基礎篇

第1章MATLAB概述3

1.1MATLAB簡介3

1.1.1MATLAB的發展史3

1.1.2MATLAB的繫統結構4

1.1.3MATLAB的特點4

1.1.4MATLAB的工具箱6

1.1.5MATLAB的Simulink7

1.2MATLAB的安裝與啟動8

1.2.1MATLAB的安裝8

1.2.2MATLAB的啟動9

1.3MATLAB的工作環境11

1.3.1MATLAB的主界面11

1.3.2MATLAB的文本編輯窗口13

1.3.3MATLAB的幫助使用14

習題16

第2章MATLAB語言程序設計基礎17

2.1MATLAB數據類型及其運算17

2.1.1變量命令規則17

2.1.2MATLAB預定義的變量17

2.1.3MATLAB的數據類型18

2.2MATLAB矩陣(數組)的表示19

2.2.1數組的概念及分類19

2.2.2創建一維數組變量19

2.2.3創建二維數組變量20

2.2.4矩陣、數組的算術運算23MATLAB程序設計及其應用目錄2.3M文件25

2.3.1M文件簡介25

2.3.2M文件的創建和打開26

2.3.3函數M文件26

2.4MATLAB的流程控制27

2.4.1ifelseend條件控制27

2.4.2switchcase控制結構28

2.4.3for循環和while循環29

2.4.4控制程序流的其他常用指令32

習題34

第3章MATLAB圖形繪制與圖形編輯36

3.1引導36

3.1.1離散數據和離散函數的可視化36

3.1.2連續函數的可視化37

3.2二維曲線和圖形38

3.2.1二維曲線繪制的基本指令plot38

3.2.2坐標控制和圖形標識40

3.2.3多次疊繪、雙縱坐標和多子圖45

3.2.4獲取二維圖形數據的指令ginput47

3.3三維曲線和曲面48

3.3.1三維線圖指令plot348

3.3.2三維曲面/網線圖48

3.3.3曲面/網線圖的精細修飾49

3.3.4透視、鏤空和裁切52

3.4高維可視化54

3.4.1二維半圖指令pcolor、contour、contourf54

3.4.2維表現55

3.4.3動態圖形57

3.5圖形窗功能簡介61

習題63

第4章Simulink應用基礎67

4.1安裝Simulink軟件包67

4.2Simulink的啟動68

4.3Simulink的工作環境69

4.3.1Simulink庫瀏覽器窗口69

4.3.2Simulink中模塊簡介69

4.3.3公共模型庫70

4.3.4專業模型庫72

4.4Simulink建模與仿真73

4.4.1向模型中添加模塊73

4.4.2對齊和連接模塊73

4.4.3設置模塊參數74

4.4.4建立分支連接74

4.4.5組織模型75

4.4.6對模型進行仿真並查看結果76

4.4.7修改模型76

4.4.8定義配置參數78

4.4.9運行仿真79

4.5關於仿真和基於模型的設計80

4.5.1基於模型的設計概述80

4.5.2使用Simulink進行建模、仿真和分析81

4.6連續繫統建模實例82

習題85

實訓篇

第5章MATLAB在自動控制原理中的仿真實現89

5.1控制繫統數學模型的建立89

5.1.1控制繫統的模型及轉換89

5.1.2傳遞函數在MATLAB中的表示90

5.1.3結構圖模型的簡化91

5.2MATLAB在時域分析中的應用95

5.2.1時域分析曲線的繪制函數95

5.2.2二階繫統性能指標的計算98

5.2.3代數穩定判據MATLAB的實現102

5.3MATLAB在根軌跡中的應用103

5.3.1繪制繫統的零極點分布圖103

5.3.2繪制繫統的根軌跡103

5.3.3根軌跡與繫統性能105

