MATLAB和Simulink的简介

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，拥有用于算法开发、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Simu-link两大部分。MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD并称为四大数学软件。Simulink依靠MATLAB环境，以MATLAB的强大计算功能为基础，利用Simulink进行系统建模非常方便。本书中的相关仿真实验就是在MATLAB/Simulink环境下，使用电力系统模块库进行建模的。关于MATLAB/Simulink详细的使用方法和技巧可参阅相关书籍。图7-1所示是MATLAB软件主界面；图7-2所示是Simulink模型库界面。

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，拥有用于算法开发、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Simu-link两大部分。MATLAB是一种用于数值计算、可视化及编程的高级语言和交互式环境。使用MATLAB，可以分析数据，开发算法，创建模型和应用程序。借助其语言、工具和内置数学函数，可以验证计算多种方法，能比电子表格或传统编程语言（如C/C++或Java）更快地求取结果。MATLAB应用广泛，迄今已在包括信号处理和通信、图像和视频处理、控制系统、测试和测量、计算金融学及计算生物学等众多领域得到了应用。

MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD并称为四大数学软件。在1980年由美国的Cleve Moler博士建立了MATLAB（Matrix Laboratory，矩阵实验室）。1984年，美国MathWorks公司推出了首个商业版的MATLAB软件。从2002年开始，Mathwork公司会在每年的上半年和下半年各推出一个版本，每次Mathworks公司发布MATLAB的同时也会发布仿真工具Simulink，从上世纪80年代至今，经过近30多年的发展，目前最新版本是MATLAB R2014b。

Simulink是MATLAB为实现动态控制系统建模和仿真而开发的一个软件工具包，具有易编程和方便扩展的特点。它不仅可以实现线性系统与非线性系统的建模仿真，而且对连续系统和离散系统也能提供较好的数值仿真解决方案。同时，对于那些复杂的非线性、变系数问题也同样能提供很好的仿真分析。另外，它还能够支持多种采样频率系统联合仿真，使不同的系统能以不同的采样频率进行组合建模，从而解决了复杂的多系统联合仿真与分析的问题。它的建模应用领域广泛，无论是连续系统、还是离散系统又或是线性系统还是非线性系统甚至不同类型的混杂系统，只要建模对象能够用数学来描述，就能通过MATLAB的Simu-link进行仿真分析。常见的复杂系统仿真应用有航空航天动力学系统、卫星控制制导系统、通讯系统、船舶及汽车驱动系统等。另外，Simulink根据不同学科的特点及仿真要求，以MATLAB为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序进行模块封装，形成了众多的专业模块库。Simulink模块库实际上就是用MATLAB基本语言编写的子程序集，它有三级树状子目录，在上一级目录下包含了Simulink最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱等，之后开发的信号处理工具箱、通信系统工具箱等也并行列入了模块库的一级子目录，逐级打开模块库浏览器（Simulink Library Browser）就可以看到这些模块。

Simulink依靠MATLAB环境，以MATLAB的强大计算功能为基础，利用Simulink进行系统建模非常方便。Simulink提供了便捷的操作方式和可视化图形界面，可非常方便地利用鼠标拖放的方法从不同的专业模块库中将各个子模块拖曳到激活窗口，并根据内在的逻辑关系进行连接，就可建立相应系统的模型框图。Simulink为系统建模提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的功能模块及专业模块库，为系统的建模仿真提供了极大的便利。在Simulink平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函数仿真时，需要熟悉大量M函数的麻烦，利用Simulink几乎可以不用书写一行代码就可以完成整个仿真系统的建模工作，这对广大工程技术人员来说，这无疑是一个巨大的优点。

随着MATLAB的不断升级，Simulink的版本也在不断升级，从1993年的MATLAB4.0/Simulink 1.0版到2001年的MATLAB 6.1/Simulink 4.1版、2002年的MATLAB 6.5/Simulink5.0版乃至现在最常用的MATLAB 7.0/Simulink 6.0版本，Simulink的模块库日益丰富，功能也日渐完善。从Simulink 4.1版开始出现了电力系统模块库（SimPowerSystems），该模块库主要由加拿大HydroQuebec和TECSIM International公司共同完成开发，是Simulink中专门用于电力系统工程仿真的模型库，包含了大量的常用器件模型。在Simulink环境下用电力系统模块库的模块，可以方便地进行RLC电路、电力电子电路、电力系统以及电机控制系统等的建模仿真。本书中的相关仿真实验就是在MATLAB/Simulink环境下，使用电力系统模块库进行建模的。通过对电力系统和电力电子电路的仿真，不仅利用了MATLAB/Simulink的强大功能，而且还可以学习系统的仿真方法和技巧，研究电力系统的原理和性能。关于MATLAB/Simulink详细的使用方法和技巧可参阅相关书籍。

图7-1所示是MATLAB软件主界面；图7-2所示是Simulink模型库界面。搭建仿真模型的时候，只需新建一个模型文件，然后从Simulink模型库中找到需要的模型，拖动到模型文件内就可以完成模型的放置。再根据实际情况用导线将模型连接起来，就完成了系统的建模工作。

图7-1 MATLAB主界面

图7-2 Simulink模型库

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