控制系统仿真第6章 电力电子及电机拖动系统的simscape仿真
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matlab的simulink仿真建模举例-回复Matlab的Simulink仿真建模举例Simulink是Matlab附带的一款强大的仿真建模工具，它能够帮助工程师们通过可视化的方式建立和调试动态系统模型。
Simulink通过简化传统的数学模型建立过程，使得工程师们能够更加直观地理解和分析复杂的系统。
在本文中，我们将介绍一个关于电机控制系统的Simulink仿真建模的例子。
一、了解电机控制系统在开始建模之前，我们首先需要了解电机控制系统的基本原理。
电机控制系统通常包括输入、电机和输出三个主要部分。
输入通常是来自于传感器或用户的命令信号，例如转速、位置或力矩。
电机是通过接受输入信号并根据特定的控制算法生成输出信号。
输出信号通常是电机的转速、位置或功率等。
控制算法通常采用比例-积分-微分（PID）控制或者其他控制算法。
二、建立Simulink模型1. 创建新的Simulink模型在Matlab主界面中，选择Simulink选项卡下的“New Model”创建一个新的Simulink模型。
2. 添加输入信号在Simulink模型中，我们首先需要添加输入信号模块。
在Simulink库浏览器中选择“Sources”类别，在右侧面板中找到“Step”模块，并将其拖放到模型中。
3. 添加电机模型接下来，我们需要将电机模型添加到Simulink模型中。
Simulink库浏览器中选择“Simscape”类别，在右侧面板中找到“Simscape Electrical”子类别，然后找到“Simscape模型”模块，并将其拖放到模型中。
4. 连接输入信号和电机模型将输入信号模块的输出端口与电机模型的输入端口相连，以建立输入信号与电机模型之间的连接。
5. 添加输出信号模块在Simulink模型中，我们还需要添加输出信号模块。
在Simulink库浏览器中选择“Sinks”类别，在右侧面板中找到“Scope”模块，并将其拖放到模型中。
控制系统仿真_薛定宇第六章_非线性控制系统的仿真方法
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6.5 子系统与模块封装技术
前面介绍了简单系统的建模、仿真方法 大型系统怎么处理？ 本节主要内容
如何把大型的系统分解成各个子系统 如何封装可重用子系统
例6-16 PID控制器模块（新版本有现成模块）
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6.1.2 Simulink的常用模块简介
启动Simulink
命令行式 双击图标
MATLAB 7.*和8.*图标略有不同：
相关模块简介
输入模块组 输出模块组 其他相关模块：连续、离散、非线性等 专业模块：Simscape、SimMechanics等
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6.2 Simulink的建模与仿真
建模步骤
打开模块库 打开空白窗口 将所需模块复制到模型窗口内 修改参数 连线
仿真步骤
仿真参数 启动仿真
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控制系统仿真与CAD
第六章 非线性系统的仿真方法
东北大学信息学院 薛定宇
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非线性系统的仿真方法
前面各章涉及的都是线性系统，非线性系 统怎么办？ 可以引入Simulink对系统建模、分析 本章主要内容
电力电子系统的PSIM MATLAB联合仿真方法
电力电子系统的PSIM+MATLAB联合仿真方法李洁，王伟，李晓妮，钟彦儒西安理工大学，陕西西安金花南路5号 710048电子邮箱：lijie@JOINT SIMULATION METHOD OF PSIM+MATLABFOR POWER ELECTRONIC SYSTEMSLI Jie, WANG Wei, LI Xiao-ni, ZHONG Yan-ruXi’an University of Technology, 710048ABSTRACT: A new idea of joint simulation with PSIM and MATLAB is proposed in order to meet the requirements of those power electronic systems that need more elaborate modeling both in system level and in circuit-level. The proposed joint simulation method is illustrated by the example of analysis of the deadtime effect in voltage source