基于Simulink的电路仿真实验设计【毕业设计】.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 Simulink 的电路仿真实验设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 苏州大学本科生毕业设计（论文）- i -基于 Simulink 的电路仿真实验设计目 录引言 .2第 1章 Simulink 仿真技术介绍 .3第 1.1 节 简介 .3第 1.2 节 Simulink 的应用 .3第 1.3 节 Simulink 模块库 .7第 2章 电路仿真实验设计 .9第 2.1 节 电路仿真设计方向 .9第 2.2 节 电路仿真设计思路与步骤 .9第 3章 电路仿真实验实例设计 .11第 3.1 节 电源电阻电路 .11

2、第 3.2 节 并联谐振电路 .12第 3.3 节 串联谐振电路 .14第 3.4 节 RC 电路 .16第 3.5 节 三相桥式整流电路 .17第 4章 电路仿真实验实例测试 .20第 4.1 节 电源电阻电路 .20第 4.2 节 并联谐振电路 .21第 4.3 节 串联谐振电路 .23第 4.4 节 RC 电路 .25第 4.5 节 三相桥式整流电路 .28结论 .31参考文献 .33致谢 .34苏州大学本科生毕业设计（论文）第 1 页基于 Simulink 的电路仿真实验设计【摘要】：本文主要研究的是基于 Simulink 的电路仿真实验设计，阐述了 Simulink的仿真功能、电路仿

3、真实验设计的思路、以及 Simulink 对电路仿真的意义，设计了电源电阻电路、串联振荡电路、并联振荡电路、RC 电路、三相桥式整流电路这五个电路，演示了设计实验的操作过程，仿真出了设计实验的实验现象，证明了基于 Simulink 的电路仿真实验设计的优势。【关键词】：电路；Simulnk；实验设计Abstract : This paper mainly researched the design of experimental circuit simulation based on Simulink, expounded the function of Simulink simulation

4、, the ideas of designing circuit simulation experiment, and the meaning of the circuit simulation, designed the five circuits, such as the power circuit, the series oscillatory circuit, the series parallel oscillatory circuit, RC circuit,three-phase bridge rectifier circuit, operates the process of

5、the designed experiments, simulated the experimental phenomena of the experiments, and proved the advantages of the design of experimental circuit simulation based on Simulink.Key words:Circuit；Simulink；The experimental design苏州大学本科生毕业设计（论文）第 2 页引言MATLAB 语言由于其语法的简洁性，代码接近于自然数学描述方式，以及具有丰富的专业函数库等诸多优点，越

6、来越成为科学研究、数值计算、建模仿真，以及学术交流的实施标准。Simulink 作为 MATLAB 语言上的一个可视化建模仿真平台，起源于对自动控制系统的仿真需求，它采用方框图形建模的形式，更加贴近于工程习惯。随着MATLAB/Simulink 通信、信号处理专业函数库和专业工具箱的成熟，它们逐渐为广大通信技术领域的专家学者和工程师所熟悉，在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用也更加广泛。Simulink 可视化仿真工具能够以非常直观的方框图形象地对通信系统进行建模，并以“实时”和动画的方式来将模型仿真结果（如波形、频谱、数据曲线等）显示出来，更便于对通信系统的

7、物理概念和运行过程的直观理解，所以近年来在通信工程中得到了广大师生的重视和广泛应用，在理论教学、课程实践环节以及理论和技术前沿中发挥了重要作用。电路作为一门基础的课程，相关专业的学生学会电路分析，会对以后的专业课程的学习打下一个良好的基础，而我们学生要学好这门课程，不仅需要具备扎实的理论知识，还需要足够多的实验训练。诚然，我们在实验室可以做相关的电路实验，但我们发现，实验室的器材是有限的，甚至还有很多器材已经损坏，这对我们学生来说操作十分不便。这时，Simulink 的到来，可以方便我们学生更好地学习与实验，当然，理论结果与实际操作毕竟有些出入，但我们可以通过 Simulink 来对电路进行仿

