MATLAB在直流稳态电路分析中应用之一.docx
《MATLAB在直流稳态电路分析中应用之一.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB在直流稳态电路分析中应用之一.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MATLAB在直流稳态电路分析中应用之一
基础强化训练任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
自动化学院模式识别教研室
题目:
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用之一
初始条件：
已知条件如图,求U0
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，调试、修改该程序，显示并分析运行结果；
（3）搭建Simulink仿真模块，仿真，显示运行结果；
（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
摘要...............................................................I
ABSTRACT.......................................................I
1训练要求.........................................................1
2设计分析.........................................................1
3M程序编程.......................................................2
3.1建立数组模型.................................................2
3.2MATLAB程序..................................................3
4Simulink模块设计.................................................4
5仿真波形.........................................................56结果分析.........................................................5
7心得体会.........................................................6
参考文献...........................................................8
附录...............................................................9
本科生课程设计成绩评定表..........................................10
摘要
MATLAB软件具有强大的矩阵计算功能，它的基本数据单位是矩阵，这在电路问题的求解中得到很好的利用。
因为在电路的求解中通常会使用矩阵方程来求解未知数，这就给我们的计算带来很大的方便。
MATLAB软件提供了两种解决电路问题的方案：
其一为根据电路图列出矩阵方程，然后编写程序求解；另一种是在Simulink中搭建电路图，然后进行相应的参数设置后，仿真求解。
关键词：
MATLAB矩阵方程Simulink
ABSTRACT
MATLABsoftwarehaspowerfulmatrixcalculationfunction,anditsbasicdataunitisthematrix.Wecantakeuseofthistosolvetheprobleminthecircuit.Becauseweusuallyusethematrixequationtogaintheunknowns,whichgivesusgreatconvenienceofcalculation.
MATLABsoftwareprovidestwooptionstosolvecircuitproblems:
Oneislistedunderthecircuitmatrixequation,andthenwriteprogramstosolve;theotherisbuildinginSimulink,andmakingthecircuitdiagram,thendoingtheparametersettings.Intheendwegettheanswersbysimulation.
Keywords:
MATLABmatrixequationSimulink
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用
1训练要求
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；
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。
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。
2设计分析
图1-1电路图
上图是由电压源、受控电压源以及电阻组成的简单电路，我们可以运用在大一学到的一种经典的电路分析法——网孔法，这样就建立了电路方程组的数
学模型，然后利用Matalab解矩阵方程的强大功能求解方程组，得各支路电流，即得到ic，之后又Uo=ic*R5可解决此问题。
电路也可用simulink进行仿真实验，并通过示波器观察波形、电表测量数据等，可直接得到所求结果，从而检验计算和编程结果的准确性。
电路分析，列出电路方程组
利用Matlab解方程组
↓
Simulink仿真并进行结果分析
↓
结果比较和检验
↓
图1-2程序流程图
3M程序编程
3.1建立数组模型
如图1-1所示：
设三个回路的电流法分别为Ia，Ib，Ic，运用网孔电流法列出方程组。
对图1-1可列出如下方程组：
（R1+R2+R4）*Ia-R2*Ib-R4*Ic=Us
