| name | simulink-builder |
| description | Programmatic Simulink model builder for power electronics via MATLAB MCP interface. Auto-create, wire, simulate and verify Simscape Electrical (powerlib) models with built-in error correction. Use when user mentions Simulink, Simscape, power electronics simulation, Buck/Boost/inverter, 电路仿真, 电力电子, Simulink建模, powerlib. |
Simulink 程序化建模技能
快速开始
环境要求
- Windows 系统 + MATLAB R2024a+ 已安装
- Simulink + Simscape Electrical (Specialized Power Systems) 已安装
- MATLAB MCP Server 已配置并连接
工作流概览
用户输入（电路需求 + 参考图片）
→ 阶段1: 环境探测
→ 阶段2: 参数计算
→ 阶段3: 模型搭建+连线（含自动纠错）
→ 阶段4: 布局美化
→ 阶段5: 仿真验证（含自动纠错）
→ 阶段6: 输出归档
阶段1：环境探测
1.1 版本检测
% 检查 Simulink 和 Simscape Electrical
v = ver('simulink'); % Simulink 版本
v2 = ver('power_system'); % Simscape Electrical
if isempty(v), error('Simulink 未安装'); end
1.2 模块路径探测
核心问题：不同 MATLAB 版本的 powerlib 模块路径不同，不能硬编码。
必须用 try-add_block 方式逐个探测。
% 模块探测表：按优先级排列候选路径
BLOCK_CANDIDATES = struct();
BLOCK_CANDIDATES.switch = {'powerlib/Power Electronics/MOSFET', ...
'powerlib/Power Electronics/IGBT', ...
'powerlib/Power Electronics/Ideal Switch'};
BLOCK_CANDIDATES.diode = {'powerlib/Power Electronics/Diode'};
BLOCK_CANDIDATES.thyristor = {'powerlib/Power Electronics/Thyristor'};
BLOCK_CANDIDATES.bridge = {'powerlib/Power Electronics/Universal Bridge'};
BLOCK_CANDIDATES.ac_source = {'powerlib/Electrical Sources/AC Voltage Source'};
BLOCK_CANDIDATES.dc_source = {'powerlib/Electrical Sources/DC Voltage Source'};
BLOCK_CANDIDATES.ctrl_vsource = {'powerlib/Electrical Sources/Controlled Voltage Source'};
BLOCK_CANDIDATES.transformer = {'powerlib/Elements/Linear Transformer'};
BLOCK_CANDIDATES.rlc = {'powerlib/Elements/Series RLC Branch'};
BLOCK_CANDIDATES.ground = {'powerlib/Elements/Ground'};
BLOCK_CANDIDATES.v_measure = {'powerlib/Measurements/Voltage Measurement'};
BLOCK_CANDIDATES.i_measure = {'powerlib/Measurements/Current Measurement'};
BLOCK_CANDIDATES.powergui = {'powerlib/powergui'};
function path = discover_block(candidates, model, temp_name)
path = '';
for i = 1:length(candidates)
try
add_block(candidates{i}, [model '/' temp_name]);
delete_block([model '/' temp_name]);
path = candidates{i};
return;
catch
end
end
end
1.3 端口结构探测
Simscape Electrical 模块有两类端口：
| 端口类型 | 字段名 | 用途 |
|---|
| 物理左端口 | LConn | 电气连接（如集电极、阳极、输入端） |
| 物理右端口 | RConn | 电气连接（如发射极、阴极、输出端） |
| 信号输入 | Inport | 控制信号（如门极驱动、参考值） |
| 信号输出 | Outport | 测量信号（如电压/电流测量值） |
