摘 要

Matlab最初是一款专用于图形处理和数值计算的科学计算软件系统，经过多年发展，已经成为适用于多学科、多平台的大型软件，它具有功能强大、界面友善、开放性强等特点。Simulink是Matlab的一个重要组成部分，在Simulink环境下，用户不需要输入大量程序，只需要直接在其模块库调用就可以构造出复杂的系统。Simulink具有效率高、仿真可靠性高、流程简单清晰、模型贴近实际、灵活性高等优点，被广泛应用于控制理论和数字信号处理的建模仿真中。

电类专业如电路、电机、电力电子、控制系统等学科均具有很强的实践性，许多知识只有通过实验的方式才能更有效地被学习者接受，而许多学生受制于实验设备、场地等原因不能如愿应用实验手段检验所学知识，只能被动接受理论灌输，导致知识接受效率较低。Matlab在电类专业中强大的仿真能力为学习者提供了解决这个问题的途径，无需专业设备和专用实验室，运用Matlab中的Simulink组件就能实现大多数系统的仿真，且其结果具有高度可靠性。

本课题意在对Matlab在电类专业的建模仿真过程做可视化介绍，使其可用于高等院校需要学习Matlab的学生、科研人员，快速了解、掌握该软件，提高其学习科研效率。

关键字：Matlab；Camtasia Studio；仿真；可视化

Abstract

Matlab is a science computation software system which used in graphic processing and numerical calculation, after years of development, it has become applicable to multidisciplinary and multiplatform. It has the features of excellent function, friendly interface, opening and so on. Simulink is an important part of Matlab, under the environment of Simulink, user can construct complex system through call in its module library directly, does not need to enter a large number of programs. Simulink is widely used in control theory and digital signal processing modeling and simulation model is more practical and flexible.

Electrical majors such as electrical circuits, electrical motors, electric power electronics, and control systems need practice. Many of the knowledge can only be accepted by the learner in an experimental way. But many students are subject to experimental equipment, venues and other reasons to apply experimental methods to test the knowledge, can only accept theory with a negative emotion , resulting in lower efficiency of knowledge. Matlab has provided the learners with a way to solve this problem with its powerful simulation capabilities, no need for professional equipment and specialized laboratories, just use the Simulink which component of Matlab can realize the simulation of most systems, and the results are highly reliable.

This topic is intended to make a visual introduction to the modeling and simulation process of Matlab in electrical industry. So that it can help people who want learning how to use the Matlab, such as students, researchers, help them quickly understand and master the software, improve their learning efficiency.

