基础强化训练.docx
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基础强化训练
学号：
0121011360103
课程设计
题目
二阶电路全响应的求解
学院
自动化
专业
自动化
班级
自动化1001班
姓名
指导教师
李浩
2012
年
9
月
1
日
基础强化训练任务书
学生姓名：
专业班级：
自动化1001班
指导教师：
李浩工作单位：
武汉理工大学
题目:
二阶电路全响应的求解
初始条件：
如图所示电路,在t=0时刻开关打开,计算电容电压Uc（t）、i（t）、电感Ul（t）。
要求完成的主要任务:
（1）分析题意，根据所给电路，采用合适的电路分析方法进行分析，并建立该电路的数学模型；
（2）根据解题步骤，绘制程序流程图，并编写出完整的MATLAB语言程序；
（3）调试、修改该程序，显示并分析运行结果；
（4）按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”，撰写总结报告一份，内容包括：
包括封面、任务书（指导老师提供）、目录、摘要（中、英文对照）、正文、参考文献（5篇以上）、附录（程序清单，要求有注释）、成绩评定表（指导老师提供）。
正文部分包括：
训练题目、电路分析、软件设计说明（流程图设计及说明等）、仿真波形、结果分析和基础强化训练的收获及心得体会（不少于500字）。
时间安排：
序号
设计内容
所用时间
1
指导老师就课程设计内容、设计要求、设计进度安排和评分标准等作具体介绍。
强调课程设计期间纪律要求。
学生确定选题，明确设计要求，开始查阅资料，对选定的设计题目进行原理分析。
1天
2
学生根据设计要求，设计程序框图，学习并编写MATLAB程序代码
2天
3
按设计要求，上机调试程序，修改并完善设计，完成程序调试后，记录结果。
1天
4
学生撰写课程设计说明书，进行答辩。
1天
合计
1周
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
1绪论
1.1MATLAB的应用
MATLAB是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境,除了具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能.具体应用如下：
1）由于matlab有丰富的函数库，广泛应用在概率统计等方面；
2）有强大的仿真功能，在电路、模拟电路、数字电路、自动控制等方面作为仿真工具应用广泛；
3）图形功能强大，能根据输入相应的绘出其函数图形，在计算机绘图方面也有广泛应用；
4）拥有强大的工具箱，有完善的系统环境和虚拟设备，在控制系统中发挥着巨大作用。
1.2SIMULINK与MATLAB的区别
利用matlab实现电路仿真的一般仿真步骤为：
分析仿真对象；确定仿真思路；建立仿真模型；根据模型写出仿真程序；运行后得到输出结果。
采用Simulink仿真模型进行电路仿真时，可以直接根据电路图，利用已有电子元件模块直接搭建仿真模型。
比较：
通过Simulink仿真模型实现仿真，为仿真者带来了不少便利，它免除了进行理论分析的繁重负担，能更快更直接地得到所需的最后仿真结果；而在需要对仿真模型进行一定理论分析时，M文件就有更大的用武之地，它可以更加灵活地反映仿真者的研究电路的思路，让仿真者更加灵活地将自身想法在仿真环境中加以验证，促进理论分析的发展。
二系统分析与计算
如图所示电路,在t=0时刻开关打开,画出t>0时开关打开电路。
计算电容电压Uc（t）、i（t）、电感Ul（t）。
2.1对二阶全响应电路进行原理分析
以上电路中各元件值已知，在t=0时刻开关打开，让我们计算电容电压Uc（t）、i（t）、电感UL（t），属于一二阶电路的全响应的计算，由KVL可列相关方程，解出相应微分方程即可求得和。
2.2对电路理论计算
由KVL有
24—Uc（t）—UL（t）—UR=0
由电路原理知识得
代入已知参数得
设全响应为
。
其特解为
求通解，二阶微分方程的特征方程为
特征根为
为一对共轭复根，所以换路后过渡过程的性质为欠阻尼性质，即
全响应为
已知初始条件为
U（0+）=12v
解得
所以电容C电压的全响应为
依此可得
3建模与仿真
3.1用MATLAB编程分析
由上述计算可得微分方程
建立编程模型，并由电压、电感和电流之间的关系，可以编得以下程序
图一matlab编程程序
输出结果即分别为Uc（t）、i（t）、Ul（t）所对应的函数
3.2输出波形
由以上程序仿真的输出波形如下
图二电容电压随时间变化波形
图三电流随时间变化波形
图四电感电压随时间变化波形
4仿真结果分析
由以上分析可知，仿真结果和理论计算结果相同，仿真结果没有近似计算，都是用标准分式表达，结果更可靠。
输出波形与实际情形较为接近，符合相应元件的性质特征。
从计算结果到波形的仿真，matlab软件都较为真实的模拟出实际电路中的数值和波形问题。
结果真实可靠。
5小结
人的潜能是被逼出来的，我算是体会到这句话的真谛。
在不到一个星期的时间中，我从以前没接触过MATLAB，到现在掌握其基本用法，成就是自己都难以想象的，在这四天的基础强化训练中，我的收获如下：
1.认识到自己基础知识的不足，从微分方程到电路原理，虽然以前学习过相关内容，但都比较肤浅，没能真正掌握；
2.复习了相关知识，在用matlab编程时，需要先建立模型，这个过程使我对相关电路原理和数学技巧有了更深刻的认识；
3.在高强度、高密度的学习过程中，不断查阅相关资料，不断尝试解决问题的方法，不仅有无限的成就感，更让我发觉到自己的无限潜力；
4.很多时候借助工具的力量比单纯靠大脑解决方便有效得多
学习过程中，发散性思维很重要，MATLAB的强大功能在于它不仅提供了丰富的矩阵操作和矩阵运算功能，而且在这些基本运算的基础上提供了可供各种科学研究和工程技术门类使用的工具箱。
由于矩阵被推广到各个领域，使MATLAB优质更广泛的利用。
MATLAB还提供大量的函数库，除了基本初等函数，还有初等矩阵和矩阵变换，线性代数方程组和矩阵特征值的求解，多项式运算和求根，函数的插值和数据的多项式拟合，数值积分和常微分方程数值解，函数求极值，单变量非线性方程求根，是据分析和傅立叶变换，以及某些特殊的矩阵函数和数学函数，这些函数都可以直接调用。
而且用户还可以更具自己的需要任意扩充函数库。
通过这一个星期的基础强化训练，所能学到的知识毕竟还非常有限，但它让我们认识到学习各种工具软件的重要性，以及不断地自主学习更广泛领域知识的必要性。
在认识到自身优势的同时我也发现了自身的不足，都有助于我在以后的学习中不断进步。
参考文献
[1].邱关源.电路.北京：
高等教育出版社，2006
[2].同济大学数学系.高等数学.北京：
高等教育出版社，2007
[3].张学敏.MATLAB基础及应用.北京：
中国电力出版社，2009
[4].张德丰.MATLAB建模与仿真实例精讲.北京：
机械工业出版社.2010
[5].汪建.电路原理.北京：
清华大学出版社.2007
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录：
1:
根据自己选择的题目，说明建立数学模型的步骤
2：
在仿真过程中，你遇到了哪些问题？
你是如何解决的？
3：
通过本次课程设计，如何理解MATLAB/SIMULINK在本专业领域的应用？
成绩评定依据：
序号
评定项目
评分成绩
1
选题合理、目的明确（10分）
2
设计方案正确，具有可行性、创新性（20分）
3
设计结果可信（例如：
系统建模、求解，仿真结果）（25分）
4
态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）
5
设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6
答辩（20分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
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