
磁滞特性分析工具
„ComputeRLCLineParameter
计算传输线的特征参数
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§5.2一般模拟电路仿真
5.2.1动态电路仿真
„RC电路的响应ex5_3
ba
400KΩ20Ω
60ΩVc
90V40V
0.5uF
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„RLC电路的响应ex5_4
clear;C=25e-9;L=25e-3;R=400;w=1/（R*C）;
a=1/（L*C）;
iL=dsolve（'D2iL+1e5*DiL+1.6e9*iL=25e-
3*1.6e9','iL（0）=0,DiL（0）=0'）
t=0:
1e-5:
3e-4;ezplot（iL,[0,0.0003]）
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„dsolve求解微分方程的函数格式：
r=dsolve（‘eq1,eq2,…’,’cond1,cond2,…’,’’v’）
eqx代表所需求解的微分方程；condx代表微分方程的初始条件；
v代表微分方程的独立变量，默认变量为t；
D表示微分项，如D2iL表示iL的二阶微分项，DiL表示
iL的一阶微分项。
„ezplot函数作图指令格式：
ezplot（f,[min,max]）
f代表需作图的函数，[min,max]代表自变量的变换范围„iL是函数表达式，为symobject类型数据，需用函数作图
指令
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5.2.2稳态电路仿真
„含受控源的正弦稳态电路ex5_5
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„注意频率和仿真步长的协调
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§5.3功率系统仿真5.3.1Diode模块
Diode模块位于Powerlib库中
的PowerElectronics子模块库中
它反映加载于其两端的电压和
通过它的电流之间的关系。
„SnubberResistanceRs：
D两端的缓冲电阻
„SnubberCapacitanceCs：
D两端的缓冲电容
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„二极管双向限幅电路ex5_6
„Vs：
5V10Hz„R：
2Ω
„D：
开启电压0.7V,导通电阻0.01Ω
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5.3.2IGBT模块
IGBT模块位于Powerlib库中的PowerElectronics子
模块库中，其全称为insulatedgatebipolar
transistor，即绝缘栅型双极型三级管。
其描述了一个
由门控信号控制的电流通路。
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„模块应用ex5_7
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5.3.3MOSFET模块
MOSFET模块位于Powerlib库中的PowerElectronics
子模块库中，其描述一个MOSFET场效应管。
„e.g.SimPowerSystemsDemos→
PowerElectronicsModels→
MOSFETConverter:
MOSFETinazero-
currentquasi-resonantconverter
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习题：
构建全桥整流滤波电路并完成其仿真。
要求：
1、确定电路图
2、选定各元器件合适的参数值
3、使用Simulink建模4、给出仿真结果和分析
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