Key words：Matlab；visualizations；simulation；Camtasia Studio

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题研究意义 2

第2章 Matlab/Simulink基础知识 3

2.1 Matlab基本介绍 3

2.2 Matlab运行初识 3

2.2.1 启动Matlab软件 4

2.2.2 M文件编辑/调试器（Editor/Debugger） 4

2.2.3 帮助导航/浏览器 5

2.3  Simulink仿真工具 6

2.3.1 Simulink启动方式 7

2.3.2 Simulink模型库介绍 9

2.4 可视化软件选择方案 11

2.4.1 Matlab可视化介绍方案的选择 11

2.4.2 可视化软件的选择 12

第3章 运用于电力电子技术的Matlab仿真 16

3.1仿真要求 16

3.2 工作原理 16

3.3 参数计算 16

3.4 仿真建模 17

3.4.1 创建空白模块 17

3.4.2 建立仿真模型 18

3.5 仿真参数设置 27

3.6 观察分析仿真结果 28

第4章 SPWM逆变电路的仿真与研究 31

4.1 逆变电路工作原理 31

4.2 SPWM调制方式 31

4.2.1 单极性SPWM 31

4.2.2 双极性SPWM 32

4.3 三相SPWM逆变电路 34

4.3.1 三相SPWM逆变电路原理分析 34

4.3.2 三相SPWM逆变电路的建模仿真 35

4.3.3 仿真参数设置 40

4.3.4 仿真结果及分析 40

第5章 可视化介绍 42

5.1 录制准备 42

5.1.1 界面初识 42

5.1.2 配置声音 43

5.1.3 选择录制区域 43

5.2 视频录制 44

5.3 视频保存 45

5.4 课程编辑 47

5.4.1 音量及噪声处理 48

5.4.2 剪切处理 49

第6章 成果展示 51

第7章 总结与展望 54

参考文献 55

致 谢 56

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

电气工程专业是一门强弱电相结合的学科，作为一门实践性很强的学科，在教学及研究过程中，通过实验来检验理论的研究成果是必不可少的，但是如果所有实验均采用物理模型进行，一方面会加重教学成本，毕竟许多实验设备都价格不菲，不可能普及至全国所有开设电力专业的高校；另一方面，实验基本都会涉及强电的操作及应用，实践教学频率过高的同时也会增加学生的危险系数。随着电气应用领域日益扩大以及计算机技术的飞快发展，电力技术在各种工程技术领域，特别是新兴高科技技术产业内获得了越来越广泛的应用，因而电力知识的教学和研究，越来越受到社会的重视^[1]。电气工程专业要求学生掌握电机、电力电子、高电压和自动控制等专业程度很高的知识，这些知识都需要复杂的数学逻辑推理，还有众多繁琐的数据分析，因此常常难以让人理解。Matlab的出现，很大程度上提高了我们对于这些专业知识的理解能力，它所包含的多种工具和功能模块，以及许多电力设备模型，非常适合用来进行电力电子、电机速度控制和电力系统分析等学科的仿真设计，利用它强大的模拟仿真功能以及简单实用的图形绘制工具可以将抽象的数学计算和技术理论以方便人们理解的可视化形式展现给学生，起到更好的教学效果，因此，对于电气工程专业来说，利用计算机进行模拟仿真起着非常重要的作用^[2]。

1.2 国内外研究现状

早期的计算机仿真技术从二十世纪四十年代开始，依次经历了模拟计算机仿真、数字仿真、仿真语言的出现以及面向对象的仿真技术的出现几个阶段，而我国则是从上世纪五十年代开始研究应用于国防领域的模拟计算机仿真技术。随着Matlab软件的仿真技术越发成熟、应用范围越来越广，教育界开始将其纳入教学范围，上世纪九十年代新一代教科书开始涉及Matlab内容，在进入二十一世纪后更是摒弃了以手工计算、电子模拟计算为手段的传统分析计算方法，转而以现代计算工具为基础建立了新的分析计算方法，这其中就包括应用交互式图形界面完成计算分析过程的方法^[3]。在工程界，Matlab被用于构建数学模型以完成数值计算、仿真分析等功能，被广泛应用于自动控制、电气工程、数字信号处理等领域；在教育界，国外一些学校已经将Matlab作为如线性代数之类的高度应用数学的教学辅助工具，国内也将其广泛应用于各专业课程的教学环节。

1.3 课题研究意义

目前，Matlab对电气工程及其自动化专业而言，其典型用途包括电力系统仿真和编程计算，因为Matlab的simulink工具箱里面，有SimPowerSystem模块，专门为电力系统提供各种仿真，其特点就是模型简单、模型种类齐全，况且许多都可以用Matlab编程计算，方便快速^[4]。为了帮助初学者最快掌握Matlab软件在电气工程仿真中的应用技巧，采用目前的主流可视化软件，对利用Matlab的Simulink工具箱构建的典型模型，进行可视化介绍。

本文利用Simulink对包括直流降压斩波电路在内的几个经典的电力电子电路进行了仿真设计和分析，详细介绍了个电路仿真模型的建立过程，完成了仿真电路模型搭建并给出了仿真结果。使其可用于高等院校需要学习Matlab的学生、科研人员，快速了解、掌握该软件，提高其科研效率。

第2章 Matlab/Simulink基础知识

2.1 Matlab基本介绍

Matlab是由MathWorks公司于1984年推出的一款用于数值计算和图形绘制的软件，由于它良好的运行可靠性，在其被推出不到十年就已经成为世界公认的控制界标准计算软件。