本书结合电气类课程的教学特点，系统介绍了当前国际上最流行的面向工程与科学计算的高级语言MATLAB及其动态仿真集成环境Simulink，并以MATLAB/Simulink为平台，详细地阐述了MATLAB语言在电力电子变流技术、直流调速系统、交流调速系统和电力系统等方面的应用。本书取材先进实用，讲解深入浅出，各章均有大量的例题，并提供了相应的仿真程序，便于读者掌握和巩固所学知识。本书可作为高等院校电气类专业本科生和研究生教材，也可作为从事电气工程及相关专业技术人员的参考用书。

潘峰 浙江水利水电学院，副教授，主要从事电气工程领域的教学、科研工作，主编《计算机仿真技术与CAD——基于MATLAB的电气工程（第2版）》。

目 录

第1章 MATLAB语言简介 （1）
1.1 MATLAB的功能特点 （1）
1.2 MATLAB的操作界面 （3）
1.3 MATLAB的工作窗口 （4）
1.4 MATLAB的文件管理 （4）
1.5 MATLAB的帮助系统 （6）
小结 （9）
思考题 （9）
第2章 MATLAB基本操作 （10）
2.1 MATLAB的语言结构 （10）
2.2 MATLAB的窗口命令 （11）
2.2.1 窗口命令的执行及回调 （11）
2.2.2 窗口变量的处理 （12）
2.2.3 窗口命令的属性 （13）
2.2.4 数值结果显示格式 （14）
2.2.5 基本输入输出函数 （14）
2.2.6 外部程序调用 （15）
2.3 MATLAB的数值运算 （16）
2.3.1 矩阵运算 （16）
2.3.2 向量运算 （21）
2.3.3 关系和逻辑运算 （23）
2.3.4 多项式运算 （24）
2.4 MATLAB的符号运算 （26）
2.4.1 符号表达式的生成 （26）
2.4.2 符号表达式的基本运算 （28）
2.4.3 符号表达式的微积分 （30）
2.4.4 符号表达式的积分变换 （33）
2.4.5 符号表达式的求解 （34）
小结 （36）
习题 （36）
第3章 MATLAB程序设计 （38）
3.1 MATLAB的M文件 （38）
3.1.1 文本文件 （38）
3.1.2 函数文件 （39）
3.2 MATLAB的程序结构 （40）
3.2.1 循环语句 （40）
3.2.2 控制命令 （42）
3.2.3 条件转移语句 （42）
小结 （44）
习题 （44）
第4章 MATLAB图形处理 （46）
4.1 二维图形 （46）
4.1.1 二维图形的绘制 （46）
4.1.2 二维图形的修饰 （48）
4.1.3 二维特殊图形 （49）
4.1.4 二维函数图形 （50）
4.2 三维图形 （51）
4.2.1 三维图形的绘制 （51）
4.2.2 三维图形的修饰 （52）
4.2.3 三维特殊图形 （56）
4.2.4 三维函数图形 （56）
4.3 四维图形 （56）
4.4 图像与动画 （58）
4.4.1 图像处理 （58）
4.4.2 声音处理 （60）
4.4.3 动画处理 （60）
小结 （61）
习题 （61）
第5章 MATLAB高级操作 （62）
5.1 MATLAB的矩阵处理 （62）
5.1.1 矩阵行列式 （62）
5.1.2 矩阵的特殊值 （62）
5.1.3 矩阵的三角分解 （63）
5.1.4 矩阵的奇异值分解 （64）
5.1.5 矩阵的范数 （65）
5.1.6 矩阵的特征值与特征向量 （65）
5.1.7 矩阵的特征多项式、特征方程和
特征根 （66）
5.2 MATLAB的数据处理 （66）
5.2.1 数据插值 （67）
5.2.2 曲线拟合 （68）
5.2.3 数据分析 （69）
5.3 MATLAB的方程求解 （71）
5.3.1 代数方程求解 （71）
5.3.2 微分方程求解 （73）
5.4 MATLAB的函数运算 （74）
5.4.1 函数极值 （74）
5.4.2 函数积分 （75）
5.5 MATLAB的文件I/O （76）
5.5.1 处理二进制文件 （77）
5.5.2 处理文本文件 （79）
5.6 MATLAB的图形用户界面 （80）
5.6.1 启动GUI Builder （81）
5.6.2 对象设计编辑器 （81）
5.7 MATLAB编译器 （82）
5.7.1 创建MEX文件 （83）
5.7.2 创建EXE文件 （85）
小结 （86）
习题 （86）
第6章 Simulink动态仿真集成环境 （88）
6.1 Simulink简介 （88）
6.1.1 Simulink的启动 （88）
6.1.2 Simulink库浏览窗口的功能
菜单 （89）
6.1.3 仿真模块集 （90）
6.2 模型的构造 （107）
6.2.1 模型编辑窗口 （107）
6.2.2 对象的选定 （109）
6.2.3 模块的操作 （109）
6.2.4 模块间的连接线 （110）
6.2.5 模型的保存 （111）
6.2.6 模块名字的处理 （112）
6.2.7 模块内部参数的修改 （112）
6.2.8 模块的标量扩展 （113）
6.3 连续系统的数字仿真 （113）
6.3.1 利用Simulink菜单命令进行
仿真 （113）
6.3.2 利用MATLAB指令操作方式
进行仿真 （123）
6.3.3 模块参数的动态交换 （125）
6.3.4 Simulink调试器 （127）
