锂电池matlab simulink建模与仿真
matlab Simulink建模与仿真.ppt [兼容模式]
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第五章Simulink建模与仿真Ø系统仿真的基本概念Ø动态系统数学模型及其描述Ø动态系统的Simulink仿真Ø系统过零和代数环Ø子系统和S-函数Ø示例分析系统仿真的基本概念（一）系统（仿真的对象）•系统是指具有某些特定功能、按照某些规律结合起来、互相作用、互相依存的所有物体的集合或总和。
它具有整体性和相关性两个基本特征。
•研究系统通常从以下三方面考虑：实体：组成系统的元素、对象属性：实体的特征。
活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程系统仿真的基本概念（二）系统模型•系统模型是对实际系统的一种抽象，是系统本质的表述。
或者说模型是对真实世界中物体或过程的信息进行形式化的结果。
•系统仿真中所用的模型可分为实体模型和数学模型。
•实体模型，又称物理效应模型，是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型。
静态的实体模型最常见的是比例模型，如用于水洞实验以及实验水槽中的鱼雷比例模型。
模型类型静态系统模型动态系统模型连续系统模型离散事件系统集中参数分布参数时间离散数学描代数方程微分方程传递函数偏微分方差分方程、Z变换离散状态概率分布排系统仿真的基本概念述状态方程程方程队论应用举例系统稳态解工程动力学系统动力学热传导场计算机数据采样系统交通系统市场系统电话系统计算机分时系统Petri网状态机UML……系统仿真的基本概念（三）系统仿真的定义•系统仿真是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机和各种专用物理效应设备为工具，利用系统仿真的特殊功效•安全性•经济性系统仿真的作用•优化系统设计。
在复杂的系统建立以前，能够通过改变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计。
•对系统或系统的某一部分进行性能评价。
•节省经费。
仿真试验只需在可重复使用的模型上进行，所花费的成本比在实际产品上作试验低。
•重现系统故障，以便判断故障产生的原因。
•可以避免试验的危险性。
第三章 matlab的simulink建模与仿真
3、信号组合与分支
3、运行仿真
四、simulink子系统介绍
1、子系统生成
在已有的系统模型中建立子系统
先建立空的子系统
2、建立复杂系统模型
自下向上的设计思路
自顶向下的设计思路
3.5 simulink与matlab的接口设计
一、使用工作空间变量设置系统模块参数
二、将信号输出到workspace
3、其它子系统
可配置子系统，代表用 户定义库中的任意模块， 只能在用户定义库中使用。 函数调用子系统。
for循环
信号组合器
信号探测器 信号维数改变器
函数调用发生器
向goto模块传递信号
选择或重组信号
信号属性修改 输入信号宽度
Sinks（系统输出模块库）
以数值形式显示输入信号
悬浮信号显示器
为子系统或模型提供输出端口 信号显示器 当输入非零时停止仿真 中断输出信号 将仿真数据写入.mat文件 将仿真数据输出到matlab工作空间 使用matlab图形显示器
三、从workspace中产生信号源
四、向量与矩阵
五、matlab function与function模块
Fcn： 用于实现简单函数关系 输入总表示成u（可是一向量） 输出是一标量 Matlab Fcn： 用于调用matlab函数实现某一 功能 所调用函数只能有一个输出 （可以是一个向量）
单输入函数只需要使用函数名， 多输入需引用相应的元素
在每个仿真步长内都需要调用 matlab解释器
例：信号平方运算
3.6 simulink子系统技术
一、回顾
1、通用子系统的生成
2、子系统的基本操作
子系统的命名
子系统的编辑
MATLAB的仿真工具箱Simulink模型的建立与仿真学习教程优秀PPT课件(基本库原件、搭建
•
Ignore limit and reset when linearizing：若勾选此选项，则表示当系统为线性化系统时，前
面的积分上下线限制和触发事件无效，默认缺省值为不勾选；
•
Enable zero-crossing detection：使系统通过零点检验，默认勾选。
• 搭建Integrator模块如图3-35所示。
•
Pulse Generator其模块属性如图3-19所示。
• 如图3-19所示Pulse Generator模块，对于其属性窗口：
• Amplitude：脉冲信号的振幅，指定为标量或矢量，默认值为1。
• Period(secs)：脉冲数字采样周期，默认值为10。
• Pulse width：脉冲宽度，输入为矢量或标量，默认值为5。
• External reset：设置信号的触发事件（rising, falling, either, level, level hold, none），默认设置为 none，保持系统原态。
• Initial condition source：参数输入的状态，分为外部输入external和内部输入internal，通常默认设 置为internal。
3.3.3 Transfer Fcn模块
