(完整版)Matlab简介

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。

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 Voltage Source是交流电压源；Battery是电池；Con trolled Curre nt Source 是可控电流源；Co ntrolled Voltage Source 是可控电压源；DC Voltage Source 是直流电流源；Three-Phase programmable Vltage 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）

AC Current

Source

Bettwy

Control led 也l"g；E

S M QUFCE!

THiFM-PhsM Pr-

ograniirni8bl«_.

AC Vsltags-

Souroe

CMtrellMl

Gun-ent Source

DC VhltaQs

Source

Thrw^Phia-w

Source

图2-1 Simpowersystem 模型库