中在电路仿真中的应用课程设计.doc

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课程论文首页

院、系（部）

电子信息工程学系

专业

电子信息工程专业

班级

092

学号

姓名

Xxx

课程教师

黄剑航

课程名称

计算机仿真技术

论文题目

Simulink在RLC电路仿真中的应用

成绩

评

语

签字：

年月日

复

核

人

意

见

签字：

年月日

Simulink在RLC电路仿真中的应用

Xxx

摘要：

文章是基于Simulink建立RLC电路仿真模型,叙述了其设计的仿真原理、仿真的步骤，实现电路系统的动态仿真，展示了方便灵活的动态仿真结果。

并用MATLAB编写M文件建模仿真分析和验证结果的正确性。

结果表明,利用Simulink分析动态电路具有简单、快捷、高效,实现了电路仿真分析的优越性。

关键词：

MATLABSimulink电路建模电路仿真

一、引言

计算机辅助电路分析已经成为电路原原理课程教学改革的一个重要方面。

传统的电路分析中，在电路比较复杂，方程数目比较多得情况下，手工解决问题十分繁琐，并且传统的计算机语言编制的仿真程序冗长，可读性差，调试费时，大量的时间都被花在矩阵建立和图形的生成分析等烦琐易错的细节上。

Rlc电路是电路课程和电路实验教学的重要内容，由于matlab软件具有很强的数值运算、符号运算和绘图功能，以及丰富的库函数、工具箱和仿真模块，在电路的分析和仿真中得到了广泛的应用，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境，其强大的数值计算功能建立在向量、数组和矩阵的基础上，输出结果易于可视化。

这两个特点为电路的仿真分析提供了一个合适的语言平台。

Simulink是matlab的重要组件之一，它提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中无需书写大量的程序，只要通过简单直观的鼠标操作，就可以构造出复杂的仿真系统，从而提高了工作效率[1]。

二、similink电路仿真原理

1、实验设计原理分析

Simulink是MATLAB的一个重要的工具箱，是结合了框图界面和交互仿真能力的系统级设计和仿真工具。

它以MATLAB核心数学，图形和语言为基础，可以让用户完成从算法开发，仿真或者模型验证的全过程，而不需要传递数据，重写代码或改变软件环境。

Simulink作为面向框图的仿真软件，具有以下的功能和优点：

1.1、用方框图的绘制代替了程序的编写。

构成任何一个系统框图有三个步骤，即选定典型环节，相互联结和给定环节参数。

1.2、仿真的建立和运行是智能化的。

首先，画好了框图并存起来，Simulink自动建立一个仿真的过程；其次，在运行时用户可以不给步长，只给出要求的仿真精度，软件会自动选择能保证给定精度的最大步长，使得在给定的精度要求下系统仿真具有最快的速度。

1.3、输入输出信号来源形式的多样化。

其输入信号可以是各种信号发生器；也可以来自一个设定的记录文件；还可以来自MATLAB的工作空间（workspace）.输出信号也类似，这就扩大了仿真系统与各种外部软件和硬件的接口能力。

2、simulink工具箱仿真模块

2.1、Simulink工具箱中含有大量的仿真模块集，例如PowerSystemBlockset（PSB）,DSPBlockset,CommunicationBlockset,CDMAReferenceBlockset,NonlinearControlDesignBlockset等专门领域应用的仿真模块。

研究MATLAB在电路仿真中的应用，主要用到的是Simulink节点下的CommonlyusedBlocks,Sinks,Sources等模块以及在电路仿真中最长用的PowerSystemBlockset（DSP）模块。

其中电路仿真元件库SimPowerSystems库，内部有基本连接件（Connector）、电源（ElectricalSources）、基本元器件（Elements）等七个子库，如图1所示。

图1电路仿真元件库及其子库

2.2、SimPowerSystems模块介绍

2.2.1、DCVoltageSource直流电压源，在“ElectricalSources”模块内。

2.2.2、SeriesRLCBranch串联RLC支路，设置参数可以去掉任一元件，将其变为单独的电阻、电容或电感的支路。

1）将SeriesRLCBranch模块设置成单一电阻时，应将参数：

“Resistance”设置为所仿真电阻的真实值，“Inductance”设置为0，“Capacitance”设置为inf；2）将Series-RLCBranch模块设置单一电感模块时，应将参数：

“Inductance”设置为所仿真电感的真实值，“Resistance”设置为0，“Capacitance”设置为inf；3）将SeriesRLCBranch设置单一电容模块时，应将参数“Capacitance”设置为所仿真电感的真实值，“Resistance”和“Inductance”均设置为0。

