Моделирование электротехнических систем

Министерство образования и науки Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
Е.Г. ГУРОВА 
 
 
 
 
МОДЕЛИРОВАНИЕ 
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ 
СИСТЕМ 

Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия к компьютерному варианту 
расчетно-графических работ по курсу 
«Моделирование электротехнических систем» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2014 

УДК 621.34-52:004.9(075.8) 
         Г 955 
 
 

Рецензенты: 

д-р техн. наук, профессор В.Н. Аносов; 
д-р техн. наук, профессор Н.И. Щуров 
 
 
 
 
Гурова Е.Г. 
Г 955        Моделирование электротехнических систем : учеб. пособие / 
Е.Г. Гурова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – 52 с. 

ISBN 978-5-7782-2569-5 

В учебном пособии рассмотрены типовые звенья автоматики, их 
статические и динамические свойства, понятия статических и динамических характеристик звеньев, понятие системы автоматического 
регулирования (САР), понятия частотных характеристик звеньев и 
систем и способы коррекции свойств САР. Показаны особенности работы с прикладной программой Simulink. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 621.34-52:004.9(075.8) 
 
 
 
ISBN 978-5-7782-2569-5  
 
 
 
 
 
 
 Гурова Е.К., 2014  
 Новосибирский государственный 
технический университет, 2014    

Расчетно-графическая работа № 1 

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ С ПРИКЛАДНОЙ 
ПРОГРАММОЙ SIMULINK 

 
Цель работы: ознакомление с основными блоками прикладного 
пакета Simulink, используемыми для структурного моделирования систем автоматики. 

Теоретические сведения 

Прикладной пакет Simulink, работающий под управлением программы MATLAB, широко используется для исследования систем автоматического регулирования по их структурным схемам. Для запуска 
Simulink необходимо запустить программу MATLAB. В данных методических указаниях рассмотрены приемы работы пакета Simulink, работающей под управлением программы MATLAB версии 6.5. 
После вызова программы MATLAB 6.5 на экране появится окно 
MATLAB, показанное на рис. 1.1. В верхней части окна (под заголовком) располагается строка Меню. Для того чтобы открыть какое-либо 
меню, следует установить на нем курсор и нажать на левую кнопку 
мыши.  
В окне MATLAB могут отображаться несколько окон. Главным из 
них является командное окно MATLAB. В командном окне появляются символы команд, которые набираются пользователем с клавиатуры, отображаются результаты выполнения этих команд, текст исполняемой программы и информация об ошибках выполнения программы, 
распознанных системой. 
Признаком того, что программа MATLAB готова к восприятию и 
выполнению очередной команды, является наличие на последней 
строке командного окна знака », справа от которого расположен мигающий курсор.  

Рисунок 1.1 – Окно MATLAB 6.5 

Одной из наиболее привлекательных особенностей системы 
MATLAB является наличие в ней наглядного и эффективного средства 
составления программных моделей – пакета визуального программирования Simulink.  
Пакет Simulink позволяет осуществлять исследование (моделирование во времени) поведения динамических линейных и нелинейных 
систем, причем составление системы и ввод ее характеристик можно 
производить путем сборки на экране схемы соединений элементарных 
звеньев. В результате такой сборки получается модель системы, которая сохраняется в файле с расширением.mdl.  
Начать работу с пакетом Simulink можно из командного окна 
MATLAB, щелкнув для этого на соответствующей кнопке панели инструментов, показанной на рис. 1.2 стрелкой.  

 
Рисунок 1.2 – Окно MATLAB (раздел Simulink) 

Откроется окно Simulink library browser, изображенное на рис. 1.3. 
В левой половине окна браузера приведен перечень библиотек, а в 
правой – изображения блоков соответствующего раздела. 
Чтобы ознакомиться с составом какой-либо из библиотек, нужно 
дважды щелкнуть на ее имени. Библиотеку можно открыть и в отдельном окне. Для этого следует щелчком правой кнопки мыши на имени 
библиотеки вызвать контекстное меню и выбрать команду открытия.  
Чтобы начать сборку структурной схемы, необходимо в окне 
Simulink library browser (рис. 1.3) вызвать команду File→ New → Model 
или нажать в этом же окне на кнопку Create a new model (рис. 1.3, 
стрелка).  

 
Рисунок 1.3 – Окно Simulink library browser 

После этого на экране появится новое окно untitled, называемое 
модельным окном (рис. 1.4), в котором и будет осуществляться сборка 
модели. 

 
Рисунок 1.4 – Модельное окно 

Окно имеет строку меню, панель инструментов и рабочее поле. 
Меню File (файл) содержит команды, предназначенные для работы с 
mdl-файлами; меню Edit (правка) – команды редактирования схемы; 
меню View (вид) – команды изменения внешнего вида окна; меню 
Simulation (моделирование) – команды управления процессом моделирования; меню Format (формат) – команды редактирования формата 
(т. е. команды, позволяющие изменить внешний вид отдельных блоков 
и блок-схемы в целом). Меню Tools (инструменты) включает некоторые дополнительные сервисные средства, предназначенные для работы 
с моделью. 

