MATLAB 在电路瞬态分析中的应用之二3.docx
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MATLAB在电路瞬态分析中的应用之二3
学号：
基础强化训练
题目
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用之二
学院
自动化学院
专业
自动化专业
班级
姓名
指导教师
李浩
2013
年
8
月
12
日
基础强化训练任务书
学生姓名：
专业班级：
自动化1102
指导教师：
李浩工作单位：
自动化学院模式识别教研室
题目:
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用之二
初始条件：
如图1所示，已知R1=R2=R3=4Ω，R4=2Ω，IS=2A，α=0.5，β=4，求I1和I2。
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语言程序及
Simulink建模仿真；
（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
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
目录
摘要4
Abstract5
1.基础强化训练的目的和要求6
1.1训练目的6
1.2训练要求6
1.3基础强化训练的内容6
1.4电路分析7
2.解答分析7
2.1解法一：
M文件编程仿真7
2.1.1建模8
按节点电压法可知，图中可列出方程为：
8
2.1.2用MATLAB编程8
2.1.3程序运行结果9
2.2解法二：
Simulink建模仿真9
2.2.1Simulink电路模型9
2.2.2仿真波形10
3.结果分析11
结束语12
摘要
MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分，是用于概念设计,算法开发,建模仿真,实时实现的理想的集成环境。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。
MATLAB由于其完整的专业体系和先进的设计开发思路，使得MATLAB在多种领域都有广阔的应用空间，特别是在MATLAB的主要应用方向—科学计算、建模仿真以及信息工程系统的设计开发上已经成为行业内的首选设计工具，全球现有超过五十万的企业用户和上千万的个人用户，广泛的分布在航空航天，金融财务，机械化工，电信，教育等各个行业。
关键字：
矩阵开发仿真可视化
Abstract
MATLABisMatrixlab（MatrixofLaboratory）,istheMathWorkscompanybusinessmathematicssoftwareisusedtodevelop,datavisualizationalgorithm,dataanalysisandnumericalcalculationofseniortechnicalcalculationlanguageandinteractiveenvironment,mainlyincludestwoparts,andSimulinkMATLABisusedinconceptualdesign,development,modelingalgorithmsimulation,real-timeachieveidealintegrationenvironment.ThebasicunitofdataisMATLAB,itsinstructionmatrixexpressionandmathematics,engineeringisverysimilarinform,souseMATLAB®todecodingproblemthanusingClanguage,FORTRAN,etcofthesamethingsmuchmoresimple.
MATLABduetoitscompleteprofessionalsystemandadvanceddesignidea,makestheMATLABinvariousfieldshavebroadapplicationofspace,especiallyinthemainapplicationdirection--MATLABsimulationcalculation,andthescientificinformationengineeringsystemdesigndevelopmenthasbecomethefirstindesigntools,morethanhalfofglobalexistingenterpriseusersandmillionsofpersonaluser,widelydistributedinaerospace,financial,machinery,chemical,telecom,education,etc.
Keyword：
MatrixDevelopSimulationVisualization
MATLAB的简单应用和分析
1.基础强化训练的目的和要求
1.1训练目的
（1）本环节通过MATLAB语言的学习与强化训练，使学生能掌握MATLAB软件，从分析和解决《线性代数》、《电路原理》等课程中的基本理论问题入手，力图做到在后续专业课程学习中，能熟练应用MATLAB工具来分析和设计；
（2）通过本环节巩固和深化已学课程的知识，培养学生综合运用这些知识，分析和解决实际问题，逐步树立正确的设计思想，培养严谨认真的科学态度和严谨务实的工作作风。
1.2训练要求
通过训练，使学生掌握相关的理论知识及实际处理方法，熟练使用MATLAB语言编写所需应用程序，上机调试，输出实验结果，并对实验结果进行分析。
1.3基础强化训练的内容
如图1所示，已知R1=R2=R3=4Ω，R4=2Ω，IS=2A，α=0.5，β=4，求I1和I2。
1.1电路图
1.4电路分析
b
如图1.2所示电路，整个电路由四个电阻，一个电流源，一个受控电流源和一个受控电压源构成，分析是，电路可以分成两个节点组成，可利用电路的基本知识进行列出方程，建立矩阵模型，再利用M文件编程可解出线性方程。
同时，也可以直接利用simulink直接搭建电路模型，即在MATLAB里面画出电路图进行仿真，再利用示波器直接读出题目所求的数值结果。
流程图如图1.2所示。
运行程序并得出结果