8、真，更好地观察电路现象及元器件的功能特性。电路的设计，用 Simulink 中虚拟模块进行电路制图，也可以让学生在实验设计这方面有很大地提升，通过直接修改元器件的参数，来观察电路现象的变化，与实验操作比起来，也是一个大大的简化过程，不仅略去不断地替换元器件的冗长过程，而且也减少了元器件的损坏，既节省了时间，又减少了成本。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 3 页第 1 章 第 1.1 节 简介1990 年，MathWorks 软件公司为 MATLAB 提供了新的控制系统模型化图形输入与仿真工具，并命名为 SIMULAB，该工具很快就在控制工程界获得了广泛认可，使得仿真软件进入了模型化图形组态阶段

9、。1992 年正式将该软件更名为 Simulink。Simulink 的出现给控制系统分析与设计带来了福音。它有两个主要功能：Simu （仿真）和 Link（连接） ，即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用 Simulink 提供的功能来对系统进行仿真和分析。Simulink 是 MATLAB 软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与 MATLAB 语言的主要区别在于：它与用户交互接口是基于 Windows 模型化图形输入的，从而使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指 Simulink 提供了一些按功能

10、分类的基本系统模块，用户只需要知道这些模型的输入、输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模块（以.mdl 文件进行存取） ，进而进行仿真与分析。第 1.2 节 Simulink 的应用1.2.1. Simulink 仿真操作启动软件 MATLAB 后，用鼠标单击 MATLAB 主窗口的 按钮来打开 Simulink Library Browser 窗口，如图 1-1 所示。在这个窗口里，我们会看到有许多模块库，我们在进行构造控制系统或是电路仿真制作都是从这个窗口里选择模块。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 4 页图 1

11、-1 Simulink Library Browser 窗口Simulink 启动后，我们可以点击 File 里新建一个编辑窗口，或是直接点击如图 1-1 中所示的白色空白页的按钮，便可以打开如图 1-2 所示的 Simulink 的仿真编辑窗口，在这个窗口里，我们就可以将模块库中的模块拖入，进行系统连接或是将电路元器件拖入这个窗口，进行电路连接。图 1-2 Simulink 的仿真编辑窗口苏州大学本科生毕业设计（论文）第 5 页电路图制作完成后，我们就可以点击如图 1-3 所示编辑窗口上 Simulation 中 start，或是直接点击开始运行的按钮便可以对电路或控制系统进行仿真了。图 1

12、-3 仿真编辑窗口1.2.2. Simulink 功能(1)、 交互式仿真工具Simulink 的开放性非常高，主要是将模型通过框图形式表示出来，或者将已有的模型添加组合到一起，又或者将自己创建的模块添加到模型当中。Simulink 也具有很高的交互性，我们可以随意修改模块的参数，而且也可以直接使用 MATLAB 的分析工具，通过分析得到的结果能进行可视化显示，Simulink 的一个意图就是让我们在使用 Simulink 的同时可以感受到建模与仿真的乐趣。同时 Simulink 提供了大量的模块，我们可以快速地建立动态系统模型，只需要用鼠标，就能够建立很复杂的仿真模型，不会对对模型中的连接数

13、量和规模有限制。(2)、 图形化动力系统建模工具利用 Simulink 工具包可以不受线性系统模型的限制，能够建立更加真实的非线性系统，如在系统中考虑摩擦力、空气阻力、齿轮滑动等。它将计算机变成一个系统建模与分析的实验室，特别是对于那些无法做实验的系统。Simulink 提供了非常全面的模块库及工具箱，使得模型的建立十分方便。对于模型的建立，可以采用从上到下或者从下到上的顺序，也可以按照信号流程的方式。后面一种建模方法思路清晰，对模块的相互作用和组织形式一目了然。在建立好模型之后和运行仿真之前，必须对模型进行参数设置。仿真所需要的模型苏州大学本科生毕业设计（论文）第 6 页参数设置可以通过 M

