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MATLAB在电气工程中的应用

一般编程问题

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  • 发布时间:2021-02-28
  • 实例类别:一般编程问题
  • 发 布 人:好学IT男
  • 文件格式:.pdf
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实例介绍

【实例简介】
用于初学者对MATLAB的认识包含常用的公式及代码。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材配套教材 PUTONG GAODENG JIAOYU SHIYIWU GUOJIAJI GUIHUA JIAOCAI PEITAO JIAOICAI MATLAB ZAI DIANQI GONGCHENG ZHONG DE YINGYONG SHILI ATLAB在电气工程 中的应用实例 编著李维波 主审毛承雄 忄用电力出版社 http:/jc.cepp.comcn 内容提要 本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材配套教材。 全书分为两篇共9章,主要介绍数值分析、自动控制、信号与系统、电子电 路、电机及其控制、电力电子装置和电力系统中有关 MATLAB的建模方法和分析 技巧。本书既介绍了一些典型模块库中的功能模块的使用技巧、构建方法和设计技 术,也讲解了电气工程中所涉及的一些重要电路的计算机仿真技术,使初学者能够 快速完成各个单元电路的分析、仿真和筛选,包括电气参数的优选和整个功能电路 的设计、配合以及全部电路的连接与调试 本书可作为高等学校电气信息类及相关专业的教材,也可供从事电气信息、计 算机仿真方面的工程技术人员和科研人员参考。 图书在版编目(CIP)数据 MATLAB在电气工程中的应用实例/李维波编著,一北京:中 国电力出版社,2009 普通高等教育“|一五”国家级规划教材配套教材 ISBN978-75083-8707-9 I.M…Ⅱ.李…Ⅲ.电气工程一计算机辅助计算一软 件包, MATLAB高等学校一教材Ⅳ.TM-39 中国版本图书馆CTP数据核字(2009)第054569号 中国电力出版社出版、发行 (北京三里河路6号100044http://jc.cepp.comcn) 汇鑫印务有限公司印刷 各地新华书店经售 2009年6月第一版2009年6月北京第一次印刷 787毫米×1092毫米16开本14.75印张358千字 定价23.60元 敬告读者 本书封面贴有防伪标签,加热后中心图案消失 本书如有印装质量问题,我社发行部负责退换 版权专有翻印必究 普通高等于一豆“国家级谢划团配套就团 少 MATLAB在电气工程中的应用实例 前言 由于计算机及其相关领域技术的发展,加快了系统仿真技术研究的步伐,其应用范围不 断扩大。 MATLAL作为一个典型的计算机软件,提供了动态仿真环境 SIMULINK,其 中 Simpower System(电力系统仿真)模块库强大的科学计算能力,简便的绘图功能,可视 化的仿真环境,应用于电气工程及其自动化专业非常方便。 在解决大系统和复杂问题的过程中,系统仿真技术是解决工程和非工程领域问题的主要 手段之一。 MATLAB软件作为电气工程技术人员必须掌握的一门重要工具,帮助科研人 员,利用计算机代替人工解决复杂问题。在计算机上,不仅可以方便地建立这些问题的仿真 模型,快速且有针对性地修正模型并合理调整模型参数,还可以用简单的拖曳操作构造其相 关/相近模型。通过计算机仿真计算,非常容易得到计算结果,并可获得所需变量的直观图 形,为科研人员和工程技术人员解决实际工程问题,提供了一种辅助分析与研究的手段 本书是配合《 MATLAB在电气工程中的应用》(简称《应用》)的实例教材,既以《应 用》教材为学习基础,又是它的补充与拓展。本书在范例选编方面,既遵循循序渐进原则, 又强调各个章节所用范例的完整性和典型性;在内容的设置方面,充分体现了电气工程专业 特色,所举范例具有针对性强、种类丰富、解析详细等特点;在范例来源方面,既强调范例 的代表性,也注重范例的工程实践性,既突出实例的实用性和可借鉴性,又凸显对读者分析 问题和解决问题能力的培养。另外,本书还增加了一些在《应用》中没有介绍却又常用的模 块及其使用方法。 为了增加本书的可读性,增强其适应性,本书以 MATLAB软件的7.X版本为例进行 介绍,先后介绍以下学科技术中有关 MATLAB的建模方法和分析技巧:数值分析、自动 控制、信号与系统、电子电路、电机及其控制、电力电子装置和电力系统。