武汉理工大学基础强化训练.docx
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武汉理工大学基础强化训练
基础强化训练任务书
学生姓名：
章达专业班级：
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在电路瞬态分析中的应用之二
初始条件：
已知iL（0+）=3A，uC（0+）＝4V，求t≥0时电压uC（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
目录
摘要1
Abstract2
1.基础强化训练的目的和要求3
1.1训练目的3
1.2训练要求3
1.3基础强化训练的基本内容3
1.4电路分析4
2.解答分析5
2.1解法一：
Matlab解微分方程5
2.1.1建模5
2.1.2用Matlab编程5
2.1.3程序运行结果6
2.2解法二：
Simulink建模仿真6
2.2.1Simulink电路模型6
2.2.2波形仿真8
3.结果分析8
结束语9
参考文献10
附录11
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1.1所示，已知iL（0+）=3A，uC（0+）＝4V，求t≥0时电压uC（t）.
图1.1电路图
1.4电路分析
如图1.1，这是一个二阶响应电路，由基尔霍夫定律，其：
KVL方程，
KCL方程，
联立后得方程：
，其t≥0，初始条件
Uc（0+）=4V,
将该二阶微分方程作拉普拉斯变换有：
代入初值，解有：
所以：
再由拉普拉斯逆变换得：
2.解答分析
Matlab编写程序
运行程序并得出结果
由示波器读出结果
列出方程组
Simulink
建模仿真
电路
分析
图2.1设计框架流程图
2.1解法一：
Matlab解微分方程
2.1.1建模
由基尔霍夫定律，得此电路关于Uc的二阶微分方程为：
2.1.2用MATLAB编程
输入命令：
2.1.3程序运行结果
uc=
14/exp（2*t）-10/exp（3*t）
图2.2Matlab编程与运行示意图
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SimpowerSystems，，在里面找出图中的各元器件，此时要注意元器件和电压与电流的数值，再按图1.1连线，并在sink中找到示波器，将其插入电路中，对电压进行观察。
图2.2在MATLAB上的连接电路
图2.3连接上电流表示波器后的电路图
2.2.2仿真波形
点击开始仿真，点开电压表连接的示波器，看到Uc的波形图如图2.4。
图2.4电容C的电压Uc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，用Matlab程序计算出来的电压结果Uc和理论分析的结果一样，从理论上可以推断出电压随时间的推进而逐渐下降。
从Simulink仿真的波形图像看，电压随时间的t从0到4逐渐递减，和理论分析吻合，说明理论分析正确，在t=0时，电压初值为4V，与题设Uc的初值相同，符合题意，而随时间变大，电容电压逐渐递减，当时间到4时，电压趋近于0，与事实相符。
结束语
回顾此次强化训练，初次接触MATLAB这个软件，刚接触这个软件时，感觉到害怕，深入一点的了解后，感觉这个软件功能强大，也很有意思，学习到软件的主要两种方法应用。
本次训练具体到将Matlab软件应用到学习中来，特别是解决电路问题显得很方便，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。
过程中还是需要以前学过的课本知识，特别是电路，也使我意识到自己的很多不足之处，对以前所学过的知识理解的还不够深刻，掌握得不够牢靠。
通过此次学习，把以前所学过知识得到了温故知新，也警示我得不断对前面所学的多重温学习。
通过本次强化训练，我深刻体会到计算机以及应用软件在工科学生专业课学习和科研技术人员科技研发中所起到的巨大作用。
利用MATLAB，可以使原本复杂的计算过程大大简化，历经了几天的设计过程，除了知识的增加和技能的提高，这一过程对我意志的锻炼和自学能力的培养对我产生了深远的影响。
等到所有图表、数据、公式一一跃然纸上的时候，涌上的一种满足感使我觉得辛勤劳动终于有了回报。
通过这次这次学习，我的动手能力有了很大提高，以前是做题考试，都是理论知识的应用，并没有涉及到操作，导致的结果就是虽然懂怎么做，但动起手来却不知如何下手。
本次基础强化训练，我选的是第四道题，看着电路仿真正确运行，大大培养了自己的学习兴趣，提高了自己的动手操作的积极性。
对这些电路，自己动手实际操作了才会有深刻理解。
我认为这种兴趣和积极性的培养和建立将对以后的学习和生活起到非常重的影响和作用。
在以后的学习中，可以多利用MATLAB的强大计算功能来解决一些复杂的运算。
这次基础强化训练让我又掌握了一款有用的软件，并且对电路题目的解法也有了新的认识，这些都是宝贵的经验。
参考文献
[1]刘同娟.Matlab建模、仿真及应用.中国电力出版社，1999年
[2]邱关源.电路·第四版.高等教育出版社，1999年
[3]龚剑.MATLAB入门与提高.清华版，2000年
[4]张志涌.精通MATLAB6.5.上海交大，2002年
[5]ArlesK.Alexande
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