matlab基础强化训练含受控源的电阻直流电路.docx

1、matlab基础强化训练含受控源的电阻直流电路学 号：Xxxxxxxx课 程 设 计题 目含受控源的电阻直流电路学 院自动化学院专 业Xxxxxxxx班 级Xxxxxxxx姓 名Xxxxxxxx指导教师Xxxxxxxx2011年7月12日课程设计任务书学生姓名： Xxxxxxxx 专业班级： Xxxxxxxx 指导教师： Xxxxxxxx 工作单位： Xxxxxxxx 题 目: MATLAB/SIMULINK在阻抗匹配网络中的分析与应用 初始条件：（2） Matlab6.5以上版本软件；（2） 课程设计辅导资料：“Matlab语言基础及使用入门”、“Matlab教程”、“Matlab宝典”、“

2、Matlab及在电子信息课程中的应用”、MATLAB及其在理工课程中的应用指南等；先修课程：电路基础、模拟电路、数字电路、Matlab应用实践及信号处理类课程等。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）熟悉Matlab的相关界面以及操作，掌握MATLAB的数值计算、符号运算、 基本绘图等功能，使用文本编辑器编辑m文件，并且运行，熟悉Simulink仿真环境；（2）对阻抗匹配网络进行原理分析、经过必要的推导建立数学模型，并求解得出正确的计算结果；（3）编写程序代码（含注释）；（4）上机调试运行程序，给出程序运行结果和图表、以及实验结果分析和总结；（

3、5）采用WORD撰写课程设计说明书，说明书中涉及的表格、电路图、图形等采用Word、Visol、Autocad、Matlab、Simulink等软件绘制。说明书不少于8页（A4），课程设计的心得体会（至少500字）。时间安排：具体时间设 计 内 容7月1日指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍。学生确定选题，明确设计要求7月3日开始查阅资料，完成系统的分析、建模、求解，上机熟悉MATLAB相关界面与基本操作。7月4日采用MATLAB语言编程，上机调试，得出实验结果7月6日撰写课程设计说明书7月7日上交课程设计说明书，并进行答辩指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教

4、师）签名： 年 月 日目录MATLAB简介 11. 含受控源的电阻直流电路 21.1 对含受控源的电阻直流电路原理的分析 21.2 建模 31.3 应用MATLAB对上面的题目编程 41.4 绘图 51.5 MATLAB中函数功能介绍 72.对结果的对比与分析 83.心得与体会 9参考文献 10MATLAB简介MATLAB是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境,除了具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能.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

5、算问题要比用C、FORTRAN等语言简捷得多.MATLAB是国际公认的优秀数学应用软件之一。 概括地讲,整个MATLAB系统由两部分组成,即MATLAB内核及辅助工具箱,两者的调用构成了MATLAB的强大功能.MATLAB语言以数组为基本数据单位,包括控制流语句,函数,数据结构,输入输出及面向对象等特点的高级语言,它具有以下主要特点: 1)运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高,MATLAB除了提供和C语言一样的运算符号外,还提供广泛的矩阵和向量运算符.利用其运算符号和库函数可使其程序相当简短,两三行语句就可实现几十行甚至几百行C或FORTRAN的程序功能。2)既具有结构化的控制语句(如

6、for循环,while循环,break语句,if语句和switch语句),又有面向对象的编程特性。3)图形功能强大,它既包括对二维和三维数据可视化,图像处理,动画制作等高层次的绘图命令,也包括可以修改图形及编制完整图形界面的,低层次的绘图命令。4)功能强大的工具箱，工具箱可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱.功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互的功能.而学科性工具箱是专业性比较强的,如优化工具箱,统计工具箱,控制工具箱,小波工具箱,图象处理工具箱,通信工具箱等。1. 含受控源的电阻直流电路如图1-1所示电路，己知R1=R2=R3=4，R42

7、，控制常数K1=0.5，K2=4，is=2A , 求i1和i2。V2V1图1-1：含受控源的电阻直流电路图1.1 对含受控源的电阻直流电路原理的分析 图1-1所示电路图中含有一个直流源is和两个受控源（一个是流控电流源K1，其受i2控制；一个是流控电压源K2，其受i1控制），还有四个电阻。上题要求求出i1和i2，已知四个电阻的阻值和直流源的is=2A，可以用多种方式求出。我们可以用网孔电流法和节点电压法，由于使用网孔电流法（如图1-2所示）时会有四个网孔电流，所列出的方程超出四个了，而使用节点电压法，则只需要四个方程即可，所以在这里用节点电压法要相对简单一些。 如图1-1所示，设接地点电势为零

8、，取V1和V2这两个节点，则可建立两个节点方程，再利用电势差，由V1和V2与i1和i2的关系得出两个方程，可构成了一共四个方程的方程组。Im4Im2Im3Im1图1-2：电路图的网孔电流法示意图1.2 建模如图1-1所示的电路图，以接地点为零电势，取图中的两个圈点为节点，设节点的电势分别为V1和V2，这样流入节点V1的有源电流就只有i2和is，而流入节点V2的有源电流有和 ，然后利用节点电压法建立方程两个方程（1）和（2）。在根据V1与V2的电势差和V2与接地点的电势差可得出其与未知量i1、i2之间的公式关系，建立另外两个方程（3）、（4）。即：（1）（2） （3） （4）我们可以把这四个方程

