MATLAB 在电路瞬态分析中的应用之二.docx

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MATLAB在电路瞬态分析中的应用之二

学号：

课程设计

题目

MATLAB在电路瞬态分析中的应用之二

学院

自动化学院

专业

自动化

班级

姓名

指导教师

李浩

2013

年

8

月

10

日

基础强化训练任务书

学生姓名：

专业班级：

自动化1102班

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

1.基础强化训练的目的和要求1

1.1训练目的1

1.2训练要求1

1.3基础强化训练的内容1

1.4电路分析1

2.解答分析2

2.1解法一：

M文件编程仿真2

2.1.1建模2

2.1.2用MATLAB编程3

2.1.3程序运行结果3

2.2解法二：

Simulink建模仿真4

2.2.1Simulink电路模型4

2.2.2仿真波形5

3.结果分析7

结束语8

参考文献9

附录10

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

1.4电路分析

由图1.1显示电路可知，该电路由两个电阻、一个直流稳压电源、一个电感、一个电容组成，根据理论分析的结论，我们可以结合matlab的数学运算能力和编程特性，把上面的思想全部转化为程序，然后通过仿真把理论结果仿真出来。

下图2.1是matlab程序流程图：

图2.1

2.解答分析

2.1解法一：

M文件编程仿真

在MATLAB环境下建立M文件，编写程序，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

由题可知，这是一个二阶响应电路，由基尔霍夫定律，列出电路方程

KVL方程为：

KCL方程为：

联立方程组，可得到二阶微分方程：

又初始条件为：

即

1.可计算出结果是

2.1.2用MATLAB编程

>>uc=dsolve（D2uc+5*Duc+6*uc=0,Duc（0）=2）；

>>ezplot（uc,[0,5]）

Grid

Title

Xlabel

Ylabel

2.1.3程序运行结果

uc=

14*exp（-2*t）-10*exp（-3*t）如图2.2

图2.2

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2.4连线。

并在sink中找到示波器，将其插入电路中，对示波器进行观察。

图2.4在MATLAB上的连接电路

2.2.2仿真波形

点击开始仿真，点开各连接的示波器，看到的波形图如图2.5所示：

图2.5仿真波形

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uc=14*exp（-2*t）-10*exp（-3*t），即证明了结果的正确性，实验进行得比较成功。

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。

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]薛定宇.控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言及应用.清华大学出版社，1996年

[4]龚剑.MATLAB入门与提高.清华版，2000年

[5]楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计.西安电子科大，1999年

[6]张志涌.精通MATLAB6.5.上海交大，2002年

[7]ArlesK.Alexander.电路基础.清华大学出版社，2006年

附录

uc=dsolve（'D2uc+5*Duc+6*uc=0','Duc（0）=2','uc（0）=4'）%解出微分方程

运行结果

uc=14*exp（-2*t）-10*exp（-3*t）

9.2波形显示代码

ezplot（uc,[0,5]）%0到4秒范围内画曲线

grid%画网格

title（'电容电压波形'）

xlabel（'时间t/s'）

ylabel（'电压uc/v'）

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在电路瞬态分析中的应用之二

基础强化训练答辩或质疑记录：

1一个语句的后面有分号和没有分号有什么区别?

答：

若有分号,则运行后该句不显示,如没有分号,则运行后该句将显示在Command Window中。

2如何在Simulink模块中画一个电阻？

答：

按照Simulink library browser/SimPowerSystems/Electricals找到Series RLC Branch，然后将其拖动到已创建的Simulink模块中，双击，在弹出的窗口的下拉菜单中选择R，则该元件为纯电阻。

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