inverters. It is shown that the method can make PSIM and MATLAB give full play to their strengths, simplify the process of the establishment of the simulation models, extend the application occasions to maximum extent, and greatly accelerate the simulation speed.KEY WORDS: simulation；PSIM； MATLAB； power electronics systems摘要：针对一些要求仿真建模细致程度同时兼顾系统层面及线路层面的电力电子系统仿真需求，提出了用PSIM+MATLAB联合建立仿真模型的新思路。
控制系统仿真matlab第六章习题答案
控制系统仿真第六章课后题作业6.1在图6.1中，已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为)1001.0)(11.0()(++=s s s K s G 试编写matlab 程序，设计系统的超前矫正器Gc(s),要求：1）在斜坡信号r （t)=2t 作用下，系统的稳态误差ess<=0.002;2)校正后系统的相位裕度Pm 范围为：45~55；3）绘制系统校正后的bode 图和阶跃响应曲线。
程序：>> s=tf('s');>> G=1000/(s*(0.1*s+1)*(0.001*s+1));>> margin(G) % 绘制校正前的bode 图>> figure(2)>> sys=feedback(G,1);>> step(sys) %绘制校正前的单位阶跃响应曲线>> [Gm,Pm]=margin(G); %该句值计算bode图的增益裕量Gm和相位裕量Pm >> [mag,phase,w]=bode(G); %该句只计算bode图上多个频率点w对应的幅值和相位>> QWPm=50; %取矫正后的相位为50>> FIm=QWPm-Pm+5;>> FIm=FIm*pi/180;>> alfa=(1-sin(FIm))/(1+sin(FIm));>> adb=20*log10(mag);>> am=10*log10(alfa);>> wc=spline(adb,w,am);>> T=1/(wc*sqrt(alfa));>> alfat=alfa*T;>> Gc=tf([T 1],[alfat 1]) %校正器的传递函数Transfer function:0.01794 s + 1-------------0.00179 s + 1>> figure(3)>> margin(Gc*G) % 系统矫正后的bode图>> figure(4)>> step(feedback(Gc*G,1)) % 校正后的单位阶跃响应曲线作业6.2在图6.1中，已知单位负反馈系统被控对象的传递函数为)102.0)(11.0()(++=s s s K s G 试编写matlab 程序，设计系统的滞后校正器Gc （s ）,要求：1) 在斜坡信号r(t)=t 作用下，系统的稳态误差ess 01.0≤；2) 校正后系统的相位裕度Pm 范围为：40~50；3) 绘制系统矫正前后的bode 图和阶跃响应曲线。
控制系统仿真第6章 电力电子及电机拖动系统的simscape仿真
由PWM逆变器供电的交流电机系统的仿真模型如图 所示。
该仿真模型由直流电源、通用桥式电路、PWM发生 器模块、交流异步电动机等组成，其中通用桥式模块 构成三相逆变器的主电路，PWM发生器模块为逆变 器的控制电路。
主要模块及参数：
直流电源使用Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology → Electrical Sources→ DC Voltage Source模块，输出电压 700V。
PowerGUI （ Power Graphical User Interface）模块是用于分析电力系统的 图形用户界面，也是使用 SimPowerSystems进行电力系统仿真的 必需模块。
该对话框分为上下两部分：上部分为仿 真参数设置对话框，下部分为powergui 提供的一系列分析工具。
“Steady-State Voltage and Currents”： 显示模型中稳态电压和电流 “Initial State Settings”：显示和修改初 始状态 “Load Flow” “Machine Initialization”： 用于执行潮流和电机初始化
随着现代电力电子技术的发展，脉宽调制PWM技 术已广泛应用到变频调速系统中，成为设计现代 变频器产品的主要方法。本节主要介绍PWM变频 器-交流异步电动机系统的建模和仿真。
脉宽调制PWM技术利用全控型电力电子器件的导 通和关断，把直流电压变成一定形状的电压脉冲 序列，实现变压、变频控制，并且能够抑制逆变 器输出电压或电流中的谐波分量，降低或消除变 频调速时电动机的转矩脉动，扩大调速范围。