9、转换成矩阵，设A矩阵为未知量i1、i2、V1、V2的序数，B矩阵方程为右边的常量，设i1、i2、V1、V2就为要求的未知量X，由此我们可以写出一个矩阵方程AX=B；两边同时左乘A的逆，就可以得到X=A的逆乘以B。即我们可以得出如下的矩阵方程：通过计算我们就可以求出两支路的电流i1、i2及两节点的电势值V1、V2。1.3 应用MATLAB对上面的题目编程clear;clc;R1=4;R2=4;R3=4;R4=2;Is=2;K1=0.5;K2=4; %为给定元件赋值A=0 -K1 1/R1+1/R2 -1/R2;-K2/R3 K1 -1/R2 1/R2+1/R3+1/R4;0 -1 0 1/R4;

10、-1 0 1/R1 -1/R2;B=Is;0;0;0; %对A和B矩阵各元素赋值I=AB; %方程求解V1=I(3); %解出节点V1的电势V2=I(4); %解出节点V2的电势i1=I(1) %解出i1的电流i2=I(2) %解出i2的电流运行程序后得到的结果如图1-3所示：图1-3：运行程序后的结果1.4 绘图通过编程我们就可以求出i1、i2，但是该电路当负载一定时流经负载的电流i1、i2与直流源Is有什么关系呢？而此时受控电流源K1和电压源K2与直流源Is的关系又是如何？为此我们可以运用MATLAB强大的绘图功能，通过设置直流源Is的变化来得到各组不同的流经负载的电流值和受控电流源K1和

11、电压源K2的变化。为此我们可以这样编程：Is=0:0.5:10; %确定直流源Is变化范围i1=Is/2; %由方程组确定i1与Is关系式i2=Is/2; %由方程组确定i2与Is关系式for n=1:11I=0.5 *i2;V=4* i1;endplot(I,Is);xlabel(直流源Is);ylabel(受i2控电流源);title(受控电流源K1随直流源Is变化曲线); %受控电流源K1随直流源Is变化曲线figure;plot(V,Is);xlabel(直流源Is);ylabel(受i1控电压源);title(受控电压源K2随直流源Is变化曲线); %受控电压源K2随直流源变化曲线图

12、1-4：受控电流源K1随直流源Is变化曲线图 图1-5：受控电压源K2随直流源Is变化曲线化图图1-4和图1-5即为受控电流源K1随直流源Is变化曲线图和受控电压源K2随直流源Is变化曲线图，由此可见MATLAB的便捷与准确。1.5 MATLAB中函数功能介绍Clear： 从内存中删除Clc： 清空命令窗口For： 重复命令 Xlabel x轴标签Ylabel y轴标签Title 图线标题2.对结果的对比与分析此题由MATLAB得出的结果是，即i1=1A、i2=1A，而节点V1=6V、V2=2V（接地点为0V），带入方程组之后验证正确，与自己计算的结果也相一致。在这个题目中，建立正确的方程组是

13、关键，同时矩阵列式也必须正确无误。总结起来就是我们需要解一个矩阵方程。如果我们自己动手来计算这个方程的话，虽不是很困难，但计算量也不小，也不能保证准确率。总之，如果手动计算的话，没有比较长的一段时间是做不出来的，而且人的运算能力有限，还很容易出错。但是我们用MATLAB解这个矩阵方程就会非常方便，所需要调用的函数也并不多，计算速度又非常地快，而且电脑的计算精度比人的高多了。还有就是我们可以利用MATLAB来绘制图片，而且方便、快捷、无误。通过MATLAB软件马上就可以解决。而且形成直观图，使得我们能够更加直观地了解该电路。3.心得与体会 通过这几天对MATLAB的学习，对其有了一个大致的认识并

14、能简单的应用，解决一些简单的线性代数及电路问题，当然在今后的学习中，还会加强自己对这款软件的学习，应为这款软件应用太广，且自己对语言会，而且有线性代数的基础，个人认为掌握MATLAB这款软件不是问题。MATLAB软件功能强大，本设计是运用MATLAB求解电路题目，这只是它的一个简单的应用，MATLAB还在多方面有应用，如数学和计算算术发展模型；模拟仿真和原型；数据分析，开发和可视化；科学和工程图形；应用发展包括图形用户界面设计等方面。由于时间问题，不能一一举例，只有自己在以后的学习中慢慢学习，自己探索，更好的掌握这款软件。MATLAB语言是一种简单，高效，功能极强的高级语言，且具有强大的矩阵运

15、算能力和极高的编程效率，这一方面使得MATLAB程序可以被高度向量化，另一方面使得程序易读易写。MATLAB已变得非常普及。通过基本电路理论中的典型题目介绍了如何应用MATLAB语言编程的方法来对复杂电路进行分析和计算。该方法不仅可以节约计算时间、方便地调试电路参数,而且还可以非常直观地观察和测量电路中的电压、电流和功率等物理量。结论表明，MATLAB提供了高效简洁的编程方法, 其强大而简易的绘图功能、矩阵和数组运算能力以及很强的扩充性，能充分满足基本电路分析、计算的需要，从而可以大大地提高计算精度和工作效率，在电路理论学科研究与工程实践中具有很好的应用价值参考文献1 张志勇，等。精通MATL

16、AB6.5版。北京北京航空航天大学出版社，20032 蒲俊，等。MATLAB6.0教学手册。上海：浦东电子出版社，20023 刘志俭，等。MATLAB应用程序接口用户指南。北京：科学出版社，20004 吴新宇，周金泉，沈元隆。信号与系统时域与系统分析及MATLAB软件的应用。北京：电子工业出版社。19995 飞思科技产品研发中心。MATLAB7辅助控制系统设计与仿真。北京：电子工业出版社，20056 李国勇。智能控制及其MATLAB实现。北京：电子工业出版社，20057 陈洪亮，王蔼. 基本电路理论 .上海科学技术文献出版社 . 2002本科生课程设计成绩评定表姓 名Xxxxxxxx性 别 男

17、专业、班级 Xxxxxxxx课程设计题目：含受控源的电阻直流电路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设计报告的规范化、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