（R2+R3）*Ib+（10-1）*U1=0
-R4*Ia+（R4+R5）*Ic-10*U1=0
R2*Ia-R2*Ib+U1=0
写成形如A*I=B*Us的矩阵方程形式，可得：
R1+R2+R4-R2-R40Ia1
0R2+R309Ib=0US
-R40R4+R50Ic0
R2 -R2 01U10
由已知条件Us=10V，R1=2Ω，R2=4Ω，R3=6Ω,R4=8Ω，R5=10Ω利用Matlab就能够很容易解出Ic，即有U0=I3*R5。
3.2MATLAB程序
根据以上的数组模型，我们可以编出M程序如下：
clear,closeall,formatcompact
R1=2;R2=4;R3=6;R4=3;R5=10;Us=10;
display（'解问题）'）%解问题）
a11=R1+R2+R4;a12=-R2;a13=-R4;a14=0;
a21=0;a22=R2+R3;a23=0;a24=9;
a31=-R4;a32=0;a33=R4+R5;a34=-10;
a41=R2;a42=-R2;a43=0;a44=1;
b1=1;b2=0;b3=0;b4=0;
A=[a11,a12,a13,a14;a21,a22,a23,a24;a31,a32,a33,a34;a41,a42,a43,a44];%列出矩阵系数A
B=[b1;b2;b3;b4];I=A\B*Us;%I=[ia;ib;ic;u2]
ia=I
（1）;ib=I
（2）;ic=I（3）;u2=I（4）;
Uo=R5*ic%解出所需变量
程序分析：
开始先给元件（与电路图相对应）赋值，因为MATLAB编程计算矩阵的，所以此赋值是必须的，其为下面的的系数矩阵赋值作准备。
由以上的元件赋值可得形如AI=BUs矩阵方程形式的系数矩阵，这样使得A，B，C,U矩阵变得已知。
再由公式I=A\B*Us可求得I。
以上所得I矩阵的元素有：
ia，ib,ic，U1。
这四个元素在矩阵I中的顺序也如此。
ic＝I（3），可见程序的最后一行Uo=R5*ic和以上的分析一样。
程序编写正确，运行后，得到Uo的值Uo=-7.184，并显示出来。
与题中要求所求的一样，程序编写正确，并正常运行，与预期一样。
4Simulink模块设计
使用simulink进行仿真分为两步：
1.用户首先需要在仿真模型编辑窗口中搭建好自己的模型，设置好具体模型参数和仿真参数；
2.然后用户就可以开始仿真，simulink将根据用户搭建的模型，模型系统在用户设定条件下的具体行为。
对于建模，simulink提供了一个图形化的用户的界面（GUI），用户可以像用铅笔在纸上画图一样画模型图。
simulink的所有模型是分级的，因此可以通过自上而下或者自下而上来建立模型。
下图1-3为仿真总体电路图，与实际的电路图对应，图中电压表为测量电压的器件。
gain为实现增益部分，在电路中值设为由受控源为10*U1，即gain的增益设为10。
其他设置如电路图。
图1-3总体仿真电路图
5仿真示数
图1-4电压表示数截图
6结果分析
1.M程序运行结果，如图1-5：
解问题
Uo=ic*R5
答案U0=-7.1839
图1-5M程序及结果截图
2.simulink仿真结果由图1-4电压示数可见，Uo=-7.184
所得出的结果及MATLAB软件编程计算所得出的结果完全相同。
这验证了自己在Simulink仿真中操作的正确性，并且解决了本次基础技能强化训练所选的设计题目中所要解决的问题。
7心得体会
本次强化训练中，需要运用到没有学过的MATLAB软件，使用这个软件，我遇到很多操作的问题，因为对软件的陌生而操作错误，但是经过同学的帮助，和自己努力的查阅资料，问题都一个个的解决掉了。
此次强化训练虽然很艰苦，需要查找各种资料，整天做在电脑面前编程仿真，但是我还是很开心，因为我重中学到了很多很多在课堂上学不到的知识。
首先，就是自己的动手操作能力。
以前做题考试，都是理论知识的运用，并没有涉及到操作，导致的结果就是虽然懂怎么做，但是动起手来却是不知道如何下手。
本次强化训练，我选的题目为以前学过的《电路原理》里面的一个网孔法的题目，看着程序的正确运行仿真，大大的培养了自己的学习兴趣，提高了自己动手操作的积极性。
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要的影响作用。
其次，在学习知识方面，我大体上了解了MATLAB软件在电路原理中的应用，并且也学会了如何编写简单的MATLAB程序并且运行得到自己所需的结果。
此次强化训练，通过用MATLAB解一道基础简单的电路题目，让我对MATLAB有了一个初步的认识，这对我以后的学习专业知识打下基础。
使用并不复杂手动的计算
能得到的结果，可以使用MATLAB编程来解决这种并不能在一般的计算器上计算出来的问题。
最后，在排版美观方面，也有了较强的意识。
在撰写实验报告的时候，格式的要求较为严格，字体的大小要求，段距，行距也都有统一的要求，开始时候没有注意到这一点，后来发现了，需要全部更改，工作量很大。
做好这次的报告，一定程度上体现了做事认真负责的精神。
MATLAB软件在生活中的运用是非常广泛的，它在以后的专业课程的学习中应用也是很广泛的，掌握好了MATLAB，这为以后的专业课程的学习将有很大的帮助。
参考文献
1．Matlab建模、仿真及应用刘同娟中国电力出版社2009
2．电路第四版邱关源高等教育出版社1999
3．控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言及应用
薛定宇清华大学出版社1996
4.MATLAB入门与提高龚剑清华版2000.3
5.基于MATLAB的系统分析与设计楼顺天西安电子科大1999.4
6.精通MATLAB6.5张志涌上海交大2002.2
附录
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目：
基于MATLAB的电路设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
设计方案和内容
（30分）
制作与调试
（30分）
说明书内容和
规范程度
（20分）
答辩
（10分）
考勤
（10分）
总分
（100分）
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2013年9月1日
升级会员 