Simulink_simscape电源电路建模入门

本文介绍如何使用Matlab/Simulink进行电路建模,包括元件选取、电路连接及常见错误解决方法,并以Buck-Boost升降压电路为例展示整个建模过程。
本文为作者Matlab/Simulink电路建模学习笔记
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1、打开Simulink并创建文件

  • 如图点击即可:

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

2、选择电路所需元件,连接电路

  • 选择元器件主要有两种方法:
  1. 在库浏览器中搜索所需元器件(推荐)

此处笔者所选的元件主要来自于 Simscape-Electrical 目录下的元器件

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  1. 双击空白处鼠标左键直接搜索(不推荐)

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3、连接电路的注意事项

1、PS-Simulink-converter and Simulink-PS-converter

这个东西我起初很久都不知道是什么作用,后面我才逐渐了解到,这个实际上是一种信号转换器。在电压表(voltage sensor)和电流表(current sensor)的一端有一个黑色的箭头,这个箭头的另一端需要连接PS-Simulink-converter将表中的物理信号(如电压、电流)转换为Simulink信号,转换出来的Simulink信号才能连接示波器(scope)并显示波形。

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2、Electrical Reference

先来看一段错误提示:
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没错,当你看到这个提示的时候,说明你没有添加地(ground / electrical reference),有时候不添加地只会有警告,但有时候会报错,所以为了你的仿真结果考虑,在电势零点处加上一个接地符号吧。

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3、Solver Configuration

再来看一段错误提示:
在这里插入图片描述

没错,当你看到这一大堆错误的时候,先别慌,在库浏览器(browser)中查找 solver configuration 这个东西,将其连在电路的任何一端,问题就解决了。实际上,这个东西是simulink软件需要你确认仿真方程的解法(其实你仿真搭电路的时候就是在写代码(只不过是可视的代码)),正常情况下连接进电路就可以解决问题,如果你需要修改方程的解法你可以双击进行修改。

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solver configuration参数的修改:

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4、搭建最终电路

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笔者这里搭建的是一个Buck-Boost升降压电路,其中 L=111uH, C=833uF, R=10Ω, U=10V, fz=20kHz, DutyCycle=33.3%, 这个电路可以做到通过调节占空比来改变输出端口的电压值。最后的仿真波形如下:
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### 使用 Simscape 进行系统建模 #### 创建物理网络 Simscape 网络中的方程是同时求解的,这与 Simulink 模块按顺序求值不同。因此,在建立模型时,需注意这两者间的差异并合理运用接口模块(如 `Simulink-PS Converter` 和 `PS-Simulink Converter`),这些模块用于处理两种建模约定之间的边界[^1]。 #### 集成多领域组件 借助于 Simscape 的扩展库,比如 Simscape Fluids 或 Simscape Electrical,工程师能够创建复杂系统的因果关系模型,并将其与其他工具集无缝对接。例如,在同一环境下对液压、电气子系统进行联合仿真,从而简化控制系统的设计流程以及提升整体性能评估效率[^2]。 #### 实际应用案例:电机控制器设计 对于具体的应用场景而言,《如何使用 Simscape Electrical 设计电机控制器》系列视频提供了一套完整的解决方案框架。该项目包含了多个 MATLABSimulink 文件,可用于指导用户完成从理论分析到实际部署全过程的学习实践[^3]。 #### 构建电池模型实例 另一个典型例子是在锂电池建模方面的工作。通过定义合适的电路元件及其动态特性表达式——特别是那些依赖于荷电状态(SOC)变化的关键参数——可以有效地模拟真实世界中电池的行为模式。此过程涉及到了查找表(Look-Up Table)技术的应用,以适应不同工况下的精确度需求[^4]。 #### 提升可视化效果 最后值得注意的是,为了增强所绘制框图的直观性和易理解程度,建议充分利用 Simscape 自带的颜色编码机制和其他图形化设置选项。这样不仅有助于快速识别各个部分的功能属性,而且也方便后续调试工作开展[^5]。 ```matlab % 示例代码片段展示如何加载预设好的 Simscape 库文件 addpath('https://gitcode.com/gh_mirrors/de/Design-motor-controllers-with-Simscape-Electrical'); load_system('MotorControllerExampleModel'); % 加载示例模型 open_system('BatteryCellParameterEstimation'); % 打开电池单元参数估计界面 ```
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