1、第七讲MATLAB在电子电路仿真中的应用,模拟电路仿真数字电路仿真,在MATLAB 5.2以上版本的SIMULINK中，均有一个由加拿大的HydroQuebc公司和TECSIM International公司共同开发的电力系统仿真模块库（Power System Blocks et，PSB），其功能非常强大，可用于对电路系统、电力电子系统、电机系统、电力传输过程等进行仿真。这个工具箱提供的是一种类似电路建模的方式进行模型绘制，在仿真前自动将其转化成状态方程描述的系统形式，然后再在SIMULINK环境下进行仿真。,模拟电路仿真,仿真模块与应用技巧1.1仿真模块与技巧 在MATLAB命令窗口中执行
2、powerlib命令，或在SIMULINK环境下的模块库窗口中单击SimPowerSystems（电力系统仿真模块库），都将会弹出如图所示的模块库。在SimPowerSystems模块库中，共有9个模块，其中有7个是仿真子模块集，在每个子模块集中又包含若干个仿真模块，用鼠标双击各个子模块集，便会打开相应的子模块集从中可以得到所需的模块。,模拟电路仿真,模拟电路仿真,Electrical Sources（电源子模块集） 如图所示，Electrical Sources（电源子模块集）中包含 DC Voltage Source（直流电压源）、AC Voltage Source（交流电压源）、AC C
3、urrent Source（交流电流源）、Controlled Voltage Source（可控电压源）和 Controlled Current Source（可控电流源）等 模块。,模拟电路仿真,模拟电路仿真,Elements（电路元件子模块集） 如图所示，Elements（电路元件子模块集）中包含Series RLC Branch（串联 RLC分支）、Series RLC Load（串联RLC负载）、Parallel RLC Branch（并联 RLC分支）、Parallel RLC Load（并联 RLC负载）、线性变压器、饱和变压器、互感器、分布参数线路、Breaker（断路器）以及
4、 PI Section Line（ 截面导线模块）、Three-phase blocks（三相模块）和Three-Phase Transformer（三相变换器）等模块。,模拟电路仿真,模拟电路仿真,需耍说明的是，在电路系统的仿真中，电阻、电容及电感元件是最常用的电路元件，但电路元件子模块集中没有这三个电路元件。不过，单独的电阻、电容及电感元件可由串联或并联的RLC仿真模块修改而得到，但这种修改过程不是直接将元件的参数置为0，而是需要在参数设置窗口中将L和C的参数设置改为0和inf（无穷大），将R的参数设置为需要的电阻值。在进行参数设置时一定要注意电路参数的单位，R、L和C的单位分别为（欧）、
5、H（亨）和F（法）。,模拟电路仿真,Power Electronics（功率电子仿真子模块集） 如图所示，Power Electronics（功率电子仿真子模块集）中包括 Ideal Switch（理想开关）、Diode（二极管）、Detailed Thyristor（晶闸管）、Gto（可关断可控硅）、Mosfet（场效应管）、Universal Bridge（电桥）、IGBT（绝缘栅二极管）模块和Control blocks（控制模块）与Discrete Control blocks（离散控制模块）等子模块集。,模拟电路仿真,模拟电路仿真,Measurements（测量仪表子模块集） 如图所
6、示，Measurements（测量仪表子模块集）中的模块主要用于电路参数的测量，其中包括 Current Measurement（电流表）、Voltage Measurement（电压表）、Impedance Measurement（阻抗表）等仿真模块和Measurement blocks（测量模块）与Discrete Measurement blocks（离散测量模块）两个扩展子模块集。,模拟电路仿真,模拟电路仿真,Connectors（连线器子模块集） 在一般电路中，除了前面介绍的各种电路元件外，还需耍一些连线器类的模块，用于实现各电路元件的连接。如图所示，连线器子模块集中含有输人输出模拟
