MATLABSIMULINK在直流电路中的分析与应用设计书.docx
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MATLABSIMULINK在直流电路中的分析与应用设计书
MATLAB/SIMULINK在直流电路中的分析及应用设计书
1.1MATLAB的应用
matlab是当前数值计算方面应用地非常广泛的一种计算机软件。
该软件具有一下几个特点：
（1）该软件语言接近自然语言，极易入门．有其他程序设计语言基础的人士学起来则更为容易：
（2）该软件提供了大量的部函数．这使得其在使用中非常方便．再则，日益庞大的toolbox使得该软件的应用领域越来越广泛：
（3）该软件语言以向量、矩阵为着眼点，这使得它特别适宜于数值分析：
（4）绘图功能强大。
由于上述原因，matlab在世界围很是流行，特别是在工程计算领域．近年来越来越多的国人也喜爱上了这一套软件．matlab的toolbox中也含有概率统计方面的库函数．概率方面的库函数主要有各种常见分布的分布函数、概率密度、分布率以及生成服从各种分布随机数的函数．统计方面的库函数含盖了简单随机样本下常见的参数估计（点估计、区间估计），假设检验．此外还含有大量涉及实验设计、线性回归、非线性回归等方面的库函数．
1.2SIMULINK与MATLAB的区别
SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。
例如：
SIMULINK的一个版本是SIMULINK4.0（包含在MATLAB6.0里），MATLAB5.3里的版本为3.0版，它们的变化不大。
所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。
matlab中的simulink主要是面向通信和控制的动态系统仿真。
Simulink是MATLAB的重要工具箱之一，是用来可视化实现系统级建模与动态仿真的有效工作平台。
在目前计算机应用日益显露出来的模型化、模块化的趋势下，Simulink必将得到更多人的青睐。
2系统分析与计算
2.1设计题目:
直流电路--电阻电路的计算
如图所示的电路，已知：
R1＝2，R2＝4，R3＝12，R4＝4，R5＝12，R6＝4，R7＝2。
（1）如Us＝10V，求i3，u4，u7
（2）如己知u4=6V，求Us，i3，u7。
图1
2.2理论分析
如图1所示，该电路有a,b,c三个网孔，含有一个直流电压源。
根据基尔霍负电压定律（KVL），对每个网孔列网孔方程为：
对上面三个方程，可将其写成如下所示的矩阵形式：
将数值带入，并简写为
的形式为：
（1）令
，由
，
，
即可得问题
（1）的解为：
，
，
（2）在该直流电路中由电路的线性性质，可令
，
，
。
根据问题
（1）的结果并根据图1所示的电路可列出下式：
，
，
于是，可以通过下列式子求得问题
（2）的解
，
，
即：
，
，
上面的过程，为理论上的解题方法。
在整个解题的过程中，最主要的就是正确的列出三个网孔方程，然后以这三个方程为中心求解即可。
这过程中，我有意将三个方程的系数写成矩阵形式，利用《线性代数》中所学的矩阵的知识来求解，其实是为了方便后面利用MATLAB软件来进行计算。
下面将详细的来了解运用MATLAB软件来进行编程计算题目中的两个问题的流程。
并将运用此软件计算出来的结果和理论分析计算出来的结果进行比较，理论上应该是相同的。
3建模与仿真
3.1MATLAB编程
clear,closeall,formatcompact
R1=2;R2=4;R3=12;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;%为给定元件赋值
display（'解问题1）'）%解问题1）
a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0;
a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;
a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7;
b1=1;b2=0;b3=0;
us=input（'us='）%输入解1）的已知条件
A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33];%列出矩阵系数A
B=[b1;b2;b3];I=A\B*us;%I=[ia;ib;ic]
ia=I
（1）;ib=I
（2）;ic=I（3）;
i3=ia-ib,u4=R4*ib,u7=R7*ic%解出所需变量
display（'解问题2）'）%利用电路的线性性质及问题1）的解求解问题2）
u42=input（'给定u42='）