• Transfer Fcn其模块属性如图3-37所示。
• 如图3-37所示Transfer Fcn模块，对于其属性窗口：
• Numerator coefficients：传递函数分子系数，系统默认值为[1]；
• Denominator coefficients：传递函数分母系数，系统默认值为[1,1]；
• Derivative模块，表示微分环节，Derivative其模块属性如图3-31所示。 • 如图3-31所示Derivative模块，对于其属性窗口： • 搭建Derivative模块如图3-32所示。
MA ABSimulink 锂电池建模
锂电池是目前在各个能源密集型行业中用途广泛，例如新能源汽车、电力微网、航空航天等。
电池模型的建立对研究电池的特性、SOC（state-of-charge）估计、SOH （state-of-health）估计、BMS算法开发以及电池系统的快速实时仿真有重要的意义。
等效电路建模，由于其简单适用性，常常应用在在系统级仿真和控制算法设计过程中。
通过实验数据采集、等效电路模型建立和数学优化技术，用相对简单的RC等效电路可以模拟一个电芯。
若干电芯模型通过不同类型的并串联方法，形成电池包模型。
在电池包模型内，也可加入热电效应仿真。
在上图中，10 个电芯以 10S1P 的形式形成一个电池包（此处工具为 Simscape）。
蓝色的线表示电线连接，橙色的表示热交换连接。
在图中电芯之间的热交换形式为热对流。
电芯的模型为下图所示：R0 表示内阻，R1C1 表示一对 RC，左边的电压源表示开路电压（Em）。
由于只有一对 RC，所以这是一阶等效电路。
上图表明，通过在一个不断充放电的工况下的仿真，我们发现电芯5 和电芯6 有较高的温度，而电芯 1 和电芯 10 温度较低。
原因是在串联结构中，位置处于中间的电芯散热较差，而处于边缘的电芯散热较好。
锂电池的型号多种多样，比如镍钴锰三元材料(NMC)、磷酸铁锂(LFP) 等。
每种电池的化学特征决定了各自不同的等效电路特征。
等效电路的特征由如下两个要点决定：1.RC 的阶数2.R0 、RC 和 Em 的数值下一节中我们将讨论如何获取（估计）上述两个要点数值。
锂电池的老化对模型的影响也是电池模型研究的方向之一。
找出模型的拓扑结构和模型参数的改变趋势，对于SOH 的估计有很强的现实意义。
本文将在第四章中讨论电池老化对电池模型的影响。
被动均衡也是电池管理系统（BMS）的研究热点之一，文末我们将给出一个被动均衡的示例供读者参考。
RC 等效电路的参数设计脉冲放电法RC 等效电路有物理意义的前提是电路中所有 RC 对和 R0 都必须完整地“经历过”一个放电周期。
MatlabSimulink系统建模和仿真
图：电容的充电、放电过程的仿真结果。在充电仿真中，输出信号 为系统的零状态响应。在放电过程仿真中，输出信号为系统的零输 入响应。 如果要仿真系统输入信号为任意函数的情况，只需要修改仿 真程序中的输入信号设臵即可。
“实例2.3”单摆运动过程的建模和仿真。 （1）单摆的数学模型 设单摆摆线的固定长度为l ，摆线的质量忽略不计，摆锤质 量为m ，重力加速度为g ，设系统的初始时刻为t=0 ，在任 意 t 0 时刻摆锤的线速度为v(t) ，角速度为 w(t ) ，角位移 为 (t ) 。以单摆的固定位臵为坐标原点建立直角坐标系， 水平方向为x 轴方向。如下图所示。
图：电容的充电电路以及等价系统
（1）数学分析
首先根据网络拓扑和元件伏安特性建立该电路方程组
dy (t ) i (t ) C dt
dy (t ) 1 1 x(t ) y (t ) dt RC RC
y(t ) x(t ) Ri (t )
并化简得
该方程也称为系统的状态方程。在方程中，变量y 代表电 容两端的电压，是电容储能的函数。本例中它既是系统的 状态变量，又是系统的输出变量。
7.1 Matlab编程仿真的方法
7.1.1 概述 通过编程的形式建立计算机仿真模型是最基本的 计算机建模方法。Matlab编程仿真过程就是用编 写脚本文件或函数文件来描述数学模型，并实现 计算机数值求解的过程。 我们把外界对系统产生作用的物理量称为输入 信号或激励，把由于系统内部储存的能量称为系 统的状态，而将系统对外界的作用物理量称为系 统的输出信号或响应。
图：模拟真实示波器显示的调幅仿真波形，仿真中考虑了输 入信号与示波器扫描不同步，载波相位噪声以及加性信道噪 声的影响
7.1.3 连续动态系统的Matlab编程仿真 7.1.3.1 几个实例
MATLABSimulink建模与仿真基础 ppt课件
Simulink建模与仿真基础
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MATLABSimulink建模与仿真 基础
2、打开文件 打开仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口输入不加扩展名的文件名
★ 在Matlab命令窗口选择“File”“Open”
★ 在Simulink模块库浏览器窗口选择 “File”“Open”
★ 在Simulink模型窗口选择“File”“Open”
MATLABSimulink建模与仿真 基础
◆ 信号线分支：将光标指向信号线的分支点上，按 住鼠标右键，光标变为十字，拖动鼠标直到分支线 的终点，释放鼠标。