5.4MATLAB在繫統頻域分析中的應用107

5.4.1Bode圖的繪制107

5.4.2奈氏判據109

習題110

第6章MATLAB在電力電子電路中的仿真實現111

6.1單相半波可控整流實訓111

6.1.1主電路拓撲111

6.1.2電路的Simulink建模112

6.1.3仿真114

6.2單相全橋可控整流及逆變實訓114

6.2.1主電路拓撲114

6.2.2電路的Simulink建模115

6.2.3仿真115

6.3三相橋式全控整流實訓118

6.3.1主電路拓撲118

6.3.2電路的Simulink建模118

6.3.3仿真120

習題122

第7章MATLAB在電力拖動自動控制繫統中的仿真實現128

7.1直流調速繫統128

7.1.1直流電機的調速原理128

7.1.2晶閘管開環直流調速繫統的建模與仿真129

7.1.3晶閘管單閉環直流調速繫統仿真135

7.1.4轉速電流雙閉環直流調速繫統的建模與仿真139

7.1.5直流脈寬調速繫統的建模與仿真141

7.2交流調速繫統143

7.2.1交流變頻調速方法144

7.2.2交流異步電動機變頻調速繫統仿真145

習題147

第8章MATLAB在電力繫統中的仿真實現148

8.1單側電源輻網絡相間短路的三段式電流保護148

8.1.1項目簡介148

8.1.2實訓項目模型的搭建149

8.1.3離線仿真實訓結果分析150

8.2單側電源輻網絡相間短路的距離保護156

8.2.1項目簡介156

8.2.2實訓項目模型的搭建158

8.2.3離線仿真試驗結果分析159

8.3一次調頻試驗165

8.3.1項目簡介165

8.3.2實訓項目模型的搭建166

8.3.3離線仿真實訓結果分析167

習題168

參考文獻170

MATLAB是一種集數學計算、分析、可視化等功能於一體的仿真軟件平臺，通過MATLAB及相關工具箱，用戶可以在統一的平臺下完成相應的科學計算工作。MATLAB歷經20多年的發展，幾乎每年都有新的版本推出，對其不斷充實和改進。本書以MATLAB R2017a為基礎，介紹了MATLAB/Simulink的基礎知識及其常用的工具箱，以及MATLAB/Simulink在自動控制繫統、電力電子和電力繫統中的應用。
本書依托華邦電力科技股份有限公司的電力繫統半實物試驗仿真平臺，按照*本科電氣工程及其自動化等專業的教學大綱以及企業培訓需要編寫而成，為國內外高校師生和企業研究部門的科研人員進行科學計算和計算機仿真，提供了高效、便捷的計算和分析工具，極大地縮短了開發研究的周期。華邦電力科技股份有限公司以許繼集團生產的各種電力設備產品為平臺，以許繼電氣股份有限公司生產的各種電力繫統自動化的微機繼電保護產品為主導的先進技術為依托，是一家針對全國各大院校專業研發生產電力繫統自動化、數字化變電站及10kV工廠供配電繫統、風力及太陽能發電、高壓衝擊、高壓擊穿等實驗室實訓教學設備的公司。
本書教學參考學時約為32學時，企業培訓建議為一周時間。本書內容是作者多年從事相關領域教學和培訓的經驗總結。在選材上，力爭內容全面、充實，緊密結合實際，對應繫統是半實物仿真實訓項目，兼顧基本理論方法和實際應用。本書內容分為理論講解和實例操作兩部分，兩部分內容相輔相成，為學生學習和教師授課提供了便利。本書采用專業課程中的典型實例，做到實例與教學內容相互配合，循序漸進地引導學生逐步掌握各章的知識應用。全書共分8章，第1、5、7章由遼寧科技學院陳銳編寫；第2、4章由遼寧科技學院劉志君編寫；第3、8章由遼寧科技學院李潤生編寫；第6章由許昌華邦電力科技股份有限公司桂建國編寫。
本書為學校“十三五”規劃校企合作教材，為了配合學校教學和企業培訓，本書還配有相應電子課件。
由於編者水平有限，疏漏之處在所難免，懇請相關專家和讀者不吝賜教。

編者 2021年2月