2.2.3、ParallelRLCBranch并联RLC支路，设置参数可以去掉任一元件，将其变为单独的电阻、电容或电感的支路。

1）将ParallelRLCBranch模块设置成单一电阻时，应将参数：

“Resistance”设置为所仿真电阻的真实值，“Inductance”设置为inf，“Capacitance”设置为0；2）将Parallel-RLCBranch模块设置单一电感模块时，应将参数：

“Inductance”设置为所仿真电感的真实值，“Resistance”设置为inf，“Capacitance”设置为0；3）将ParallelRLCBranch设置单一电容模块时，应将参数“Capacitance”设置为所仿真电感的真实值，“Resistance”和“Inductance”均设置为inf。

2.2.4、CurrentMeasurement、VoltageMeasurement在“Measurmrnts”模块内，可以用来测量所在支路的电流值和电压值。

2.2.5、ControlledVoltageSource受控电压源、ControlledCurrentSource受控电流源，在“ElectricalSources”模块内，其参数一般采用默认值。

2.2.6、Break（开关）两模块。

在Elements模块库内。

Break模块内有一个名为Externalcontrolofswitchingtimes的选项，在默认的选中状态时，Switchingtimes（开关转换时间）和SampletimeoftheinternaltimerTs两个选项将被隐藏，这里需要将Externalcontrolofswitchingtimes设为非选中状态，展开隐藏选项。

3、Simulink的模块库

Simulink的模块库能够对系统模块进行有效的管理与组织，使用Simulink模块库浏览器可以按照类型选择合适的系统模块、获得系统模块的简单描述以及查找系统模块等，并且可以直接将模块库中的模块拖动或者拷贝到用户的系统模型中以构建动态系统模型。

常见的模块有连续系统模块，离散系统模块，信号模块，数学操作模块等。

4、MATLAB的M文件建模仿真

在MATLAB中建立脚本文件编写程序进行建模仿真，通过结果的对比可进一步验证对Simulink的动态仿真结果的正确性。

三、电路仿真设计步骤:

1、在MATLAB的Command窗口直接键入Simulink即可打开Simulink工作窗口，或者直接点击工具栏上的simulink菜单。

2、从元件库Simpowersystems及其它的一些库中拖出题目要求的元器件，包括直流电压、串联RLC电阻、scope及电压表（voltagemeasurement）、电流表（currentmeasurement），按照电路图，并进行连接，建立Simulink电路仿真模型，电路布局图如图2所示：

图2Simulink电路布局图

3、点击运行，双击示波器Scope（或查看display）,得到仿真出来I的电流值为-2.4A，得到电流I的simulink仿真波形图，如图3所示：

图3电流I的simulink仿真波形

四、MATLAB的M文件建模仿真

电路建模：

如图4所示，首先规定各支路电流及参考方向，规定回路方向（全为顺时针方向），然后利用基尔霍夫电流定律KCL和基尔霍夫电压定律KVL列出网孔电流法，所列的方程如下所示：

R11=6+6+0.2=12.2;

R22=4+4+0.2=8.2;

R33=6+4+2=12;

R12=R21=-0.2;

R13=R31=-6;

R23=R32=-4;

US11=12;

US22=-12;

US33=-24;

;

;

;

图4电路图

将上述的方程组写成矩阵AI=B的形式：

A=[12.2-0.2-6;-0.28.2-4;-6-410]B=[12;-12;-24]I=A\B。

列出M文件求解电路方程，运行仿真得到各参数和运行结果如图5所示:

clc;

clear;

R11=12.2;

R22=8.2;

R33=12;

R12=-0.2;

R21=-0.2;

R13=-6;

R31=-6;

R23=-4;

R32=-4;

US11=12;

US22=-12;

US33=-24;

A=[R11R12R13;R21R22R23;R31R32R33];

B=[US11;US22;US33];

I=A\B

从图中和题意我们可以知道I=I2-I1，而可知I2=-3.1543，

I1=-0.7543所以电路中所求的电流应该为I=I2-I1=-2.4，与simuliink计算出来的数值一样，证明了Simulink的动态仿真结果的正确性。

图5MATLAB建模仿真结果

五、结果分析及总结：

通过Simulink电路系统建模，仿真出来所求的电流值和MATLAB的建模仿真得到结果是一样的，验证了Simulink电路系统动态仿真的结果的正确性。

从中我们也可以看出simulink在电路仿真的优越性：

在该环境中无需书写大量的程序，只要通过简单直观的鼠标操作，就可以构造出复杂的仿真系统，从而提高了工作效率。

从文章的图3可知电路电路仿真出来的波形平行于x轴，满足电路原理中直流电流、电压的数值为某一固定常数的特性。

参考文献：

[1]王荔芳,周晓华,陶燕林.Simulink在RLC串联的动态电路分析中的应用[J].现代电子技术.2010,（24）:

第37页.

[2]单长吉,傅在琦,任德华,李林.SIMULINK在R-