基于matlab的线性电路正弦稳态特性分析.docx
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基于matlab的线性电路正弦稳态特性分析
摘要
本设计是基于matlab的线性电路正弦稳态特性分析，线性电路的正弦稳态分析是比较难的部分，特别是是当电路非常复杂时，分析起来更是费时费力而用matlab来分析大大的简化了分析。
本文在简要介绍了Matlab软件的基础上，提出了利用Matlab来进行电路分析的方法。
并重点研究了用Matlab分析正弦稳态电路，具体是用编程和Simulink仿真两种方法分析正弦稳态电路。
编程法中用到支路电流法、回路电流法和节点电位法三种电路分析方法。
且与一般分析方法比较，可以看出用Matlab分析正弦稳态电路具有简便、直观的优点。
本文对R,L,C串联电路和R,L,C并联电路为例，用Matlab绘出表现其正弦稳态特想的时域波图,向量图。
与一般分析方法比较可以看出用Matlab分析正弦稳态电路具有简便、直观的优点。
目录
1引言
2理论分析
3仿真分析
4结论
5参考文献
1引言
电路的计算机辅助分析技术作为CAD技术的一个重要的分支,几乎与CAD技术同时起源。
如今电路的分析软件层出不穷且功能日益强大。
PSpice分析软件便是一个典型的代表,它是一个通用电路模拟程序。
它不仅能进行电路的直流分析、交流分析和暂态分析而且具有容差分析、最坏情况分析、噪声分析等功能。
如今己出现了Pspice9.0版本和Windows版本，不仅具有更强的分析功能和丰富的器件模型而且有着良好的人机界面和交互式的图形输入方式。
在数字电路方面以Orcad为代表的分析软件也不断推陈出新使得对数字电路进行时序仿真、逻辑模拟、功能模拟等变得异常方便。
可以说电路分析软件的发展正呈现出一片欣欣向荣的景象。
由于专用的分析软件存在着成本、人们熟悉程度和软件本身局限性等方面的缺点以及MATLAB对矩阵和数值运算的高效性，我们便想到了利用MATLAB来实现各种电路的分析。
MATLAB和高级语言的关系仿佛高级语言和汇编语言的关系一样，高级语言的执行效率要低于汇编语言，然而其编程效率与可读性、可移植性要远远高于汇编语言。
同样MATLAB比一般高级语言的执行效率要低,但其编程效率与可读性、可移植性要远远高于其他高级语言。
对于工程技术人员来说。
即使不懂C或FORTRAN这样的程序设计语言也照样可以设计出功能强大、界面优美、稳定可靠的高质盘程序来，且开发周期会大大地缩短。
由于专用的分析软件存在着成本、人们熟悉程度和软件本身局限性等方面的缺点以及MATLAB对矩阵和数值运算的高效性，我们便想到了利用MATLAB来实现各种电路的分析。
2理论分析
2R,L,C时域波形图和向量图
2.1电阻稳态电路
2.1.1电阻R的正弦稳态电路分析
如图所示，电压Ur的表达式为Ur=R*a*cos（w*t）
由此可知，对于电阻R任一频率的正弦波电流信号通过它时，该电阻的端电压相位不会发生改变,即输入电流信号同相,而电压信号幅值的大小由电阻的阻值决定。
当电阻的阻值大于一时,该电压信号的幅值增大,电阻的阻值为一时,电压信号的幅值不发生改变电阻的阻值小于一时,电压信号的幅值减小。
改变的倍数正好为电阻的阻值。
不过，一般情况下，电阻的阻值都要远大于一，电压信号的幅值都要比通过它的电流信号的幅值要强。
2.1.2现利用matlab绘制电阻的正弦稳态时域波形图
绘制波信图的程序设计如下分析所示
在此我取正弦信号的角频率w=pi/3。
电阻的阻值R=10.绘制波形图的时域范围为t=-20*pi:
pi/20:
20*pi;
利用函数plot来绘制波形plot的绘图原理时，将分立点的函数值用直线连接起来，当绘图取样点的间隔很小的时候，绘制的曲线变得很平滑，与真实的波形图能很好的吻合。
故采用此函数绘制波形时取样要足够多。
利用title为所绘图赋标题，利用xlable，ylable等一系列的matlab函数进行标注。
绘制电流信号波形语句为plot（t,i）。
绘制电压信号的波形语句为plot（t，u）。
绘制功率信号的波形语句为plot（t，p）。
分割框图表格语句subplot（3,1,1）。
因此通过matlab绘制的电阻R时域波形图如下
图.2.1.2
通过图.七时域波形图的比较可以看出，两信号i,u的相位没有变化，但两信号的幅值发生了变化。
且变化的比例刚好为电阻的阻值。
2.1.3利用matlab绘制的电阻R的正弦稳态电路的相量图matlab提供的函数compass可以绘制相量的相量图
其程序如下所示
初始化i，u
xl=compass（[I,U]）
title（‘电阻正弦稳态相量图’）;
set（xl,’linewidth’,3）;
gtext（‘I’）;gtext（‘u’）;
因此通过电阻正弦稳态相量图为
3仿真分析
3.1设计框图
3.2运行程序
1.电阻的正弦稳态波形程序
t=-10*pi:
pi/10:
10*pi;
R=10;
i=cos（60*pi*t/180）;
u=R*i;
p=u.*i;
subplot（3,1,1）;
plot（t,i）;
title（'电阻的正弦稳态波形图'）;
xlabel（'time-sec'）;
ylabel（'i（t）'）;
subplot（3,1,2）;
plot（t,u）
xlabel（'time-sec'）;
ylabel（'u（t）'）;
subplot（3,1,3）;
plot（t,p）;
xlabel（'time-sec'）;
ylabel（'p（t）'）
2电阻的相量图绘制程序
I=1*exp（0i）;
U=10*exp（0i）;
xl=compass（[I,U]）;
title（'电阻的相量图'）;
set（xl,'linewidth',2）
gtext（'I'）;
gtext（'U'）
4结论
通过本次对MATLAB的初步应用知道了MATLAB的强大功能。
在使用MATLAB语言编程时，主要通过矩阵式方程将电路中各参数表达式表达出来，然后按照一定的格式将函数表达式通过MATLAB语言写程序。
正确的书写程序后软件会自动帮助你算出计算结果来。
在课程设计的过程，我翻阅了很多关于matlab教程的书籍，也在网络上搜索了大量的例程。
通过在计算机上运行和调试，我慢慢的熟悉了一些matlab中各函数的用法，以及他们之间的区别。
当然在设计中，我也遇到很多的问题。
例如在运算符号前加上标号与不加标号的区别很大。
matlab中的一切运算都是以矩阵形式进行的，故在多个量的运算时运算符前要加上标号以示区别。
由于MATLAB的应用范围如此之广，以后肯定在自己的专业学习中要使用到，并且要学会建模，编程。
因此自己应该在这次的基础强化训练之后多多花时间在上面慢慢的摸索熟练的操作MATLAB为自己以后的专业学习奠定一个好的基础。
5参考文献
[1]《电路》邱关源罗先觉高等教育出版社.2009.
[2]《MATLAB程序设计语言》楼顺天于卫闫华梁西安电子科技大学出版社.2007
[3]《MATLAB实用教程》郑阿奇曹戈赵阳电子工业出版社.2005.
[4]陈杰.MATLAB宝典.电子工业出版社.
[5]《MATLAB7.0基础教程》孙祥徐流妹吴清清华大学出版社.1997
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