ph = get_param(block_path, 'PortHandles');
n_LConn = length(ph.LConn); % 物理左端口数
n_RConn = length(ph.RConn); % 物理右端口数
n_Inport = length(ph.Inport); % 信号输入数
n_Outport = length(ph.Outport); % 信号输出数
1.4 参数名探测
不同版本的参数名可能不同，必须动态获取。
p = get_param(block_path, 'DialogParameters');
available_params = fieldnames(p);
% 常见参数名变化：
% 变压器: 'Rm' vs 'RmLm'
% 锯齿波: 'SeqTime' vs 'rep_seq_t', 'SeqVal' vs 'rep_seq_y'
% 整流桥: 'PowerElectronicDevice' vs 'Device'
阶段2：参数计算
Buck 变换器参数公式
占空比: D = V_out / V_in
电感: L = (V_in - V_out) * D / (f_sw * delta_I_L)
delta_I_L = 0.2~0.4 * I_out（纹波电流系数）
电容: C = delta_I_L / (8 * f_sw * delta_V_out)
delta_V_out = 0.005 * V_out（纹波电压指标）
负载电阻: R = V_out / I_out
PI 控制器初始参数
Kp = 0.005 （比例增益，从小开始）
Ki = 0.5 （积分增益，根据系统带宽调整）
Boost 变换器参数公式
占空比: D = 1 - V_in / V_out
电感: L = V_in * D / (f_sw * delta_I_L)
电容: C = I_out * D / (f_sw * delta_V_out)
阶段3：模型搭建 + 连线
3.1 创建模型框架
new_system(model_name);
open_system(model_name);
set_param(model_name, 'StopTime', '0.3', 'Solver', 'ode23tb', 'MaxStep', '1e-5');
add_block(BLOCK_CANDIDATES.powergui{1}, [model '/powergui']);
set_param([model '/powergui'], 'SimulationMode', 'discrete', 'SampleTime', '1e-6');
3.2 核心约束
-
不要用 Simulink 子系统封装 Simscape 物理连接。
子系统的 In1/Out1 是信号端口，不支持 LConn/RConn 物理端口。
所有 Simscape Electrical 模块必须放在模型顶层。
-
同一个物理端口不能有多条连线。
如需重新连线，必须先删除旧线或删除冲突模块。
-
接地模块（Ground）不要随意添加。
powergui 会提供电气参考点，多余接地会导致连线冲突。
3.3 Buck 变换器连线模板
电力连线（物理端口 LConn/RConn）：
DC+(Rectifier/RConn1) ──→ IGBT/LConn1 [DC+到开关管集电极]
IGBT/RConn1 ──────────→ I_sense/LConn1 [开关管E极到电流传感器]
I_sense/RConn1 ───────→ L_out/LConn1 [电流传感器到电感]
L_out/RConn1 ────────→ C_out/LConn1 [电感到输出电容(+)]
C_out/RConn1 ────────→ DC-(Rectifier/RConn2) [电容(-)到DC-]
D_fw/LConn1 ─────────→ DC-(Rectifier/RConn2) [续流二极管阳极到DC-]
D_fw/RConn1 ─────────→ IGBT/RConn1 [续流二极管阴极到E极]
C_out/LConn1 ────────→ R_load/LConn1 [负载并联]
C_out/RConn1 ────────→ R_load/RConn1
C_out/LConn1 ────────→ V_sense/LConn1 [电压测量并联]
C_out/RConn1 ────────→ V_sense/LConn2
信号连线（Inport/Outport）：
V_ref/1 ────→ Sum/1 [参考电压到误差(+)]
V_sense/1 ─→ Sum/2 [反馈电压到误差(-)]
Sum/1 ─────→ PI/1 [误差到PI控制器]
PI/1 ──────→ CMP/1 [PI输出到比较器]
Sawtooth/1 → CMP/2 [锯齿波到比较器]
CMP/1 ─────→ IGBT/1 [PWM到IGBT门极(Inport)]
3.4 Boost 变换器连线模板
DC+(V_in/RConn1) ──→ L_out/LConn1 [输入到电感]
L_out/RConn1 ─────→ IGBT/LConn1 [电感到IGBT集电极]
IGBT/RConn1 ──────→ DC-(V_in/RConn2) [IGBT发射极到GND]
D_fw/LConn1 ──────→ L_out/RConn1 [二极管阳极到电感输出端]
D_fw/RConn1 ──────→ C_out/LConn1 [二极管阴极到输出电容(+)]
