电路理论课程设计呕心沥血总结.docx
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电路理论课程设计呕心沥血总结
设计报告书
目录
（一）课程设计的目的及任务
电路信号处理综合技能训练是《电路理论》课程学习后的一个综合性实践教学环节。
通过该教学环节，学会利用MATLAB软件对电路进行分析、计算和仿真。
通过查找资料，按照设计题目，从一个实例出发，面向一般电路编写程序，进行电路的计算机辅助及实验仿真，撰写出设计报告。
在完成设计的同时，加深对课程知识的理解，得到计算机辅助分析及综合实验技能训练。
（二）设计题目及设计要求
计算机辅助电路分析课程设计共包括三个题目：
一、大规模电路的计算机辅助分析。
二是动态电路的计算机辅助电路分析。
三、实验仿真它们的具体设计要求为：
一：
1、利用近代电路理论，利用MATLAB软件，建立电路矩阵形式的节点电压方程，求解电路的节点电压、支路电压、支路电流。
要求所编程序适用于直流、含压控电流源（不包含理想电源的电路）的电路。
选择一个具体例子进行调试，最终能面向一般电路进行分析。
2、理论知识：
《电路理论》教材193页（9－17、或9－18式）建立方程，并求解节点电压，利用（9-10式）、（9－16式）求解支路电压、支路电流。
二：
RLC串联二阶电路动态响应的仿真分析。
针对线性电路的零输入响应进行分析计算。
建立微分方程，当只改变电路中的R时，使得电路出现：
欠阻尼、过阻尼、无阻尼三种状态，用计算机实现三种状态的求解，绘制出电容电压的响应曲线。
三：
1负载获得最大功率的仿真
1）结合戴维南定理的电路实验，当负载在某一范围内变化时，绘制出电路的伏安特性曲线。
2）求解负载的最大功率。
当负载在某一范围内变化时，绘制出功率随负载的变化曲线。
2谐振电路的实验仿真
结合RLC串联电路的谐振实验，绘制出谐振的曲线.
（三）完成各个任务
一、编写程序建立电路矩阵形式的节点电压方程，求解电路的节点电压、支路电压、支路电流。
1、理论分析
/////////参考课本p193,（9-17）（9-18）（9-10）（9-16）
如何建立方程，求解节点电压，并求支路电压、支路电流
2、源程序代码
A=input（'请输入关联矩阵A=：
'）
Is=input（'请输入独立电流源列向量Is=：
'）
Us=input（'请输入独立电压源列向量Us='）
disp（'是否含受控源是（x=1）/否（x=0）'）
x=input（'x='）
if（x==1）
Y=input（'请输入导纳矩阵Y=：
'）
else
Y=input（'请输入导纳矩阵Y='）
end
Cn=A*Y
Yn=Cn*A'
Jn=A*Is-Cn*Us
Un=inv（[Yn]）*[Jn]%节点电压
U=A'*Un%支路电压
I=Y*（U+Us）-Is%支路电流
3、程序测试
1）例题:
含受控源电路图与参数：
///////////
程序运行结果:
请输入关联矩阵A=：
[1-101;001-1]
A=
1-101
001-1
请输入独立电流源列向量Is=：
[000-2]'
Is=
0
0
0
-2
请输入独立电压源列向量Us=[0300]'
Us=
0
3
0
0
是否含受控源是（x=1）/否（x=0）
x=1
x=
1
请输入导纳矩阵Y=：
[0.5000;0100;-2010;0001]
Y=
0.5000000
01.000000
-2.000001.00000
0001.0000
Cn=
0.5000-1.000001.0000
-2.000001.0000-1.0000
Yn=
2.5000-1.0000
-3.00002.0000
Jn=
1
2
Un=
2.0000
4.0000
U=
2.0000
-2.0000
4.0000
-2.0000
I=
1.0000
1.0000
-0.0000
0
手算结果：
///////结合理论给出结论
2）例题：
不含有受控源电路图与参数:
/////////
程序运行结果：
请输入关联矩阵A=：
[-110;0-11]
A=
-110
0-11
请输入独立电流源列向量Is=：
[-100]'
Is=
-1
0
0
请输入独立电压源列向量Us=[00-3]'