本书既介绍了 些典型模块库中的功能模块的使用技巧、构建方法和设计技术,也讲解了电气工程中所涉及 的一些重要电路的计算机仿真技术,使初学者能够快速完成各个单元电路的分析、仿真和筛 选,包括电气参数的优选和整个功能电路的设计、配合以及全部电路的连接与调试。 通过本书的学习,读者可以较快掌握 MATLAB在电气工程及其自动化专业中的应用技 巧,熟悉计算机仿真及 MATLAB的基本知识,了解计算机仿真技术、 MATLAB/SIMU 1INK主要模块及功能特点,掌握建立所需模型的方法和步骤,学会使用仿真技术和MAT LAB进行分析与设计及简单 MATLAB/ SIMULINK系统的设计方法。 由于编者水平有限,恳请读者和同行批评指正,编者不胜感激 编者 2009年4月 普通高等育十一五”闺家级规划团配套团 少 MATLAB在电气工程中的应用实例 录 前 第1鼐基础学习篇 第1章 MATLAB的简单编程实例…… 1.1简单范例分析 1.2可视化命令函数的使用方法 ···。。·B非自a非非非·.。4a4= 1.3流控制的命令函数…… …………16 第2章 MATLAB在数值分析方面的应用实例 19 2.1常用基本函数 ··““········as·s. 19 2.2微积分的命令函数… ····.,票, 20 2.3求解方程式(组)的命令函数 22 2.4基本统计的命令函数 ………………………………………25 2.5矩阵分解运算的命令函数… 28 2.6符号运算的命令函数 ……………………32 2.7乘方运算的命令函数……… 37 第3章 MATLAB在绘图方面的应用实例 …………………40 3.1符号函数基本绘图的命令函数 40 3.2绘制网格图的命令函数 ……41 3.3绘制表面图的命令函数 43 3.4图形后续处理方法 3.5综合应用范例分析… ······如 47 第4章 MATLAB在信号与系统中的应用实例… 56 4.1基本命令函数 …………………56 4.2基本信号的 MATLAB表示 62 4.3信号基本运算的 MATLAB实现 B 68 4.4 MATLAB分析系统的时频域 ……………………………70 4.5 MATLAB分析和设计滤波器 …………83 第2篇应用提高篇 第5章 MATLAB在电子电路中的应用实例… 5.1 MATLAB对电路描述与建模的一般方法 92 5.2 SIMULINK搭建数字逻辑电路的方法 96 5.3 MATLAB在直流稳态电路中的分析方法……………………………98 54 MATLAB在动态电路中的分析方法 ……100 5.5 MATLAR在交流稳态电路中的分析方法… 104 第6章 MATLAB在自动控制中的应用实例 110 6.1 MATLAB分析系统的时频域特性 6.2 MATLAB分析系统的复频域特性 春 6.3 MATLAB分析离散系统的Z域特性 118 6.4 MATLAB分析系统的状态变量……………………………………121 6.5 MATLAB有关控制的特殊应用实例 126 第7章 MATLAB在电机及其控制中的应用实例 ………………134 7.1利用 SIMULINK设计典型控制器 134 7.2介绍 Sfunction 140 7.3 MATLAB分析电机模型的四种典型方法 …………………142 7.4 MATLAB插值处理电机数据的方法分析 152 7.5 MATLAB分析直流电动机 ………………156 第8章 MATLAB在电力电子装置中的应用实例 163 8.1 SimPower Systems模块库介绍 163 8.2 SIMULINK简单应用范例 带垂垂 ……………169 8.3 SIMULINK分析三相桥式全控整流电路 171 8.4 SIMULINK分析 ZVS PWM DC/DC变换器… …………………183 8.5 SIMULINK分析变频控制下的电压品质 188 第9章 MATLAB软件在电力系统中的应用实例 ·,。44 197 9.1利用 SIMULINK建立电流传感器及其饱和模型 197 9.2利用 SIMULINK建立变压器试验模型 206 9.3利用 SIMULINK分析传输线的影响特性 …………………210 9.4利用 SIMULINK分析有功和无功 垂,。 219 参考文献 垂垂。BB· +普份 Q 通高等较育“十一五”国家级划致配团 今 MATLAB在电气工程中的应用实例 第1篇基础学习篇 本书以 MATLAB7.1软件为例,讲解它的基本应用方法和操作技巧,包括一些典型命 令、语法特点、使用环境和既定规律,使初学者能够借助本篇的学习,为深入理解后续章节 的内容,奠定必要的知识与方法基础 由于 MATLAB中有几千个函数,而且很多函数有多种调用方式,想要全面掌握MAT AB非常困难,即使只掌握 MATLAB的基木函数,也不是一件轻松的事。