虚线，因为终端 没有连接到模块
◆ 信号线文本注释，在信号线中插入模块，略……
MATLABSimulink建模与仿真 基础
1、基本模块
Simulink 基本模块
Simulink模块库 包含各种功能模块，如：放大器、 微分器、积分器、各种信号源等。
MATLABSimulink建模与仿真 基础
Simulink模型的文件为MDL模型文件，扩展名 为.mdl，以ASCII码形式存储。
1、新建文件 新建仿真模型文件主要有以下几种方式：
★ 在Matlab命令窗口选择 “File”“New”“Model” ★ 在命令窗口运行simulink命令，在弹出的模块库 浏览器窗口中选择“File”“New”“Model” ★在Simulink模型窗口中选择 “File”“New”“Model”
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。
然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。
矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。
这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。
MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。
通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。
本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。
将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。
接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。
将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。
通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。
基于Simulink的锂电池建模仿真
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1（全冲全放2（同时冲放3（环境温度4（电流范圉 1（等效电路模型:RC 、内阻、三阶、RNGV 、开路电压
!电池matlab_simul ink 建模与仿真
2（神经网络3（有限元
整车仿真流程
可以将内阻类型细化dl：j FV “件US 9 r
■Sirmilink「立问扁1」阳
电池的等效电路模熨（内阻模翱
•Simulink 和Simscape 湮立的＜fe 池悭里
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充放电测试曲线
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RC模型：
Equivalent circuit model (RC)
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•Rt：终编电阻
•Re.电池的内但
•Rc：电容的内但
RC模型在整车模型中
精确建模:
建立粘确的电池模型
•Simsaape：・做理謬迪熾捞貝邊槌
•Op tim ization Toolbox ；电;±的丈际容量计
翼■Sinnulink Destgn Optimization：嗨数;；析
•Parallel Computing Toolbox< !f仃计翎
•二阶等效电路电池模型
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利用SimscapeS上电池的三阶等效电路模吃
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电路中的参数关系
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电池参数辨训步骤小结
參考文献
■SAE Papers (coniact Math Works)
・SAL Paper 2009-01 13B1 Paran^terwtio-n a lUtieiy Smu^iGnModcJ Us^ng NMincnwl
OpVmijiiliQn h^lhoO-s
• SAE Papet 2007-01 0778. A Stmiprie Erfectrw Lead-Aad B^tLdry Mod 珀mg Prbeess for Etedncal SR仙)Component selection
•Featured Products Simulink Stateftow Simulink Design Optimization, parallel Computing Toolbox
Him 和
Example 2: Table-based Lithium Model
•电池的槌型可以川「
•杀统层面的仿克
•用于控制算法开发
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电池建模的小结。