7、接地、输入输出数宇接地、T型和L型连接器、水平/垂直的多进多出连接器以及水平/垂直的多进多出总线连接器。,模拟电路仿真,模拟电路仿真,在SimPowerSystems模块库中除了包括上述 子模块集外，还包括Machines（电机子模块集）、Extras（附加子模块集）、MATLAB演示窗口的接口模块以及关于电路仿真的图形用户界面模块等模块。前面介绍的只是电路中的主要模块，在实际的电路系统仿真中还可能需要调用SIMULINK的基本函数模块（如求模、求相位等模块）、输出模块（如示坡器、XY坐标图等）。,模拟电路仿真,1.2仿真命令 电力系统工具箱中提供的函数power2sys()可以用于提取从给定
8、电源到输出端子的状态方程模型，根据此状态方程模型就可以对整个电路进行频域分析，该函数的调用格式为： a, b, c, d=power2sys(模型名)其中，a、b、c、d为系统的状态方程矩阵。,模拟电路仿真,仿真方法与应用实例例：如图所示的电路的各支路的电流和电压。,模拟电路仿真,在求解这道题时，一般的解法是根据电路图用电路分析方法（如节点分析法）列出电压或电流方程，再求解出各支路的电压和电流，或者在求解的过程中利用MATLAB的科学计算功能辅助求解。显然，其求解过程是很复杂的，有没有筒单、直观的方法可以求解呢？如果将电路图用元器件和导线连接起来，再用电压表和电流表侧量，结果就很容易得到，而且
9、相当准确。但是，用真实的电器元件进行连接显然是不现实的。而MATLAB的SIMULINK动态仿真技术为此提供了便利的模拟工具。,模拟电路仿真,首完将上述电路图用MATLAB提供的电路仿真模块进行连接，并将各电路元件的参数按图中的值进行设置；然后将电压表和电流表连接到电路中去，这时便可以进行电压和电流的测量。电压表和电流表的连接方法如图所示。这样，要求哪一支路的电压或电流，只需要将电压表或电流表连接到相应的支路，然后通过示波器就可以直接观察到其电压或电流值。,模拟电路仿真,模拟电路仿真,MATLAB提供的是一种类似电路建摸的方式进行模型绘制。在仿真前先自动将其转化成状态方程描述的系统形式，然后才
10、在 SIMULINK环境下进行仿真。因此当运行仿真时，在MATLAB命令窗口会出现以下语句，以表示创建的模型是否正确，仿真是否进行完毕。SimPowerSystems processing circuit .Ready.若用命令在MATLAB命令窗口进行仿真，可以键入以下语句；a, b, c, d=power2sys(circuit),模拟电路仿真,当分析直流电源的电路时，采用代数方法即可进行分析，但当电源为交流电源时，则需要采用相量或复数的方法进行求解。而采用相量法分析电路是非常复杂的事，这时若采用MATLAB仿真技术，则可大大简化其求解过程。,模拟电路仿真,例：分析如图所示的电路，求出各支
11、路的电流和电压波形。,模拟电路仿真,首先按照上图所示的电路图在MATLAB的SIMULINK环境下建立好电路的模型，然后求得各支路的电压和电流的波形。这时，必须在电路中加入电压、电流测量表，加人后的电路图如图所示。,模拟电路仿真,若用命令在MAT LAB命令窗口进行仿真，可以键入下列语句：a, b, c, d=power2sys(circuit2),模拟电路仿真,如图所示电路，R=5、Ra=25、Rb=100、Rc=125、Rd=40、Re=37.5,采用编写M文件的方法求图中流过电阻R的电流。,模拟电路仿真,2.1.1 电阻的串联,特点:1)各电阻一个接一个地顺序相联；,两电阻串联时的分压公
12、式：,R =R1+R2,3)等效电阻等于各电阻之和；,4)串联电阻上电压的分配与电阻成正比。,2)各电阻中通过同一电流；,应用：降压、限流、调节电压等。,2.1.2 电阻的并联,两电阻并联时的分流公式：,(3)等效电阻的倒数等于各电阻倒数之和；,(4)并联电阻上电流的分配与电阻成反比。,特点:(1)各电阻联接在两个公共的结点之间；,(2)各电阻两端的电压相同；,应用：分流、调节电流等。,2.2 电阻星形联结与三角形联结的等换变换,电阻形联结,Y-等效变换,电阻Y形联结,等效变换的条件： 对应端流入或流出的电流(Ia、Ib、Ic)一一相等，对应端间的电压(Uab、Ubc、Uca)也一一相等。,经等效变换后，不影响其它部分的电压和电流。,据此可推出两者的关系,clearV=40;R=5;Ra=25;Rb=100;Rc=125;Rd=40;Re=37.5;Rsum=Ra+Rb+Rc;R1=(Rb*Rc)/Rsum;R2=(Ra*Rb)/Rsum;R1=(Rc*Ra)/Rsum;Req=R+R1+1/(1/(R2+Rd)+1/(R3+Re);i=V/Req,
