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电工学综合性设计性实验的设计
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1 MATLAB 简介
1.1 MATLAB 概述
MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)之意。除具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。
1.2 SIMULINK 概述
SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持具有多采样频率的系统。在SIMULINK环境中,利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型,然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口,采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点。SIMULINK包含有SINKS(输入方式)、SOURCE(输入源)、LINEAR(线性环节)、NONLINEAR(非线性环节)、CONNECTIONS(连接与接口)和EXTRA(其他环节)子模型库,而且每个子模型库中包含有相应的功能模块。用户也可以定制和创建用户自己的模块。[4]
2 电机实验仿真
2.1 引言
用MATLAB\SIMULINK对电工学实验中电机部分的典型实验进行仿真,将培养同学们的编程能力和动手自己设计实验的能力[5]。
2.2 单相变压器空载运行
2.2.1 实验原理
单相变压器空载运行时,原边电流主要用于产生主磁场,而电路损耗和铁芯损耗很小,因此即使外加电压很大,空载电流依然很小。同时由于受到磁路饱和的影响,在外加电压为正弦规律变化时,原边电流将畸变为尖顶波。运用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型,可以很容易地观察到这些现象[6]。
2.2.2 SIMULINK仿真模型
由图1可见,电压测量模块与电源并联,电流测量模块与电源及变压器原边绕组串联,然后将测量模块的输出分别送至示波器,以观察波形。
单相变压器副边接一个电压测量模块(相当于开路),但并不需要接示波器。
双击交流电源、单相变压器、示波器等模块,可以进行相应参数设置。
在SIMULINK仿真模型库中,既有饱和变压器模型,也有线性(即不饱和)变压器模型,因为要研究饱和引起的电流畸变问题因此必须采用饱和模型。(图4)
2.2.3 实验结果
双击示波器模型仿真结果如图5所示。
3 结束语
本设计的基本思想是MATLAB / SIMULINK对电工学实验(电机部分)进行设计和仿真,形成综合性设计性实验。
通过用MATLAB编程和用SIMULINK搭接实验电路图,能提高同学们的对实验的设计能力,起到综合性设计性实验的作用。