Us=
0
0
-3
是否含受控源是（x=1）/否（x=0）
x=0
x=
0
请输入导纳矩阵Y=diag（[0.50.51/3]）
Y=
0.500000
00.50000
000.3333
Cn=
-0.50000.50000
0-0.50000.3333
Yn=
1.0000-0.5000
-0.50000.8333
Jn=
1
1
Un=
2.2857
2.5714
U=
-2.2857
-0.2857
2.5714
I=
-0.1429
-0.1429
-0.1429
手算过程：
/////////结合理论给出结论
二、动态电路的计算机辅助电路分析
1、理论分析
/////////参考课本p137-p141
2、源程序代码
clear
R=input（'电阻值'）
L=input（'电感值'）
C=input（'电容值'）
uc0=input（'输入电容电压初始值'）
il0=input（'输入电感电流初始值'）
a=R/2/L;
w0=sqrt（1/L/C）;
T=input（'T='）%时间常数
t=0:
T/100:
T%步长与x轴范围
ifa^2>w0^2
display（'过阻尼问题'）
s1=-a+sqrt（a^2-w0^2）;
s2=-a-sqrt（a^2-w0^2）;
uc=（uc0/（s1-s2））*（s1*exp（s2*t）-s2*exp（s1*t））+il0/C/（s1-s2）*（exp（s1*t）-exp（s2*t））%电容电压
il=uc0*s1*s2*C/（s1-s2）*（exp（s2*t）-exp（s1*t））+il0/（s1-s2）*（s1*exp（s1*t）-s2*exp（s2*t））%电容电流
plot（t,uc,'k-',t,il*100,'b-'）%输出并设置图像,黑色实线为Uc图像、蓝色实线为il图像
xlabel（'时间t/s'）
ylabel（'电压U/V电流I/A'）
legend（['电容电压'],['电感电流']）
elseifa^2display（'欠阻尼问题'）
w=sqrt（w0*w0-a*a）%衰减振荡角频率
k1=uc0
k2=1/w0*（a*uc0+il0/C）
k=sqrt（k1^2+k2^2）
b=atan（k1/k2）
uc=k*exp（-a*t）.*sin（w*t+b）%电容电压
il=-C*k*a*exp（-a*t）.*sin（w*t+b）+C*k*w*exp（-a*t）.*cos（w*t+b）%电容电流
plot（t,uc,'k-',t,il*10,'b-'）%输出并设置图像黑色实线为Uc图像、蓝色实线为il图像
xlabel（'时间t/s'）
ylabel（'电压U/V电流I/A'）
legend（['电容电压'],['电感电流']）
else
display（'临界阻尼问题'）
uc=uc0*（1+a*t）.*exp（-a*t）+il0/C*t.*exp（-a*t）%电容电压
il=-uc0*a*a*C*t*diag（exp（-a*t））+il0*（1-a*t）*diag（exp（-a*t））%电容电流
plot（t,uc,'k-',t,il*100,'b-'）%输出并设置图像,黑色实线为Uc图像、蓝色实线为il图像
xlabel（'时间t/s'）
ylabel（'电压U/V电流I/A'）
legend（['电容电压'],['电感电流']）
end
3、程序调试
测试选用的例题：
////////RLC串联二阶电路
电阻值R=300Ω（过阻尼t=0.1），200（临界阻尼t=0.05），100（欠阻尼t=0.05）
电感值L=0.5H
电容值C=0.00005F
电容电压初始值uc0=4V
电感电流初始值il0=0A
图像及说明
图像及说明
图像及说明
三、实验仿真
1、负载获得最大功率仿真
1）理论分析/////p36p66
2）源程序代码
Uoc=input（'Uoc='）%输入原电路电压
R0=input（'R0='）%电路的等效电阻
dr=200
R=0:
dr:
3000%设定负载取值数组
R1=R+R0%等效后电路的总电阻
G=1./R1%等效后电路总电纳
I=Uoc*G%等效后电路电流
U=I.*R%负载两端电压
P=U.*I%负载的功率
figure
