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5.1.1 MATLAB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。武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„ex5_1.mclear;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武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„ex5_1武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„注意Simulink仿真中imeasurement模块/vmeasurement模块和Display模块/Scope模块的联合使用„Series RLC Branch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0C：Resistance设置为0  Capacitance设置为真实值Inductance设置为0L：Resistance设置为0Capacitance设置为inf Inductance设置为真实值武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜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：具体电路仿真武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜5.1.2 Power System Blockset模块集及powerlib窗口„Power System Blockset模块集是MATLAB中专用的电路仿真模块集，其中内含有Electrical Source、Elements等子模块库，而电路仿真常用的DC Voltage Source、Series RLC Branch、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Power System Blockset的各个子模块库的图形标志和名称，在Command Window命令窗总直接输入powerlib命令，即可将powerlib窗口打开。武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜Electrical Sources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武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜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、Circuit Breaker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。„Circuit Breaker（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。武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜Power Electronics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Discrete Control Blocks（离散控制模块）库和Control Blocks（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。武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜Measurements库„包含各种测量模块，分为Eletrical（电路测量）类和Extra Measurements（扩充测量模块）类，其中后者又包含Discrete Measurement Blocks（离散值测量模块）库和Measurement Blocks（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。武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜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武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜Demos连接„包含MATLAB自带电路仿真示例的连接e.g. SimPowerSystems Demos→Simple Models →Saturable Transformer with Hysteresis: Simulation of  hysteresis in a Saturable Transformer block武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜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。武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜5.1.3 Powergui模块在电路仿真中的应用„ex5_2  P101 例〔4-7〕武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„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－连续仿真武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„Steady State Voltage and Currents显示稳态电压和电流武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„Initial States Setting显示模型中电流和电压的初值，并可由用户改变初值。„Load Flow and Machine Initialization初始态设置工具„Use LTI Viewer使用控制系统工具箱观测时域和频域的响应曲线„Impedance v.s. Frequency Measurements显示阻抗随频率的响应„FFT AnalysisFFT分析武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„Generate Report生成文本格式的电路分析报告„Hysteresis Design Tool磁滞特性分析工具„Compute RLC Line Parameter计算传输线的特征参数武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜§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_3ab400KΩ90V20Ω60Ω40V0.5uFVc武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„RLC电路的响应ex5_4clear;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])武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„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sym object类型数据，需用函数作图指令武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜5.2.2稳态电路仿真„含受控源的正弦稳态电路ex5_5武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„注意频率和仿真步长的协调武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜§5.3 功率系统仿真5.3.1 Diode模块Diode模块位于Powerlib库中的Power Electronics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。„Snubber Resistance Rs：D两端的缓冲电阻„Snubber Capacitance Cs：D两端的缓冲电容武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„二极管双向限幅电路ex5_6„Vs：5V 10Hz„R：2Ω„D：开启电压0.7V,导通电阻0.01Ω武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜5.3.2 IGBT模块IGBT模块位于Powerlib库中的Power Electronics子模块库中，其全称为insulated gate bipolar 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。武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜„模块应用ex5_7武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜5.3.3 MOSFET模块MOSFET模块位于Powerlib库中的Power Electronics子模块库中，其描述一个MOSFET场效应管。„e.g. SimPowerSystems Demos→Power Electronics Models →MOSFET Converter: MOSFET in a zero-current quasi-resonant converter武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜武汉大学物理科学与技术学院微电子系常胜习题：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