对MATLAB电路仿真技术的现状与发展的探讨

对MATLAB电路仿真技术的现状与发展的探讨

唐波微

衡阳技师学院  湖南衡阳   421007

摘  要：MATLAB有着强大的仿真功能，可以在电路设计时通过仿真而得到电路分析结果。其数据精细，运行速度较快，格式兼容性好。但目前，SimPowerSystem 是基于一般电路元件的模型以及数学模块 ( 例如传递函数 ) 来进行仿真的，与实际元件的参数有差别，仿真的结果与实际电路有一定距离，其结果的参考意义主要体现在电路的总体与系统上，对计算机的内存要求较高，仿真过程容易因存储而溢出中断。

关键词：MATLAB 建模 仿真

随着计算机技术的不断发展，电路系统的计算机辅助设计越来越得到人们的重视。传统的反复试验法已经越来越不适应时代的发展，新型仿真软件和设计软件不断涌现。它是在设计目标要求的指导下，通过计算机综合分析和计算， 使整个电子电路系统工作在最佳状态。在以前传统设计电子电路时，通常需要制作一块试验板来进行仿真，整个电路设计需要经过多次反复调试，才能符合电路的设计要求。既费力又费时，同时增加了产品的成本，而且还受到工作场所、仪器设备等条件的限制，很多试验不能正常进行，许多设想无法实施。为了克服上述的缺点，可以通过应用一个优秀仿真软件MALAB，对电路进行仿真调试。

MATLAB是英文MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写，是一种集数学计算、分析、可视化、算法开发与发布于一体的软件平台。通过MATLAB及相关工具箱，可以在统一的平台下完成相应的科学计算及电路的仿真工作。MATLAB是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境，除了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等语言简捷得多。MATLAB是国际公认的优秀数学应用软件之一它一方面可以验证所设计的电路是否达到设计要求，另一方面又可反复改变电路中的元件的参数，使整个电路的性能达到最佳状态。

电力系统动态仿真已成为电力系统研究、规划、运行、设计等各个方面不可或缺的工具，特别是电力系统新技术的开发研究、新装置设计、参数确定更是需要仿真来进行确认。目前常用的电力系统的仿真软件有EMTP、NETOMAC、PSASP等。1998年Mathworks公司推出MATLAB Version 5.2，它增加的power system block(PSB)是针对电力系统而设计的仿真软件模块，它的元件模型比较多，功能也比较全面，目前许多电力系统的研究工作已开始用它作为仿真分析软件。MATLAB 具有较强的开放性，用户可以利用它设计全新的元件(包括元件的图形显示、所需参数、内部算法等)。2000年MATLAB Version 5.3 推出，PSB得到了一定的完善。

目前，大型科学计算与仿真软件Matlab 已经配备了电力系统工具包 (Simpowersystem blockset) ，这使得 Matlab 可以用于电力电子仿真。Simpower System 的仿真是基于 Matlab 的 Simulink 图形环境，因而使用起来与 PSpice 一样方便。 Simulink 是 Matlab 软件包中最重要的功能模块之一，是交互式、模块化的建模和仿真的动态分析系统。在电力电子领域，通常利用 Simulink 建立电力电子装置的简化模型 ( 如基频模型 ) 并连接成系统，即可直接进行控制器的设计和仿真。 Simulink 对 C 语言代码提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式图形环境下，也可以工作在 Matlab 指令语言模式的批处理模式下 。

Matlab是基于理想化功率元器件和功能模块的仿真工具。Matlab 的强大数学运算功能，使得SimPowerSystem 的控制功能非常卓越，尤其是利用其相关的工具包，电路可以实现极为细致控制而不需花费很大的精力。使用 Matlab 的另外好处是：其数据处理十分有效、精细，运行速度较快；其数据的格式兼容性十分好，便于数据的后处理与分析，尤其是控制特性的研究分析。

缺点在于目前的SimPowerSystem 是基于一般电路元件的模型以及数学模块 ( 例如传递函数 ) 来进行仿真的，与实际元件的参数有差别，仿真的结果与实际电路有一定距离，其结果的参考意义主要体现在电路的总体与系统上。其中的开关和控制单元大量使用了理想元件，其中的开关控制器只要直接与开关相连即可，不用考虑电平移动。基本忽略了对实际开关的暂态过程描述。由于忽略了开关的杂散参数，使得电路的数据处理量大为减少，运算速度明显提高。此外，SimPowerSystem 对计算机的内存要求较高，仿真过程容易因存储而溢出中断。

随着计算机通信技术、网络技术、数据库技术、面向对象技术、 Internet 技术以及软件标准化技术的飞速发展，电力电子系统仿真软件将向网络化、专业化、实时化和具有更高的开放性、可移植性和可扩展性方向发展。电力电子系统仿真软件也将逐步向全过程动态仿真和大规模实时仿真系统方向发展[1]。它在教学中的应用也将得到更大的普及！

参考文献

[1]王贵财.MATLAB从入门到精通 [M].北京：人民邮电出版社，2019，7：43-63

[2]张志涌.MATLAB教程[M].北京:北京航空航天大学出版社，2015.10(1):11-69