（1）,plot（I,U*10^-1）,holdon%绘制电路的伏安特性曲线
figure
（2）,plot（R*10^-3,P）,holdon%绘制功率随负载变化曲线
u=[0.044.727.359.0610.2311.1411.7812.3016.92]
i=[0.03180.02300.01820.01490.01270.0110.00980.00880]
figure（3）,plot（i,u）,holdon
u1=[0.044.727.359.0610.2311.1411.7812.30]
i1=[0.03180.02300.01820.01490.01270.0110.00980.0088]
p=u1.*i1
r=[0200400600800100012001400]
figure（4）,plot（r,p）,holdon
3）程序测试
//////////例子的电路图及参数见电工电子实验指导书
图像及说明//////
2、谐振电路的实验仿真
1）理论分析///////p69
2）源程序代码
R=input（'电阻值'）
L=input（'电感值'）
C=input（'电容值'）
u0=input（'输入电压'）
Pi=3.141592654
f0=1/2/Pi/sqrt（L*C）
f=0:
50:
20000
w=2*Pi.*f
x=w.*L-1./（w.*C）
ur=R*u0./sqrt（R^2+x.*x）
ul=w.*L*u0./sqrt（R^2+x.*x）%电感电压
uc=u0./sqrt（R^2+x.*x）/C./w%电容电压
i=u0./sqrt（R^2+x.*x）
plot（f,ur,'b-',f,i*1000,'r-',f,ul,'k-',f,uc,'g-'）%绘制输出电压谐振曲线
xlabel（'频率f'）
ylabel（'输出电压ur/v电流i/mA电感电压ul/V电容电压uc/V'）
legend（['电压谐振曲线'],['电流曲线'],['电感电压曲线'],['电容电压曲线']）
3）程序测试
见电工电子实验指导书电路图及参数
%R=200
%L=0.03
%C=0.00000001
%u0=4
图像及说明
（四）设计体会
改编一下：
计算机辅助电路分析程序课程设计是《电路理论》课程的实践环节，也是测试技术与仪器专业必修的专业基础课。
课程设计为学生提供了一个既动手又动脑，独立实践的机会，将课本上的理论知识和实际应用问题进行有机结合，锻炼学生分析、解决实际问题的能力，提高学生项目开发和程序调试能力。
培养上机动手能力，使学生巩固《电路基础》课程学习的内容，掌握工程软件设计的基本方法，强化上机动手能力。
为后续各门电路课程的学习打下坚实的基础。
通过几天的努力，终于可以写计算机辅助电路分析课程设计报告的设计总结了。
这次我做的计算机辅助电路分析课程设计共包括三个题目：
一是编写程序建立节点电压方程求解电路的节点电压、各支路电流；二是动态电路的计算机辅助电路分析；三是RLC串联谐振电路的幅频和相频分析。
通过对程序的分析、查找相关资料、阅读学习相关资料、对程序进行调试改错、把设计报告自己全部做成电子稿的整个过程我学到了很多，整个设计过程让我受益匪浅。
首先，我学会了如何去更好的做一个项目或者说做一个设计。
我发现如果能够把一个设计做好的话，会让人有一种美的感受。
以后应该多去看看好的项目报告和设计报告。
再次，我感受到我在学校学的知识是非常有用的。
当我用在学校学到的东西解决了我在设计过程中遇到的问题时，我的心里充满了阳光，一种强烈的自豪感油然而生。
所以在以后的学习中我应该更加认真的去学习，更加积极的去学习。
最后，我感受到学习与实践的重要性，原来学习与实践的差别是很大的，学习就应该与实践相结合，相互促进，有机结合，这样才能更好的去生活，更加诗意的去生活。
在以后的学习生活中要特别注意学习与实践的有机结合。
（五）
【1】薛定宇、陈阳泉.基于MATLAB的系统仿真与应用.北京：
清华大学出版社.2002
【2】戴文.电路理论.北京：
机械工业出版社.2008.7
【3】赵录怀电路与系统分析-使用MATLAB高等教育出版社2004.7
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