对于初学者, 学习 MATLAB有几点需要引起注意: (1)在学习中要做到学中练、练中学,这样学习起来容易产生兴趣、上手快 (2)尽可能在英文输入状态而非中文输入状态,进行各个 MATLAB命令的录入和编程 工作,以减少不必要的调试错误。 (3) MATLAB的基本数据结构是矩阵(数组),为更好地学习使用 MATLAB,在遇到 问题时,要尽量用矩阵(数组)表示数学模型,因为其在 MATLAB中易于实现,而且运算 速度快。 (4)熟练掌握 MATLAB的在线帮助命令。 MATLAP有两种帮助形式:一种在命令窗 口使用帮助指令搜索帮助;另一种是使用 MATLAB的帮助系统,从菜单help进人,点击 MATLAB help即出现该系统。 第1章 MATLAB的简单编程实例 1.1简单范例分析 1.基本提醒 (1)在 MATLAB中,百分比符号(%)之后的文字被视为注解( Comments)内容, 程序不会执行。 (2)在 MATLAB的程序编制过程中,各个标点符号,如逗号“,”、单引号“"和分 号“;”,均需要在英文输入状态中录入,否则会使程序出现一些意想不到的非正常情况 (3)认识 MATLAB中的一般符号,如加(+)、减(-)、乘(兴)、除(/)的数学运 算符号,以及幂次运算(^)。 (4)“》”是 MATLAB的提示符号( Prompt),但在PC中文视窗系统下,由于编码方 式不同,此提示符号常会消失不见,但这并不会影响 MATLAB的运算结果。 2.应用范例 [范例1-1]一个系统的传递函数为: 7s s2+6s+205 2 第1篇基础学习篇 试分析它的零一极点图、伯德图和阶跃响应。 解其程序Exam.1如下: num 定义传递函数的分子部分 den=[16205; 定义传递函数的分母部分 告号绘制零一极点图 figure(1); 号生成图 pzmap(num, den) 绘制伯德图 figure(2) 8生成图 Dode(num, den); 为号绘制阶跃响应图 figure(3) 生成图 step(num, den) 程序Exam.1的执行结果如图1-1~图1-3所示 Pole- Zero Map System: S Pole:-3+14i Damping: 0.21 Overshoot(%):51 Frequency(rad/sec): 14.3 可 0 2.5 Real Axi 图1-1零一极点图 -r Bode Diagram 20 90 a-45 requency(rad/s)02 图1-2伯德图 第1章 MATLAB的简单编程实例 3 0.5 Step response 0.4 0.3 0.1 00.20.40.40.811.214161.82 Time(s) 图1-3阶跃响应图 范例1-2]以编程为例,讲解系统如何添加标题和卷标、定义x和y轴的范围。 解其程序Exam.2如下: 号号定义变量 t=linspace(0, 5, 201) 8定义时间变量在0~5s范围均分为201个 W=1 myspace(-1,3,201); 号频率矢量201在101~103rad/s间均分为201个 num=70 den=[16205]; Poles, zeros]=pzmap(num, den 8定义极平面 mag, angle= bode(num, den, w) 定义相位和角度 Ly,x=step(num, den, t) 定义阶跃响应 绘制零一极点图 figure(1) subplot(2, 2, 1) 绘制零一极点图 olot (real(poles), imag( poles), x', real(zeros), imag(zeros), 'o') 8x表示极点,O表示零点 title(零一极点图) 告添加标题”零一极点图” x1abel(实轴’); 添加x坐标为实轴 ylabel('虚轴"); 添加y坐标为虚轴 axis(-1.10.1-1212]); 定义x和y范围 grid 号添加网格线 绘制伯德图的幅值和频率图 subplot(2, 2, 2) 8绘制伯德图 semilogx(w, 20* log10(mag)) tite(伯德图的幅值和频率图); ylabel(幅值(dB)"); xlabe(频率(rad/s)"); axis(0.11000600]) g 【实例截图】
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