MATLABSIMULINK在直流电路中的分析与应用设计书

1、MATLAB/SIMULIN在直流电 路中的分析及应用设计书1.1 MATLAB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 占：八、(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

2、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勺区别SIMULINK是MATLA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MATLA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：SIMULI

3、NK勺一个版本是 SIMULINK4.0 (包含在 MATLAB6.01), 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勺重要工具箱之一，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

4、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,RA 12,R4= 4,R5= 12,R6= 4R7= 2 o(1) 如 Us= 10V,求 i3 , u4, u7 如己知u4=6V,求Us, i3 , u7o十斗一Rq*1r+”7f丿r f LJ图12.2理论分析根据基尔霍负电压定如图1所示，该电路有a,b,c三个网孔，含有一个直流电压源 律（KVQ,对每个网孔列网孔方程为：RsiaUsRsiaRsR4R5ibR5R7ic.专业.专注.对上面三个方程，可将其写成如下

5、所示的矩阵形式:iaib0 UsF5F5F6ic将数值带入，并简写为AI Bus的形式为:2 4 12120ia12124 1212 ib121242 icc10 Us0(1)令 us 10V，由 i3 ia ib , u4R4ib, sR4即可得问题1）的解为:i3 0.3704Au4 2.2222V,u7 0.7407Vk2Us，U7k3Us。 在该直流电路中 由电路的线性性质，可令i3 k1Us，U4根据问题（1）的结果并根据图1所示的电路可列出下式:k1i3U4UsUs，k3U7Us于是，可以通过下列式子求得问题（2）的解U4.k1k3Us， 13k1UsU4， U7k3UsU4k2k

6、2k2即：i31A ， Us 27V ， U7 2V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件来进行计算。下面将详细的来了解运用MATLA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,close all,format compactR仁 2;R2=4;R3=12;R

7、4=4;R5=12;R6=4;R7=2;% 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 AB=b1;b2;b3;I=AB*us;%I=ia;ib;ic ia=I(1);ib=I(2);ic=I(3);i3=ia-ib,u4=R4*ib,

8、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*u423.2 程序的运行运行结果为：ans =解问题 1)给定 us=10i3 = 0.3704 u4 =2.2222 u7 =0.7407 ans =解问题 2)给定 u42=6us2 =27.0000 i32 =1.0000 u72 =2MATLA软件程序运行的结果与理

9、论分析出的结果一样，符合分析的结果。.专业 .专注 .3.3 用 Matlab/simulink进行建模3.3.1仿真元件的选取.专业.专注.(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：口一w- Series RLC BranchSenes RLC Bran chi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

10、示：AC Vottsge Sourcec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：Cjrrent f eaturementVsltage Measurement电流表和电压表图332 Simulink电路模型打开MATLA软件，在Simulink中构建的电路图如下图图 5所示:XAArs图5 Simulink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

11、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。3.3.3 Simulink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。Q厘r&u7 on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=27Vi3=1A，U7=2V4仿真结果分析

12、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

13、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 MATLA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?序并且运行得到自己所需的结果。

14、此次强化训 练，通过用MATLAB军一道基础简单的电路题目，让我对 MATLA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MATLA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) Charles K.AIexander. 电路基础.：清华大学，2000(3) 晓辉.MATLAB 5.1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.专业.专注.本科生课程设计成绩评定表姓名性另U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