Matlab简介
- 格式：doc
- 大小：136.66 KB
- 文档页数：6
Matlab简介
1980年，美国CleveMoier博士在新墨西哥大学讲课时，认为高级语言的运用十分不便，于是创立了Matlab（MatrixLaboratory的缩写)，即矩阵实验室，早期的Matlab 软件是为了帮助老师和学生更好地学习，是作为一个辅助工具而之后逐渐演变成了一种实用性很强的工具。
1984，MathWorks软件公司推出了一种高级语言。
它不但能编程还能用于数值计算以及图形显示，并用与控制系统以及工程设计。
90年，MathWorks 软件公司为Matlab开发了一种新的用于图形控制及仿真模型建立的软件Simulink。
它是Matlab的一个扩展软件模块，这个模块为用户提供了一个用于建模仿真各种数学物理模型的软件，并且提供各种动态的结构模型，是用户可以快速方便的建模并且仿真，而不必写任何程序。
基于此优点，该工具很快被业界认可，并用于各种控制系统。
Matlab编程工具不像C语言那样难以掌握，所以在这种仿真环境下用户只需要简单的列出计算式，结果便会以数值或图形的方式显示出来。
从Matlab被发明以来，它的快速性集成性、以及应用的方便性在高校中得到了好评。
它可以很方便的进行图形输出输入，同时还具有工具箱函数库，也能针对各个学科领域实现各种计算功能。
另外，Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便地与其他语言实现混合编程，这都进一步拓宽了它的应用范围和使用领域。
Matlab由主程序、Simulink动态仿真系统、和Matlab工具箱三部分组成。
其中主程序包括Matlab语言、工作环境以及应用程序；Simulink动态仿真系统是一个相互交互的系统，用户制作一个模拟系统，并动态控制它；而工具箱就是Matlab基本语句的各种子程序和函数库。
它有可以分为功能性和学科性工具箱。
功能性的工具箱主要用于扩展Matlab的符号计算功能、图形建模功能、文字处理功能和与硬件的实时交互过程，如符号计算工具箱等；学科性的工具箱则有较强的专业性，用于解决特定的问题，如信号处理工具箱和通信工具箱。
如今，Matlab软件正在成为对数值、线性代数以及其他一些高等应用数学课程进行辅助教学的有力工具；在工程技术界，Matlab软件也被用来构建与分析一些实际课题的数学模型，其典型的应用包括数值计算、算法预设计与验证，以及一些特殊矩阵的计算应用，如统计、图像处理、自动控制理论、数字信号处理、系统识别和神经网络等。
它包括了被称作工具箱(Toolbox)的各类应用问题的求解工具。
工具箱实际上是对Matlab软件进行扩展应用的一系列Matlab函数(称为M函数文件)，它可用来求解许多学科门类的数据处理与分析问题。
Matlab的主要特点有：
1. Matlab的单位为矩阵，它的表达式与数学工程计算类似，并且可以随时修改，而且行和列无需定义。
2. Matlab对错误可以立即反映，并且进行解释，大大减少了调试和编程的工作量，且具有友好的人机界面。
3. Matlab语言规则适于交流，而且具有强大的作图和数据可视化功能，并且简单、直观、方便。
4. Matlab软件包有许多工具箱，各种工具箱能针对某一专门的问题或新算法解决，还为其它语言提供了各种接口，以实现数据的传递和共享。
2.2 Simulink简介
Simulink是MathWorks公司开发的又一个产生重大影响的软件产品。
它能准确的分析各种复杂的系统模型，在1990年，Mathworks为MATLAB提供了新型的控制系统模型输入与仿真工具，并取名为Simulink，其中包含了两大主要部分：仿真平台和系统仿真模型库。
Simulink可以用来建模、分析和仿真各种动态系统，包括连续、离散以及各种混合系统它提供了鼠标拖放式的方法建立系统框图，通过丰富的功能块，快速建立动态仿真模型。
该软件有两个特别明显的功能:仿真与链接。
也就是说，可以直接利用鼠标在模型窗口中画出所需要的控制系统模型，然后再利用该软件提供的功能来对控制系统直接进行模拟。
很明显，这种做法使得一个原本很复杂的系统变得相当容易输入。
Simulink的出现，使得Matlab在控制系统仿真以及电脑辅助设计(CAD)中的应用开创了崭新的一页。
Simulink是Matlab环境下的模拟工具，其文件类型为.mdl, Simulink为用户提供了方便的图形化功能模块，以便连接一个模拟系统，简化设计流程，减轻设计负担。
更重要的是，Simulink能够用Matlab自身的语言或其它语言，根据s.函数的标准格式，写成自定义的功能模块。
因此其扩充性很强，同时也能调用.dll文件类型的应用程序，实现与其集成应用的目的。
在倒立摆系统的仿真过程中会用到Simulink的基本操作和用法。
