武汉理工基础强化训练Word文件下载.docx
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摘要2
1电路分析计算2
1.1设计题目2
1.2理论分析3
1.2.1分析(a)图:
3
1.2.2分析(b)图:
5
2MATLA编程及仿真6
2.1对图(a)编程:
6
2.1.1程序运行图7
2.2.2图(b)程序运行图9
3MATLAB建模仿真10
3.1对图(a)建模仿真10
3.1.1仿真元件的选取10
3.1.2Simulink电路模型12
3.1.3仿真结果12
3.2对图(b)建模仿真13
3.2.1选择受控源13
3.2.2Simulink电路模型13
3.2.3仿真结果13
3.3plot绘图14
3.3.1图(a)plot绘图结果14
3.3.2图(b)绘图结果15
4心得体会16
5参考文献17
电路零状态响应的计算
摘要
在学习了《电路原理》的基础上,此次实训通过《电路原理》的知识和MATLAB语言的学习与强化训练,使我们能掌握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,能应用MATLAB工具来分析和计算;
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。
关键词:
电路原理MATLASimulink零状态响应
1电路分析计算
1.1设计题目
试求图示各电路的零状态响应uC(t),t≥0。
1.2理论分析
在(a)图中,当开关闭合以后达到稳态时,电容相当于断路,所以稳定后电路图可以等效为如图1.1:
图1.1
由网孔法,列出方程:
(8+8)I1-8I2=12
-8I1+(6+2+8)I2=0
由上面两个方程解出:
I1=1
I2=0.5
所以稳态时UC=2*I2+8*I1=9V
然后求ab端的等效电阻,将ab端短路,如图1.2:
图1.2
此时I4等于I3,再由网孔法列出下列方程:
(8+8)I1-8I2-8I3=12
-8I1+(6+2+8)I2-2I3=0
-8I1-2I2+10I3=0
由以上3个方程,解得I3=3A,所以I4=3A
则ab端的等效电阻Re=Uc/I4=3Ω
则时间常数ζ=Re*C=3*10*10-6=3*10-5
所以,t≥0时,Uc(t)=UC*(1-e-t/ζ)=9*(1-e-t/3*10-5)
在(b)图中,当t<0时,电路右边部分被短路。
t>0以后直到稳定状态后,由于电容相当于断路,所以稳态时Uc=UR1=i1*R1=8V
然后求电容两端看入的等效电阻,如图1.3
图1.3
在图1.3中,t>0时开关打开。
对于a点,有方程:
i1+Ie=2……1
又对于abcd回路有方程:
-4i1-2i1+4Ie=0……2
由方程1和2解出i1=0.8A
Ie=1.2A
所以等效电阻Re=Uc/Ie=6.67V
时间常数ζ=Re*C=6.67
所以Uc(t)=8*(1-e-t/6.67)t>
2MATLA编程及仿真
A=[16,-8;
-8,16;
];
B=[12,0];
I=B/A;
I1=I
(1);
I2=I
(2);
Uc=2*I2+8*I1
Uc=
9
C=[16,-8,-8;
-8,16,-2;
-8,-2,10;
D=[12,0,0];
I=D/C;
I3=I(3);
>
I4=I3;
Re=Uc/I4
Re=
3.0000
C=10E-5;
T=Re*C
T=
3.0000e-004
2.1.1程序运行图
如图2.1
图2.1
Matlab运行出来的结果与理论结果一致,符合分析结果。
2.2对图(b)编程
Uc=8;
A=[1,-6;
1,4];
B=[2,0];
I=B/A;
i1=I
(1);
Ie=I
(2);
Re=Uc/Ie
6.6667
C=1;
T=Re*C
6.6667
2.2.2图(b)程序运行图
图2.2图(b)程序运行图
3MATLAB建模仿真
3.1对图(a)建模仿真
3.1.1仿真元件的选取
图(a)中由电阻,电容和直流电压源组成,依次选择
(1)首先选电阻,分别为8Ω,8Ω,6Ω,2Ω,所以添加4个电阻,并将电容值设为inf,电感值设为0,由此设计出所需电阻。
如图3.1以选择8Ω电阻为例:
图3.1载入电阻
图3.2电阻的设定
其他阻值的电阻选择与设定与此类似
(2)选择电源
图中是一个直流电压源,添加如图3.3电源的设定与选择
图3.3电源的设定与选择
(3)电容的选择
图中电容为10Uf,所以依然选择RLC串联,并将电阻与电感值都设为0,如图3.4
图3.4电容的选择与设定
3.1.2Simulink电路模型
打开matlab,在Simulink中构建的电路图如下3.5
图3.5Simulink中构建的电路图
3.1.3仿真结果
连接好电路以后的仿真结果如图3.6
图3.6仿真结果
在matlab中的仿真结果与理论计算中的结果完全相同。
验证了正确性。
3.2对图(b)建模仿真
3.2.1选择受控源
图(b)中电阻,电容,电源的选取方法与图(a)一样,主要说明受控源的选取方法。
受控源如右图,
使用方法在电路图中加以说明。
3.2.2Simulink电路模型
打开matlab,在Simulink中构建的电路图如下3.7
图3.7Simulink中构建的电路图
说明:
受控电压源使用方法:
s端接在増益上,从电流表接入电流起到控制作用。
3.2.3仿真结果
连接好电路以后的仿真结果如图3.8
图3.8仿真结果
3.3plot绘图
3.3.1图(a)plot绘图结果
由于图(a)最后结果为Uc(t)=9*(1-e-t/3*10-5),所以绘制出的图形如图3.9
如图3.9图(a)plot绘图结果
图像说明:
横坐标为时间,纵坐标为电压
3.3.2图(b)绘图结果
由于图(b)结果为Uc(t)=8*(1-e-t/6.67)所以绘制出的图形如图3.10
图3.10图(b)绘图结果
4心得体会
此次基础强化训练意义很大,我收获颇多。
在理论计算的过程中,我巩固了已经快要忘记的电路原理的知识,重新学习并回忆了许多电路中的基本分析方法,比如说节点电压法、回路电流法、叠加定理、三要素法等等,加强了电路基础知识的训练。
又此次运用并学习了没用过的matlab软件。
使自己又学到新的东西,提升了自己的自学能力,收获颇多。
5参考文献
[1]电路基础.清华大学出版社.2000
[2]邱关源.电路<
第五版>
.高等教育出版社.2006
[3]梅志红.matlab程序设计基础及其应用.清华大学出版社.2005