6.1 单相不可控整流电路的Simscape仿真
6.1.1 单相不可控整流电路，又称为整流器，能够
电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告
电力拖动自动控制系统Matlab仿真实验报告实验一单闭环转速反馈控制直流调速系统一．【实验目的】1. 加深对比例积分控制的无静差直流调速系统的理解；2. 研究反馈控制环节对系统的影响和作用 .二．【实验步骤和内容】1. 仿真模型的建立：打开模型编辑窗口，复制相关模块，修改模块参数，模块连接。
2. 仿真模型的运行；仿真过程的启动，仿真参数的设置 .转速负反馈闭环调速系统 :直流电动机：额定电压U N=220V，额定电流I dN =55A，额定转速n N=1000r/min电动机电动势系数C e=0.192V.min/r, 假定晶闸管整流装置输出电流可逆，装置的放大系数K s=44，滞后时间常数T s =0.00167s，电枢回路总电阻R=1.0Ω，电枢回路电磁时间常数T1 =0.00167s，电力拖动系统机电时间常数Tm=0.075s，转速反馈系数α=0.01V.min/r对应额定转速时的给定电压U n∗ =10V 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图如图 5-1 所示。
图 5-1 比例积分控制的直流调速系统的仿真框图图 5-2 开环比例控制直流调速系统仿真模型图图 5-3 开环空载启动转速曲线图图 5-4 开环空载启动电流曲线图图 5-5 闭环比例控制直流调速系统仿真模型图在比例控制直流调速系统中，分别设置闭环系统开环放大系数 k=0.56 , 2.5, 30 ，观察转速曲线图，随着 K 值的增加，稳态速降减小，但当 K 值大于临界值时，系统将发生震荡并失去稳定，所以 K 值的设定要小于临界值。
当电机空载启动稳定运行后，加负载时转速下降到另一状态下运行，电流上升也随之上升。
图 5-6 k=0.56 转速曲线图图 5-7 k=0.56 电流曲线图图 5-8 k= 2.5 转速曲线图图 5-9 k= 30 转速曲线图图 5-10 闭环比例积分控制直流调速系统仿真模型图图 5-11 PI 控制转速 n 曲线图图 5-12 PI 控制电流曲线图在闭环比例积分（ PI ）控制下，可以实现对系统无静差调节，即, 提高了系统的稳定性。
控制系统Simulink仿真PPT课件(MATLAB学习资料)
积分环节的幅值与 成反比，相角恒为-
时，幅相特性从虚轴
处出发，
沿负虚轴逐渐趋于坐标原点，程序如下：
g=tf([0,1],[1,0]); nichols(g); grid on
运行程序输出如图6-14曲线②所示。
。当
在Simulink中积分环节的使用如如图6-15所示。 运行仿真输出图形如图6-10所示。
• 频域法是基于频率特性或频率响应对系统进行分析和设计的一种图解 方法，故又称为频率响应法，频率法的优点较多，具体如下：
• 首先，只要求出系统的开环频率特性，就可以判断闭环系统是否稳定。 • 其次，由系统的频率特性所确定的频域指标与系统的时域指标之间存
在着一定的对应关系，而系统的频率特性又很容易和它的结构、参数 联系起来。因而可以根据频率特性曲线的形状去选择系统的结构和参 数，使之满足时域指标的要求。 • 此外，频率特性不但可由微分方程或传递函数求得，而且还可以用实 验方法求得。这对于某些难以用机理分析方法建立微分方程或传递函 数的元件(或系统)来说，具有重要的意义。因此，频率法得到了广泛 的应用，它也是经典控制理论中的重点内容。
• 2）由于对数可将乘除运算变成加减运算。当绘制由多个环节串联而成的系统的对数坐标图 时，只要将各环节对数坐标图的纵坐标相加、减即可，从而简化了画图的过程。
• 3）在对数坐标图上，所有典型环节的对数幅频特性乃至系统的对数幅频特性均可用分段直 线近似表示。这种近似具有相当的精确度。若对分段直线进行修正，即可得到精确的特性曲 线。
其频率特性为：
一阶复合微分环节幅相特性的实部为常数1，虚部与 成正比，如图5-26曲线①所示。 不稳定一阶复合微分环节的传递函数为：
其频率特性为：
一阶复合微分环节的奈奎斯特曲线图编 程如下： clc,clear,close all g=tf([1,1],[0 1]);
matlab电力电子 自动控制 电力系统仿真
Matlab作业09电气2班陈雅淇200930530207 (1)电力电子交流调压器的matlab仿真：相控式单相交流调压原理通过某种装置对交流电压的有效值进行调整叫做交流调压。
交流调压的方式一般分为三种：相控式、斩波式、通断式。
第一种的电路一般由晶闸管构成，通过改变控制角实现调压。
第二种又叫交流斩波器，一般要用全控型器件来实现。
第三种也叫功率控制器，主电路也相控电路相似，但控制规则不同。
单相相控交流调压电路如图1-1所示。
两个晶闸管反并联与负载串联，通过改变控制角来调节晶闸管的导通时间，进而起到调节负载电压有效值的作用。
与晶闸管相控整流电路类似，负载性质会对电路的工作情况有较大的影响。
图1-1相控作用使电流发生滞后，并且波形也发生畸变，所以即使纯电阻负载功率因数也不1。