C_out/RConn1 ─────→ DC-(V_in/RConn2) [电容(-)到GND]
R_load / V_sense / 控制回路：同 Buck
自动纠错机制
A. 阶段3 纠错（模型构建）
遇到错误时解析信息，按类型处理：
错误类型 处理策略
─────────────────────────────────────────────────────
"没有名为X的参数" → 调用阶段1.4 重新探测参数名
用正确参数名重试（最多3次）
"没有名为X的模块" → 调用阶段1.2 查找替代路径
无替代则报告缺失模块
"第二个端口已有信号线连接" → 删除冲突模块或旧连线后重试
注意：delete_line 语法要求精确匹配
"参数必须是 N×M 向量" → 调整参数格式
如变压器winding需要[V R L]三元素
"模型名冲突/shadowing" → 换模型名（加时间戳或序号）重试
"回调计算出错" → 参数组合不兼容，逐个参数验证
纠错上限：每步最多重试 3 次，超过则报告给用户。
B. 阶段5 纠错（仿真结果）
问题类型 调整策略（最多5轮）
─────────────────────────────────────────────
电压误差大 (>2%) → 增大 Ki（加快积分）
检查占空比计算是否正确
检查变压器变比是否合理
纹波过大 (>2%) → 增大输出电容 C
增大电感 L
或提高开关频率 f_sw
振荡/不稳定 → 减小 Ki
增大 Kp
或降低积分增益
发散/NaN → 检查求解器（ode23tb 适合电力电子）
减小 MaxStep
检查电路拓扑是否有开路/短路
检查 powergui 采样时间
阶段4：布局美化
布局原则
X轴（从左到右，信号流方向）：
50~100 输入源（AC, DC 电源）
150~300 前级变换（变压器, 整流桥）
400~550 DC母线（滤波电容, 电压测量）
600~1100 功率变换器（开关管, 二极管, 电感, 电容, 负载）
600~1200 控制电路（参考值, 求和, PI, PWM, 比较器）
Y轴（从上到下，按通道排列）：
30~80 powergui
80~250 通道1 功率电路
260~400 通道1 控制电路
480~650 通道2 功率电路
660~800 通道2 控制电路
880~1050 通道3 功率电路
1060~1200 通道3 控制电路
间距：通道间留 200px 空白，功率与控制间留 100px
Position 格式
set_param([model '/block'], 'Position', [left, top, right, bottom]);
% 例：宽60高40的模块放在 (600, 100)
set_param([model '/block'], 'Position', [600, 100, 660, 140]);
阶段5：仿真验证
% 编译检查
set_param(model, 'SimulationCommand', 'update');
pause(3);
% 运行仿真
simOut = sim(model, 'ReturnWorkspaceOutputs', 'on');
% 结果分析
Vout = simOut.Vout1;
n = length(Vout);
ns = round(20e-3 / mean(diff(simOut.tout))); % 最后20ms
vs = Vout(end-ns:end);
vm = mean(vs);
vr = max(vs) - min(vs);
err = abs(vm - Vref) / Vref * 100;
ripple_pct = vr / Vref * 100;
达标标准
| 指标 | 合格 | 优秀 |
|---|
| 稳态电压误差 | < 1% | < 0.1% |
| 电压纹波 | < 2% | < 0.5% |
| 动态响应时间 | < 100ms | < 50ms |
阶段6：输出归档
保存内容：
1. .slx 模型文件 → 项目目录/03_MATLAB仿真/
2. 模型布局截图 → 项目目录/05_仿真结果图/
3. 输出电压图 → 项目目录/05_仿真结果图/
4. 稳态纹波图 → 项目目录/05_仿真结果图/
5. 桌面副本 → ~/Desktop/
截图命令：
print('-sModelName', '-dpng', 'path/to/img.png')
已知限制
- 子系统不支持物理端口：所有 Simscape Electrical 模块必须在模型顶层
- 部分版本无独立 MOSFET 模块：用 IGBT 替代（电气特性近似）
- add_line 自动走线可能不美观：需要手动调整 Position
- 已验证拓扑：Buck（多路）、AC→整流→DC母线
- 待扩展拓扑：Boost、Buck-Boost、全桥逆变器、PFC、LLC 谐振
典型使用示例
示例：三路输出直流稳压电源
用户说："帮我做一个AC220V输入，输出200V/2A、110V/3A、60V/5A的多路直流稳压电源Simulink仿真"
执行流程：
- 环境探测 → 发现 IGBT 可用但 MOSFET 不可用，用 IGBT 替代
- 参数计算 → L=2mH/4.7mH/2.2mH, C=470uF, f_sw=20kHz
- 创建模型 → AC→变压器→整流→DC母线→三路Buck（每路IGBT+Diode+LC+PI）
- 布局 → 前级在左，三路垂直排列在右
- 仿真 → 验证三路输出精度均 < 0.2%
- 归档 → .slx + 波形图 + 桌面副本