6.4 离散系统的数字仿真 （128）
6.5 仿真系统的线性化模型 （130）
6.6 创建子系统 （132）
6.7 封装编辑器 （134）
6.7.1 参数(Parameters)页面 （134）
6.7.2 图标(Icon)页面 （136）
6.7.3 初始化(Initialization)页面 （138）
6.7.4 描述(Documentation)页面 （138）
6.7.5 功能按钮 （138）
6.8 条件子系统 （140）
小结 （145）
习题 （145）
第7章 MATLAB在电力电子变流中的
应用 （147）
7.1 电力电子器件模型 （147）
7.1.1 二极管 （147）
7.1.2 晶闸管 （148）
7.1.3 门极可关断晶闸管 （149）
7.1.4 绝缘栅双极晶体管 （150）
7.2 整流电路 （150）
7.2.1 单相半波可控整流电路 （151）
7.2.2 三相桥式全控整流电路 （152）
7.3 逆变电路 （155）
7.3.1 单相全桥逆变电路 （156）
7.3.2 三相电压型桥式逆变电路 （157）
7.4 直流-直流变流电路 （159）
7.4.1 降压式(Buck)斩波器 （159）
7.4.2 升降压式(Buck-Boost)斩波器 （161）
7.5 交流-交流变流电路 （162）
7.5.1 单相交流调压电路 （162）
7.5.2 三相交流调压电路 （164）
小结 （166）
习题 （166）
第8章 MATLAB在直流调速系统
中的应用 （168）
8.1 晶闸管-直流电动机（V-M）开环直流
调速系统仿真 （168）
8.1.1 系统仿真模型 （168）
8.1.2 系统参数设置 （169）
8.1.3 系统仿真及分析 （171）
8.2 转速闭环控制的直流调速系统仿真 （172）
8.2.1 ASR采用比例调节器 （172）
8.2.2 ASR采用比例-积分调节器 （174）
8.2.3 带电流截止负反馈的转速闭环
直流调速系统 （175）
8.3 转速电流双闭环直流调速系统仿真 （176）
8.3.1 系统仿真模型 （176）
8.3.2 系统仿真及分析 （178）
8.4 可逆直流调速系统仿真 （179）
8.4.1 直流PWM可逆调速系统 （179）
8.4.2 α=β配合控制的可逆直流V-M
系统仿真 （183）
8.4.3 可逆直流V-M系统仿真 （186）
小结 （189）
习题 （189）
第9章 MATLAB在交流调速系统中的
应用 （190）
9.1 转速闭环控制的异步电动机变压
调速系统 （190）
9.1.1 基本原理 （190）
9.1.2 系统仿真模型与参数设置 （190）
9.1.3 仿真结果分析 （193）
9.2 转速开环异步电动机恒压频比
控制调速系统 （194）
9.2.1 基本原理 （194）
9.2.2 系统仿真模型与参数设置 （195）
9.2.3 仿真结果分析 （196）
9.3 转速闭环转差频率控制的变压变频
调速系统 （197）
9.3.1 基本原理 （197）
9.3.2 系统仿真模型与参数设置 （197）
9.3.3 仿真结果分析 （199）
9.4 转速闭环、磁链开环控制的异步电动机
矢量控制调速系统 （199）
9.4.1 基本原理 （200）
9.4.2 系统仿真模型与参数设置 （200）
9.4.3 仿真结果分析 （206）
9.5 异步电动机直接转矩控制调速
系统 （207）
9.5.1 基本原理 （207）
9.5.2 系统仿真模型与参数设置 （208）
9.5.3 仿真结果分析 （212）
9.6 转速闭环、磁链闭环控制的异步电动机
矢量控制调速系统 （213）
9.6.1 基本原理 （213）
9.6.2 系统仿真模型与参数设置 （214）
9.6.3 仿真结果分析 （217）
小结 （218）
习题 （218）
第10章 MATLAB在电力系统中的
应用 （219）
10.1 电力系统潮流计算 （219）
10.1.1 简单电力系统潮流计算仿真模型
构建 （219）
10.1.2 模型参数的设置 （219）
10.1.3 仿真分析结果 （222）
10.2 电力系统故障分析 （222）
10.2.1 无穷大功率电源供电系统三相
短路仿真实例 （222）
10.2.2 同步发电机突然短路的暂态过程
仿真实例 （224）
10.2.3 小电流接地系统单相故障仿真
实例 （226）
10.3 电力系统稳定性分析 （229）
10.3.1 简单电力系统的暂态稳定性仿真
实例 （230）
10.3.2 简单电力系统的静态稳定性仿真
实例 （231）
10.4 电力系统继电保护 （233）
10.4.1 电网相间短路的方向电流保护及
仿真 （233）
10.4.2 电网的距离保护及仿真 （239）
10.4.3 输电线路的纵联保护与仿真 （245）
10.4.4 自动重合闸与仿真 （248）
10.4.5 电力变压器的继电保护仿真 （251）
10.4.6 发电机保护的仿真 （254）
10.5 高压直流输电及柔性输电 （259）
10.5.1 高压直流输电系统 （259）
10.5.2 静止无功补偿器 （263）
小结 （265）
习题 （265）
附录A MATLAB函数一览表 （267）
附录B MATLAB函数分类索引 （278）
参考文献 （283）