而且控制角越大，功率因数越低，这是相控电路普遍存在的一个缺点。
图1-2 单相调压电路电阻负载波形图1-3 带感性负载的交流调压电路图1-4 感性负载的电压和电流波形仿真如下：图 1-5 单相交流调压仿真图图1-8 输入脉冲信号设置仿真参数，仿真时间设置0.04ｓ，仿真算法ode15s；启动仿真，结果如图1-9和图1-10。
图1-9 α＝90°电流电压波形图1-10 α＝10°电流电压波形（2）电力系统matlab仿真为了保证问题研究具有普遍性，我们选择了典型的电力系统——单机一无穷大系统如图1所示．vi 是机端电压、xi是变压器的电抗、x 1 和x 2 是线路电抗、Vs是无穷大电源电压．直接利用PSB中的以下模块来组成我们要研究的传统励磁控制系统。
仿真之前必须合理的设置算法和精度．算法和精度选择的不适合，将使仿真结果偏离理论与实际，出现仿真图象不连续或者发散的情况，很可能令仿真难以进行，甚至被系统自动中断．MATLAB针对不同的系统提供给用户两大仿真算法——定步长和变步长，可以通过Simulation中的Solver 进行设置．定步长求解器使用固定的步长对系统进行求解，有Discrete，ode5，ode4，ode3，ode2，ode1；变步长求解器则能够根据用户指定的积分误差自动调整仿真步长，有Discrete，ode45，ode23，ode13，ode15 s，ode23 s，ode23 t，ode23 tb．仿真算法的选择很重要，算法的合理与否将影响到仿真的结果和仿真速度．MATLAB 针对刚性系统（系统的特征值相差很大，既有快变特性又有慢变特性的系统）提供了ode15 s，ode23 s，ode23 t与ode23 tb 等算法．电力系统模型由于含有发电机这类刚性系统应采用ode15 s，ode15 s是刚性系统的变阶次多步解法，因此仿真结果较准确．MATLAB 使用户方便地控制仿真精度，用户可以对积分绝对误差和相对误差进行合理的设置．减小积分误差限可提高系统仿真结果的精度，但系统仿真速度将变慢；使用较大的积分误差限或者定步长求解器可以加快系统的仿真速度，但会使仿真结果的精度降低．具体应用时应综合考虑系统仿真精度与仿真效率，来决定仿真模型的Relative tolerance 和Absolute tolerance: 的选项．综上，将求解器设置（Solver options）如下：Type: Varible step. Ode15 (s) (stiff/NDF) Max step size: auto Relative tolerance：1e-2Min step size: auto Absolute tolerance：1e-16Initial step size: auto Maximum order 5小扰动试验t= 5 s时在系统的励磁调节器机端电压参考输入端（vref）加上阶跃扰动（5％），进行小扰动试验，记录下该扰动下电功率Pe的时域响应如图3所示短路试验在t = 5.1 s时系统出现三相短路故障，在=5.2 s排除故障将线路重新闭合，得到系统电功率短路故障的时域响应如图4 所示．（3）自动控制matlab仿真三阶系统单位反馈传递函数F（s）=3（s^2+4s+3）/（2s^3+s^2+4s+2）Matlab参数如下：num=3*[1 4 3];den=[2 1 4 2];sys=tf(num,den);p=roots(den)t=0:0.01:3;figure(1)impulse(sys,t);gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('impulse response'); figure(2)step(sys,t);gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('step response'); figure(3)u=t;lsim(sys,u,t,0);gridxlabel('t');ylabel('c(t)');title('ramp response');单位脉冲响应单位阶跃响应单位斜坡响应。
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该对话框分为上下两部分：上部分为仿 真参数设置对话框，下部分为powergui 提供的一系列分析工具。
“Steady-State Voltage and Currents”： 显示模型中稳态电压和电流 “Initial State Settings”：显示和修改初 始状态 “Load Flow” “Machine Initialization”： 用于执行潮流和电机初始化
在参数设置中，将其类型设置为6脉冲发生器，勾选 触发方式为“双脉冲触发”（Double pulsing）。在双 脉冲触发方式时，下一个晶闸管触发的同时给前一 个晶闸管补一个脉冲，以保证在电流断续时，整流 器上下桥臂都各有一个晶闸管同时导通。该模块输 入端有3个：alpha控制移相角的大小，单位为度； wt端输入同步信号，一般由锁相回路（PLL）产生； block端是控制端口，如果输入block的值大于零， 则输出被禁止。