14、ATLAB 命令或者 Simulink 菜单进行。这两种方式各有千秋，前者适合批处理多个仿真，而后者则直观方便。模块参数的设置方法是双击相应模块，在弹出对话框中进行参数设置。仿真完成后，可以使用 Scope 或 XY Graph 等模块来显示结果。除能够将数据导出到 MATLAB 的工作空间之外，还可以将 MATLAB 工作空间中的数据导入到 Simulink 模型中。(3)、 Simulink 的扩展功能Simulink 是一个开放式结构体系，允许用户自己开发各种功能的模块，无限制地添加到 Simulink 环境中，以满足不同任务的要求。可以通过以下方式来增强 Simulink 的模块功能。

15、1）采用 MATLAB 的 M 文件、Fortran 以及 C 代码生成自定义模块。2）利用 Simulink 本身来建立子系统，封装自定义的模块。3）将 Simulink 与开发好的 S-函数无间隙连接起来，完成复杂功能。4）将原有的 Fortran 和 C 代码连接起来。5）第三方开发的工具箱。6） 其他工程软件（如 Adams、Femlab 和 Labview 等）与 MATLAB 的衔接接口，Simulink 可以非常方便地使用这些软件中的信息，同时也可以被这些软件调用。(4)、 Simulink 专用模块库与相关产品为丰富 Simulink 建模系统， MathWorks 公司开发或

16、收购了许多有特殊功能的模块程序包。利用这些功能强大的程序包，使用户能够非常方便地建立模型或者完成系统分析，生成建立的 Simulink 模型实时代码。常用的 Simulink 模块（Blockset）如下。1）CDMA Reference Blockset（CDMA 通信系统设计与分析）2）Communication Blockset （通信系统工具箱）3）Dials & Gauges Blockset（交互式图形和控制面板设计工具箱）4）DSP Blockset （数字信号处理工具箱）5）Fixed-Point Blockset（定点运算控制系统工具箱）6）Motorla DSP Devel

17、opers Kit（Motorla DSP 开发工具）7）Neural Network Blockset（神经网络）8）Nonlinear Control Design Blockset（非线性控制设计工具箱）9）Real Time Workshop（实时系统）10）SimMechanics（机构仿真）11）SimPowerSystems（电力电动工具箱）苏州大学本科生毕业设计（论文）第 7 页12）Stateflow （流程控制）13）TI DSP Developers Kit（TI DSP 开发工具）、 1.3、 Simulink 模块库从上述的图 1-1 所示的界面左侧可以看到，整个 S

18、imulink 模块库是由各个用途不同的模块组成的，故该界面又称为模块库浏览器。这里我们主要说明两个模块库，这两个模块库是我们用于电路仿真最常用到的模块库了。一个是标准 Simulink 模块库，另一个是 SimPowerSystems 模块库。1.3.1. 标准 Simulink 模块库可以看出，在标准 Simulink 模块库中，有常用的模块库（Commonly Used Blocks） 、连续模块库（Continuous ） 、非连续模块库（DisContinuous） 、离散模块库（Discrete） 、数学运算模块库（Math Operations） 、端口和子系统模块库（Ports

19、mouth& Subsystems） 、信号属性（Signal Attributes） 、接收器模块（Sinks ） 、输入源模块库（ Sources） 、用户自定义函数模块库（User-Defined Functions）等几个部分。我们对电路进行仿真时需要数据显示及波形变化时，便需要用到这里的接收器模块。1.3.2. SimPowerSystems 模块库在常用的 Simulink 模块中还有一个 SimPowerSystems（电力电动工具箱） ，如图 1-4所示。它由 Electrical Sources（电源） 、Elements（元器件） 、Extra Library（特别的元件） 、Machines（电机） 、Measurements（测量仪器） 、Phasor Elements（相量元器件） 、Power Electronics（电力电子）组成。这里我们的电路仿真实验操作主要就是依靠这个模块库里的模块进行电路制图以及仿真，里面可以提供电源，电容，电阻，电感，三相电源，桥式电路，电流表，电压表等等。苏州大学本科生毕业设计（论文）第 8 页图 1-4 SimPowerSystems（电力电动工具箱）