k1=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;%由问题1）得出待求量与us的比例系数
us2=u42/k2,i32=k1/k2*u42,u72=k3/k2*u42
3.2程序的运行
运行结果为：
ans=
解问题1）
给定us=10
i3=0.3704u4=2.2222u7=0.7407
ans=
解问题2）
给定u42=6
us2=27.0000i32=1.0000u72=2
MATLAB软件程序运行的结果与理论分析出的结果一样，符合分析的结果。
3.3用Matlab/simulink进行建模
3.3.1仿真元件的选取
（1）电阻的选择
由于设计电路中必须要有两个电阻R1,R2。
所以我添加两个电阻R1,R2，来加入路中，并将电容值设为0，电感值设为inf，由此来设置出电阻的阻值。
如图2所示：
图2电阻元件图
（2）电压源的选择
由于设计电路中必须有一个电压源，所以在元件库添加一个电压源。
添加电压源后，将电压源的相位调为90度，频率调为0HZ。
这样就将交流电压源变成了直流电压源。
如图3所示：
图3电压源图
（3）电流表，电压表的选择
由于电路结果测量需要，电流表和电压表来测量。
所以添加电压表和电流
表到文件，把电流表串联到指定的位置，将电压表并联到指定的位置。
就可以
完成电路的测量。
如图4所示：
图4电流表和电压表图
3.3.2Simulink电路模型
打开MATLAB软件，在Simulink中构建的电路图如下图图5所示：
图5Simulink中搭建的电路图
在图中，分别在Us，r4，r7两端并联了一个测电压的原件来测量Us，U4和U7的数值；在r3出串联了一个测电流的原件来测量i3的数值。
而且每一个对应的测量元件都对应着有一个显示数值原件与之相连，用来显示所测得数值的大小。
3.3.3Simulink电路图的仿真结果
在软件中可以修改元器件的参数值。
当对所选题目的第一问的仿真中，将Us的大小改为10V，单击“开始仿真”按钮，出现的仿真结果如图6所示。
图中显示元件显示的仿真结果为：
U4=2.222V，i3=0.374A，U7=0.7407V。
图6仿真结果图
当对选题目的第二问的仿真中，将U4的大小改为6V，单击“开始仿真“按钮，出现的仿真结果如图7所示。
图中显示元件显示的仿真结果为：
Us=27V，i3=1A，U7=2V。
图7仿真结果图
4仿真结果分析
在MATLAB软件中的Simulink中进行仿真，所得出的结果和理论分析，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。
总的来说，自我感觉这次强化训练是比较成功的一次。
5小结
本次强化训练中，需要运用到没有学过的MATLAB软件，在这个软件的运用中，我遇到很多操作的问题，让自己很烦躁，但是经过同学的帮助，和自己努力的查阅资料，一个一个的问题都慢慢的解决掉了。
此次强化训练虽然很辛苦，需要查找各种资料，整天做在电脑面前编程仿真，但是我还是很开心很高兴的，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，这对我以后的学习和研究打下了一定的基础。
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。
参考文献
（1）邱关源.电路（第5版）.：
高等教育，2006,5
（2）CharlesK.Alexander.电路基础.：
清华大学，2000
（3）晓辉.MATLAB5.1全攻略宝典.：
中国水利水电，2000
（4）同济大学数学系.工程数学-线性代数.：
高等教育，2007
（5）梅志红.MATLAB程序设计基础及其应用.：
清华大学，2005
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：
课程设计答辩或质疑记录：
1:
根据自己选择的题目，说明建立数学模型的步骤
2：
在仿真过程中，你遇到了哪些问题？
你是如何解决的？
3：
通过本次课程设计，如何理解MATLAB/SIMULINK在本专业领域的应用？
成绩评定依据：
序号
评定项目
评分成绩
1
选题合理、目的明确（10分）
2
设计方案正确，具有可行性、创新性（20分）
3
设计结果可信（例如：
系统建模、求解，仿真结果）（25分）
4
态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）
5
设计报告的规化、参考文献充分（不少于5篇）（10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：
年月日
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