matlab仿真实验指导书.docx
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matlab仿真实验指导书
计
算
机
仿
真
及
应
用
实
验
指
导
书
电气与电子信息工程学院
实验一S函数实现单摆运动
一、实验目的
掌握S函数的定义、功能模块调用方法、工作原理及应用场合。
二、预习及思考
1、S函数应用于哪些场合？
2、S函数的子程序是如何调用的？
三、实验步骤
在建立实际的S-函数时，可在该模板必要的子程序中编写程序并输入参数便可。
S-函数的模板程序位于toolbox/simulink/blocks目录下，文件名为sfuntmpl.m，可以自己查看。
在运用S-函数进行仿真前，应当自行编制S-函数程序，因此必须知道系统在不同时刻所需要的信息：
（1）在系统开始进行仿真时，应先知道系统有多少状态变量，其中哪些是连续变量，哪些是离散变量，以及这些变量的初始条件等信息。
这些信息可通过S-函数中设置flag=0获取。
（2）若系统是严格连续的，则在每一步仿真时所需要的信息为：
通过flag=1获得系统状态导数；通过flag=3获得系统输出。
（3）若系统是严格离散的，则通过flag=2获得系统下一个离散状态；通过flag=3获得系统离散状态的输出。
单摆示意图：
单摆的状态方程
从MATLAB的toolbox\simulink\blocks子目录下，复制sfintempl.m，并把它改名为simpendzzy.m，再根据状态方程对文件进行修改，最后形成文件。
构成名为simpendzzy的S-函数模块
从simulink的“user-definedFunction”子库中复制S-Function框架模块到空白模型窗，如图所示。
双击S-Function框架模块，弹出下图所示对话窗；
在“S-Functionname”栏中填写函数名simpendzzy；在“S-Functionparameters”栏中填写函数simpendzzy.m的第4、5、6、个输入宗量名dampzzy,gngzzy（次序要对）；再点击【OK】，就得到单摆S-函数模块，如图所示。
构成观察单摆事实运动的仿真模型exm1.mdl
用信号发生器产生作用力：
用示波器观察摆角；构成如图所示的仿真模型。
信号发生器的参数设置：
信号取square波形；幅值为1；频率为0.1rad/sec。
示波器参数设置：
Stoptime设置200。
应该保证simpendzzy.m在MATLAB搜索路径上。
在该exm_1.mdl运行前，应先对该模型运行所需的3个参数dampzzy,gravzzy,angzzy进行设置。
可键入下列命令：
clear
dampzzy=0.8;gravzzy=2.45;angzzy=[0;0];
在参数设定后，启动仿真，就可得到单摆事实角运动曲线。
引进单摆摆动模块，生成exm-2.mdl。
把exm-1.mdl。
另存为exm-2.mdl。
打开toolbox\simulink\simdemos\simdemos\simgeneral子目录下的simppend.mdl模型；把其中“AnimationFunction”、“Pivotpointforpendulum”以及“x&theta”模块复制到exm-2.mdl模型窗，进行适当的连接，并对模块进行中文名称标识。
启动模型，就可见到单摆摆动画面了。
四、仿真结果
实验二 晶闸管三相桥式整流器的仿真
一、实验目的
1、掌握晶闸管三相桥式整流器构成
2、掌握晶闸管三相桥式整流器的仿真模型
二、预习与思考
1、三相电源如何设置？
2、6脉冲触发器模块在哪个库中？
3、整流桥模块在哪个库中？
三、仿真步骤
通用桥臂模块参数设置
Numberofbridgearms：
桥臂数量，可以选择1、2、3相桥臂，构成不同形式的整流器。
Portconfiguration：
端口形式设置。
SnubberresistanceRs（ohms）:
缓冲电阻Rs。
SnubbercapacitanceCs（F）:
缓冲电容Cs。
ResistanceRon（ohms）：
晶闸管的内电阻Ron，单位为Ω。
InductanceLon（H）：
晶闸管的内电感Lon，单位为H，电感不能设置为0。
ForwardvoltageVf（v）:
晶闸管元件的正向管压降Vf，单位为V。
Measurements：
测量可以选择5中形式，即无（None），装置电压（Devicevoltages），装置电流（Devicecurrents），三相线电压与输出平均电压（UABUBCUCAUDC）或所有电压电流（Allvoltagesandcurrents）
（2）同步脉冲触发器
同步脉冲触发器用于触发三相全控整流桥的6个晶闸管，同步6脉冲触发器可以给出双脉冲,双脉冲间隔为60°,触发器输出的1～6号脉冲依次送给三相全控整流桥对应编号的6个晶闸管.同步脉冲触发器包括同步电源和六脉冲触发器两个部分alpha_deg：
此端子为脉冲触发角控制信号输入；AB,BC,CA：
三相电源的三相线电压输入即Vab,Vbc,andVBlock：
触发器控制端，输入为“0”时开放触发器，输入大于零时封锁触发器；
Pulses：
6脉冲输出信号。
alpha_deg为30度时双6脉冲同步触发器的输入输出信号
6脉冲同步触发器参数设置
Frequencyofsynchronizationvoltages（Hz）：
同步电压频率（赫兹）；
Pulsewidth（degrees）：
触发脉冲宽度（角度）；
Doublepulsing：
双脉冲触发选择。
三相线电压具体实现是通过VoltageMeasurement（电压测量）模块，电压测量模块可以将电路中两个节点的电压值，并提供其他电路或者用于输出
仿真算法选择ode23tb算法,仿真时间为0－0.05秒，其他参数为默认值。
四、仿真原理图
五、仿真结果
1、电阻负载仿真结果（R=45Ω，α=0o,α=30o,α=60o,α=90o）；
2、电阻电感负载仿真结果（R=45Ω，L=1H，α=0o,α=30o,α=60o,α=90o）；
实验三晶闸管单相交流调压器的仿真
一、实验目的
1、加深理解单相交流调压电路的工作原理。
2、加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。
3、掌握单相交流调压电路matlab的仿真方法，会设置各模块的参数。
二、预习与思考
1、移相控制角如何设置？
2、电阻负载和电感负载的输出电压波形为什么不同？
三、实验步骤
1.电阻性负载的交流调压器
2.电阻电感性负载的交流调压器
主要模块参数设置：
交流峰值电压为100V、初相位为0、频率为50HZ；晶闸管参数进行设置：
Ron=0.001Ω；Lon=0H；Vf=0；Rs=20Ω；Cs=4e-6F，RC缓冲电路Lon=0.01H；负载RLC分支，电阻性负载时，R=2Ω，L=0H，C=inf；脉冲发生器：
Pulse和Pulse1模块中的脉冲周期为0.02s,脉冲宽度设置为脉宽的确10%，脉冲高度为12，脉冲移相角通过“相位角延迟”对话框进行设置。
仿真算法选择为ode23tb算法，仿真时间设置为0-0.03s，开始仿真。
给出移相控制角等于60°和120°时带电阻负载和电感负载时，负载上的电流、电压波形以及触发脉冲波形。
四、仿真结果
实验四直流单闭环调速系统仿真
一、实验目的
1、了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。
2、掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。
二、预习及思考
1、预习电力电子相控整流
2、图中采用了途径调节方式？
三、实验步骤
1、单闭环直流调速系统的原理框图
2、系统的建模和模型参数的设置
限幅器的上、下限值为[130，0]，，平波电搞器的电感值为5e-3H.电机参数为：
Ra=0.6Ω,La=0.012H,Rf=240Ω,Lf=120H,Laf=1.8H,J=1kg.m2,initialspeed=1rad/s.励磁电压220V。