Сборка модели заключается в том, что графические изображения 

выбранных блоков с помощью мыши перемещают из окна раздела 
библиотеки в модельное окно, а затем выходы одних блоков в модельном окне соединяются с входами других блоков (также с помощью 
мыши) в соответствии с имеющейся структурной схемой. Соединение 
блоков выполняется следующим образом: указатель мыши подводят к 
определенному выходу нужного блока (при этом указатель должен 
приобрести форму крестика), нажимают левую кнопку и, не отпуская 
ее, перемещают указатель к нужному входу другого блока, после чего 
отпускают кнопку. Если соединение выполнено верно, то линия соединения блоков будет изображена черным цветом. 

Любая моделируемая система должна включать в себя один или 

несколько блоков-источников, генерирующих сигналы, которые вызывают срабатывание моделируемой системы, и один или несколько блоков-приемников, которые позволяют получить информацию о выходных сигналах этой системы (увидеть результаты моделирования). 

Библиотека блоков Simulink – это набор визуальных объектов, из 

которых можно составить структурную схему любого устройства или 
системы. 

Если с помощью контекстного меню вызвать библиотеку Simulink, 

на экране появится окно Library: simulink, в котором представлены 
графические обозначения разделов этой библиотеки (рис. 1.5). 

 
Рисунок 1.5 – Окно Library: simulink 

Из всех разделов библиотеки Simulink познакомимся с основными 
разделами, необходимыми для создания структурных схем линейных и 
нелинейных систем: Sources (источники сигналов); Math Operations 
(математические операции); Continuous (непрерывные элементы); 
Sinks (приемники сигналов), Signal Routing (пересылка сигналов). 
Блоки, входящие в раздел Sources, предназначены для формирования сигналов, обеспечивающих работу системы: 

 

– постоянный сигнал. Блок обеспечивает формирование постоянного скалярного или векторного сигнала в момент запуска моделирующей программы. Чтобы открыть диалоговое окно настройки блока, необходимо щелкнуть по самому блоку. Блок характеризуется единственным численным
параметром Constant Value. Его можно задать с клавиатуры. Окно настройки параметров этого блока показано на
рис. 1.6. В моделях блок может использоваться для создания ступенчатого входного воздействия;

Рисунок 1.6 – Диалоговое окно настройки 
блока Constant 

 

– единичный ступенчатый сигнал. Этот блок обеспечивает
создание ступенчатого сигнала. В отличие от блока, рассмотренного выше, здесь имеется возможность изменять не
только конечный, но и начальный уровень входного сигнала, а также время задержки подачи воздействия с момента
пуска моделирующей программы. В диалоговом окне
настройки блока Step, изображенном на рис. 1.7, устанавливаются следующие параметры: 
 Step time – длительность задержки скачка сигнала; 
 Initial value – начальное значение (уровень сигнала до скачка); 
 Final value – конечное значение (уровень сигнала после
скачка); 
 Sample time – эталонное время (параметр задает шаг изменения модельного времени). 

Параметры ступенчатого сигнала изображены на рис. 1.8. 
В диалоговом окне настройки, изображенном на рис. 1.7, установлены параметры по умолчанию, которые можно изменять с клавиатуры; 

 

– генератор гармонических колебаний. Предназначен для
формирования синусоидального сигнала с заданными параметрами. Здесь сами параметры блока зависят от типа используемых технических расчетов (Sine type). Возможны
два варианта:  
 Time Based – основанный на времени (используется при
непрерывных сигналах);

 Sample Based – основанный на числе дискретов времени.  
В процессе проведения лабораторных работ будут использоваться только непрерывные функции, поэтому рассмотрим
только Time Based. 
В диалоговом окне настройки Time Based, изображенном на
рис. 1.9, для непрерывных функций введены следующие параметры: 
 Amplitude – амплитуда синусоидального сигнала; 
 Bias – смещение относительно оси Х; 
 Frequency – частота колебаний (радиан в секунду); 
 Phase – начальная фаза (в радианах).

 
Рисунок 1.7 – Диалоговое окно 
настройки блока Step 

 
Рисунок 1.8 – Параметры ступенчатого воздействия Step 

Рисунок 1.9 – Диалоговое окно 
настройки блока Sine Wave 

Параметры синусоидального сигнала приведены на рис. 1.10. 
В диалоговом окне настройки данного блока можно изменять параметры сигнала с клавиатуры. 

 
Рисунок 1.10 – Параметры синусоидаль- 
ного сигнала