由示波器读出结果
编写
程序
列出方程组并写出矩阵形式
Simulink
建模仿真
电路
分析
1.2设计框架流程图
2.解答分析
2.1解法一：
M文件编程仿真
利用M文件编程仿真来解决电路问题，对于此题来讲还是很简单的。
首先利用所学的电路知识列出方程组，再写成矩阵形式，在MATLAB环境下建立M文件，编写程序，求写矩阵，进而能求出题目所要求的变量，存为一个自命名的M文件，便于下次直接输入文件名即可显示出答案。
2.1.1建模
按节点电压法可知，图中可列出方程为：
（1/R1+1/R2）Un1+（-1/R2）Un2=Is+αI2
（-1/R2） Un1+ （1/R1+1/R2+1/R3） Un2 = -αI2+β/R3
I1= （Un1－Un2 ）/ R2
I2 = Un2/R4
整理以上各式并写成矩阵形式：
1/R1+1/R2-1/R20-αUn1Is
-1/R21/R2+1/R3+1/R4-β/R3αUn2=0
1/R2-1/R2-10I10
01/R40-1I20
由题意可知R1、R2、R3、R4可知，β、σ也可知，故可求出Un1,Un2的值。
2.1.2用MATLAB编程
MATLAB程序：
clear;closeall;
R1=4;R2=4;R3=4;R4=2;
z11=1/R1+1/R2;z12=-1/R2;z13=0;z14=-0.5;
z21=-1/R2;z22=1/R2+1/R3+1/R4;z23=-4/R3;z24=0.5;
z31=1/R2;z32=-1/R2;z33=-1;z34=0;
z41=0;z42=1/R4;z43=0;z44=-1;
Z=[z11,z12,z13,z14;z21,z22,z23,z24;z31,z32,z33,z34;
z41,z42,z43,z44];
Y=[2;0;0;0];
X=inv（Z）*Y;
Un1=X
（1）
Un2=X
（2）
I1=X（3）
I2=X（4）
2.1.3程序运行结果
2.2解法二：
Simulink建模仿真
利用simulink建模仿真做本题，只需进入仿真界面，找到相应的元件，并按照题目中电路图连好，将所求的变量通过电表的接入和示波器的输出观察，即可知道要求变量的值了。
2.2.1Simulink电路模型
进入MATLAB软件界面，选中“simulink”界面，选择SimpowerSystoms，，在里面找出图中的各元器件，此时要注意元器件和电压的数值，再按图2.1连线，并在要求解的直流电流中加入电流表。
并在sink中找到示波器，将其插入电路中，对电流表进行观察。
图2.1在MATLAB上的连接电路
2.2.2仿真波形
点击开始仿真，点开各电流表连接的示波器，看到I1的波形图如图2.2，I2的波形图如图2.3。
图2.2电流I1波形图
图2.3电流I2波形图
3.结果分析
进过对MATLAB的简单应用，我学会了电路的简单编程和仿真。
经过两种方法的比较，可以知道，两种方法得到的结果完全一致，可以得到I1=1A，I2=2A,即证明了结果的正确性，我觉得用Simulink建模仿真法解这道题更为简单、方便、直观。
结束语
通过这个暑假对MATLAB的学习，对其有了一个大致的认识，刚刚接触时感到一点点的迷茫，不知从何学起，后来通过看视频看PPT，才知道了这个软件功能的强大，以及存在的意义。
本次学习，我知道了怎样把自己所学的电路知识用这个软件来解决，或许我们平常所做的题目简单，但是当我们遇到极其难解的题目时，就能深刻的体会到是用这个软件来解决问题的方便，以及它的方便之处。
通过本次强化训练，学习到软件的主要两种方法应用，尤其是Simulink方法，显得不仅简单可行，而且方便直观，对比两种方法也得到了一些学习的方法。
同时，在学习的过程中，要不断的翻看以前所学过的书，达到了复习知识点的作用，使我对所学的知识点掌握的更加的巩固。
在这次学习中，我不仅复习了以前的知识，学习了新知识，而且还锻炼了自己自学的能力以及解决问题的能力，真所谓获益匪浅。
通过本次学习，我学会了使用另一种软件，同时，也学会了解决电路问题的另一种途径，使我越来越意识到，专业知识和实际操作之间的联系，同时对自动化专业更加的感兴趣，对我以后的学习有很大的帮助。
参考文献
[1]张志勇等，精通MALAB6.5，北京航空航天大学出版社，2003
[2]MathWorks,MATLABR2006a,2006
[3]韩利竹,王华.MATLAB电子仿真与应用（第2版）.国防工业出版社.2003年
[4]何强,何英.MATLAB扩展编程.清华大学出版社.2002年
[5]龚剑,朱亮.MATLAB5.X入门与提高.清华大学出版社.2000年
附录
clear;closeall;%消除运行此程序前己赋值变量对运行结果的影响
R1=4;R2=4;R3=4;R4=2;%元件赋值
z11=1/R1+1/R2;z12=-1/R2;z13=0;z14=-0.5;求Z矩阵第一行的系数
z21=-1/R2;z22=1/R2+1/R3+1/R4;z23=-4/R3;z24=0.5;求Z矩阵第二行的系数
z31=1/R2;z32=-1/R2;z33=-1;z34=0;求Z矩阵第三行的系数
z41=0;z42=1/R4;z43=0;z44=-1;求Z矩阵第四行的系数
Z=[z11,z12,z13,z14;z21,z22,z23,z24;z31,z32,z33,z34;
z41,z42,z43,z44];%列出矩阵系数Z
Y=[2;0;0;0];%列出矩阵系数Y
X=inv（Z）*Y;%求出矩阵X
Un1=X
（1）
Un2=X
（2）
I1=X（3）
I2=X（4）
本科生基础强化训练成绩评定表
姓名
性别
男
专业、班级
基础强化训练题目：
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用之二
基础强化训练答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
评定项目
评分成绩
1．考勤、态度（15分）
2.查阅资料能力（10分）
3.电路分析，建立电路模型，编程仿真（20分）
4．Simulink建模仿真结果（20分）
5．设计说明书质量及规范化、参考文献充分（不少于5篇）（15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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