四、仿真结果及分析
实验五 直流双闭环调速系统仿真
一、实验目的
１、掌握直流双闭环控制系统原理
２、掌握直流双闭环控制系统工程设计
３、掌握直流双闭环控制系统仿真
二、预习与思考
1、电流调节器、速度调节器可以使用什么模块实现？
2、给定信号使用什么模块实现？
三、实验原理
控制系统启动时，加入给定电压，“速度调节器器”和“电流调节器”以饱和限幅值输出，使电动机以限定的最大启动电流加速启动，直到电动机转速达到给定转速，并在出现超调后，“速度调节器器”和“电流调节器”退出饱和，最后稳定在略低于给定值下运行。
四、仿真原理图
五、仿真结果
1、给出转速、电流、转矩的仿真波形
2、给出三相电源和脉冲的波形
实验六 基于转速负反馈控制异步电机调速系统的仿真
一、实验目的
１、掌握直流双闭环控制系统原理
２、掌握直流双闭环控制系统工程设计
３、掌握直流双闭环控制系统仿真
二、预习与思考
1、原理图中PID调节器用哪些模块实现的？
给出PID调节器的仿真图。
2、给出原理图中产生脉冲的模块内部结构。
三、仿真步骤
系统主要包括速度闭环，脉冲触发器、三相调压器，被控交流异步电动机等组成。
三相调压器由三对并联的晶闸管元件组成，采用相位控制方式，利用三相交流电源自然环流实现关断。
触发脉冲的顺序为V1－V2－V3－V4－V5－V6，其中V1－V3－V5之间和V4－V6－V2之间互差120度，V1－V4之间、V3－V6之间、V5－V2之间互差180度。
异步电机调压调速系统仿真模型
其中主要参数设置：
转速调节器Kp为40，Ki为200；反馈参数K选择为：
20；限幅器限幅值：
[150-30]；仿真参数设置：
仿真算法选择为ode23tb，仿真时间0－5秒，其他为默认值。
四、实验原理
五、仿真结果
1、给出转速、电流、转矩的仿真波形
2、给出三相电源和脉冲的波形
实验七 矢量控制变频调速仿真
一、实验目的
１、掌握交流异步矢量控制变频调速系统原理
２、掌握交流异步矢量控制变频调速系统仿真
二、预习与思考
1、原理图中封装模块的外观是如何实现的？
2、数据类型转换模块在哪个库中？
三、仿真步骤
１、 Calculation子模块
２、DQ－ABC子模块
３、TeatCalculation子模块
４、ＡＢＣ-ＤＱ子模块
５、 Calculation子模块
６、CurrentRegulator子模块
７、ASR子模块
异步电机参数：
线电压380；额定频率5０Ｈｚ；;定子内阻0.087Ω;定子漏感0.8ｍＨ；转子内阻0.228Ω；转子漏感0.8ｍＨ；定、转子漏感34.7；极对数为4。
为逆变器直流电源Vdc设为780V。
仿真方法选择为ode23tb。
仿真时间设为0－3秒
四、仿真原理
五、仿真结果
1、给出转速、电流、转矩的仿真波形
2、给出三相电源和脉冲的波形
实验八 电力系统仿真
一、实验目的
１、掌握电力系统的数学模型
２、掌握电力系统库元件的使用
３、掌握电力系统时域分析法
二、预习与思考
１、原理图中发电机模块在哪个库中？
２、重合闸是如何实现的？
三、仿真步骤
１、启动和退出电力系统元件库
启动电力系统元件库的方法，利用指令窗口（CommandWindows）启动：
在指令窗口中键入powerlib单击回车，则MATLAB软件中弹出电力系统元件对话框（powerlib）。
２、电力系统时域分析工具
MATLAB软件提供了一个对电力系统和电路进行分析的用户界面工具（powergui）。
3、电力系统相量图分析方法
MATLAB软件中的电力系统元件库中提供了三相序分量分析（3-PhaseSequenceAnalyzer）元件，利用该元件可以对电气量的幅值和相角的变化进行分析，电力系统分析工具里提供了这种相量图分析的方法。
四、仿真原理
五、仿真结果
１、线路单相重合闸的仿真分析
２、线路两相重合闸的仿真分析
３、线路三相重合闸的仿真分析
注：
每次实验前要检查预习与思考题
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