2.3 SimPowerSystems模型库概述
SimPowerSystems是进行电力电子系统仿真的理想工具，与SABER等仿真软件进行器件级别的仿真分析不同，SimPowerSystems中的模型更加关注器件的外特性，易于与控制系统相连接SimPowerSystems模型库中包含常用的电源、电力电子器件和模块、电机模型以及相应的驱动、控制和测量模块，使用这些模块进行电力电子电路系统、电力系统、电力传动等的仿真，能够简化编程工作，以直观易用的图形方式对电气系统进行模型描述。
SimPowerSystems的特点：
⑴为电力系统模型建立详细而全面的模块库；
⑵为快速仿真和实时仿真提供了矢量化和离散化的方法；
⑶不但可以计算电路的状态空间变量还可以计算电力系统的潮流、电流电压的稳态解；
⑷提供了扩展电气模块的多种设备。
图2-1 Simpowersystem模型库
2.3.1 电源库（ElectricalSources）
电源库中包含了电路及电力系统中的各种交流、直流电源，它的英文名称是Electrical Sources，其中包含了以下模块：
图2-2 电源库
Current Source是交流电流源；AC V oltage Source 是交流电压源；Battery 是电池；Controlled Current Source 是可控电流源；Controlled V oltage Source 是可控电压源；DC V oltage Source 是直流电流源；Three-Phase programmable V oltage Source是三相可编程电压源；Three-Phase Source 是三相电压源。
2.3.2 元器件（Elements）
元器件库中包含了各种电器、元件的模型，其中包含了以下几种模块：
图2-3 元器件
Breaker 断路器；Connection Port 连接端子；Distributed Parameters Line分布参数传输线；Grounding transformer接地变压器；Linear transformer线性变压器；Multi-Winding Transformer 多绕组变压器；Mutual Inductance 互感；Paraller RLC Branch 并联RLC支路；Paraller RLC Load 并联RLC负载；Pi Section Line 型传输线；Saturable Transformer 饱和变压器；Series RLC Branch 串联RLC支路；Series RLC Load 并联RLC负载；Surge Arrester 压敏电阻；Three-Phase Braker三相断路器；Three-Phase Dynamic Load 三相动态负载；Three-Phase Fault 三相故障；Three-Phase Harmonic Filter 三相滤波器；Three-Phase Mutual Inductance Z1-Z0 三相互感正序-零序；Three-Phase PI Section Line 三相型传输线；Three-Phase Parallel RLC Branch 三相并联RLC支路；Three-Phase Parallel RLC Load 三相并联RLC负载；Three-Phase Transformer (Three Windings) 三相变压器（3绕组）Three-Phase Transformer (Two Windings) 三相变压器（2绕组）；Three-Phase Transformer 12 Terminals 三相变压器（12端子）；Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type (Three Windings) 电感矩阵式三相变压器（3绕组）；Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type（Two Windings）电感矩阵式三相变压器（2绕组）；Zigzag Phase-Shifting Transformer Zigzag 移相变压器。
2.3.3 测量库（Measurements）
图2-4 测量库
Current Measurement 电流测量；Impedance Measurement 阻抗测量；Multimeter 多路测量；Three-Phase V-I Measurement 三相电压电流测量；V oltage Measurement 电压测量。
SimPowerSystems还包含了电力电子库（PowerElectronics）模块库和电机库（Machines），电力电子库中可以找到GTO、IGBT和整流桥等元件。
电机库（Machines）中可以找到大部分电机的模型。
