内容发布更新时间 : 2024/12/23 21:47:50星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

4 MATLAB仿真

应用计算机仿真技术对交直流调速系统进行仿真分析，可以加深我们对所有理论的理解，提高实践动手能力。计算机仿真还是一种低成本的实验手段，近年来获得了广泛的应用。

目前，使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。本章就对PWM交流变频调速的MATLAB仿真作以研究。

4.1 Matlab软件简介

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

Matlab有以下诸多优势：

（1）友好的工作平台和编程环境

MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 （2）简单易用的程序语言

Matlab一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，而且这种语言可移植性好、可拓展性极强。这也是Matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 （3）强大的科学计算机处理能力

Matlab是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便地实现用户所需要的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层汇编语言，如C和C++。Matlab的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅里叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程组的求解、符号运算、三角函数和

其他初等数学运算、多维数组操作及其建模动态仿真等。 （4）出色的图形处理功能

Matlab自产生之日就具有了方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。新版本的Matlab对整个图形处理功能做了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），Matlab同样表现了出色的处理能力。

（5）应用广泛的模块集合工具箱

Matlab对于许多专门的领域都开发了功能强大额模块集和工具箱。一般来说，他们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要直接编写代码。目前，Matlab已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的许多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、地图工具、非线性控制设计、实时快速模型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱家族中有了直接的一席之地。

4.2 交—直—交变频调速系统仿真

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

此次毕业设计我们采用MATLAB的Simulink工具来对系统进行仿真，最后观察其波形。具体模块的参数、总电路及波形见下面的内容。

4.2.1 PWM发生器参数

这里仿真时PWM波是由PWM发生器得到的，此次毕业设计具体的PWM是由单片机的最小系统发出的。

图4.1 PWM发生器参数

4.2.2 电机参数

电机选用Simulink工具中的电机模块，具体参数如下图。