启动仿真之后，双击 powergui模块，单击 其中的FFT Analysis分 析工具，即可打开FFT 分析窗口。
单相不可控整流电路 直流侧电容两端的电 压以直流成分为主， 但是含有50Hz， 100Hz，200Hz， 300Hz等主要谐波成 分。
6.2 三相桥式全控整流电路的Simscape仿真
“Use LTI Viewer”：启动控制系统工具箱 中线性时不变系统分析工具的LTI浏览器
“Impedance vs Frequency Measurement”：显示阻抗-频率测量值
“FFT Analysis”：快速傅里叶分析
“Generate Report”：生成稳态计算结果 报告表
“Hysteresis Design Tool”：对饱和变压器 等的饱和铁心磁滞特性参数进行设置
T1
T3 T5
id
A
a
+
B C
b
R
ud
c
-
T2 T4 T6
主要模块及参数：
三相交流电压源采用 Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology →Electrical Sources →Three-Phase Source 模块。线电压有效值 （Vrms）为380V，频 率50Hz，内阻0.001。
Powergui模块是必不可少的，它提供了许多 关于电路模型的关键属性设置以及分析工具。 它位于Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology模块库中
Simscape仿真结果
整流器交流侧电压（实 线）和电流（虚线）
整流器直流侧输出电压
6.1.2 PowerGUI的使用
第6章 电力电子及电机拖 动系统的Simscape仿真
在Simscape的电子电路系统模块库 （SimElectronics）和电气系统模块库 （SimPowerSystems）中，提供了各种电力 电子元器件及电机等，它们是进行电力电子 系统仿真的理想工具。
Simscape模块库中的模块以直观易用的图形 方式对电气系统进行模型描述，也更易于和 控制系统相连接。
整流桥使用Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology →Power Electronics →Universal Bridge通用桥 式电路模块。该模块可直 接用作整流桥使用，也可 当作逆变器使用。
将桥臂数目设置为2，选 择电力电子器件类型为二 极管，其余默认参数不变。
直流侧滤波电感、电容和电阻使用Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology →Elements →Series RLC Branch模块。
双击该模块，并设置模块类型为电阻R，电容C和 电感L。电阻为10，电容为3300F，电感为 1mH。
测量电压或电流使用Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology →Measurements子模块库中的Voltage Measurement模块或Current Measurement模 块
6.1 单相不可控整流电路的Simscape仿真
6.1.1 单相不可控整流电路仿真实例
交流-直流(AC-DC)变换电路，又称为整流器，能够
将交流电转换为直流电.
L
D1
D2
iC
i2 a
iR 感容滤波
u1
u2
+C
R
b-
பைடு நூலகம்D4
D3
Simscape仿真电路：
主要模块及参数：
单相交流电压源采用Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology →Electrical Sources →AC Voltage Source模块。电压为 220V，频率50Hz
FFT分析工具的使用方法
使用FFT分析工具时，要求待分析的变量首先存在 于Matlab的工作空间中。 因此在启动仿真之前，需要首先设置仿真模型中 Scope模块的属性，将Scope模块中History标签下 的“Save data to workspace”勾选，表示将示波器 显示的数据同时保存到workspace中。这里的变量 名称根据需要修改为待FFT分析的变量名，数据格 式为“Structure with time”。
整流桥使用Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology →Power Electronics →Universal Bridge通用桥式电路模块。将桥臂数 目设置为3，选择电力电子器件类型为晶闸管，其 余默认参数不变。
三相桥式全控整流电路的6路触发脉冲由Pulse Generator模块产生，它位于Simscape →SimPowerSystems →Specialized Technology →Control and Measurements Library →Pulse & Signal Generators子模块库中。