计算机课程设计说明书

1、课程设计说明书题 目 简单电路系统的计算机仿真 所属院（系） 电气工程系 专业班级 电气074 学生姓名 祝 琪 学 号0717024126指导教师 闫群民 完成地点 陕西理工学院 2010年 1月1日目 录第一章 计算机课程设计任务书······························&#

2、183;·····2第二章 Matlab软件的介绍与使用 21 MATLAB软件简介······································3 22

3、MATLAB软件的基本操作··································423 MATLAB所定义的特殊变量及其意义··········&

4、#183;·············524 MATLAB中的运算符和特殊字符说明························6第三章SIMULINK介绍······&

5、#183;···································7第四章MATLAB与Simulink仿真的使用41对串联谐振电路进行建模及仿真串联谐振电路建模及参数设定·····&#

6、183;···················9观察串联谐振电路暂态过程··························10 42对并联谐振电路进

7、行建模及仿真 并联谐振电路建模及参数设定························124.2.2观察串联谐振电路暂态过程···················

8、83;······1343二阶系统的仿真与分析使用Simulink建立的二阶系统电路模型···············17二阶系统的分析·····················&

9、#183;··············17第五章 致谢··································

10、;················19第一章 计算机课程设计任务书系别： 电气工程系 专业：电气工程及其自动化 设计题目： 简单电路系统的计算机仿真一、 设计任务Matlab是当今国际上最流行的控制系统辅助设计语言和软件工具之一，Simulink是Matlab的一个主要分支，主要用来实现对工程问题的模型化合动态仿真，针对所学过的电路的相关课程，对学习的相应电路系统进行动态仿真，并观察相应的仿真波形。二、 设计内容1、 了解Matlab的

11、主要功能及其编程语言，掌握Simulink的功能、特点和一般使用方法。2、 掌握电路系统的一般建模方法及传递函数的求解方法；3、 对串联谐振电路、并联谐振电路进行建模及仿真，观察电路的暂态过程；4、 对二阶（欠阻尼）及以上的电路系统进行建模及仿真，观察在单位阶跃相应时的波形；5、 整理资料，书写课程设计说明书。三、 课程设计进度安排 序号内容所有时间1了解Matlab主要功能，熟悉Simulink仿真环境3天2分析相应的电路，搭建电路的仿真模型2天3调试运行，观察相应电路系统的暂态过程3天4结果分析，并书写课程设计说明书2天合计2周四、 课程设计说明要求设计完成后，上交电路系统的仿真文件并以学

12、号和姓名命名，其中必须包括Matlab设计仿真中框图、参数设置及实验结果，同时上交课程设计说明书一份。 第二章 MATLAB软件介绍与使用21 MATLAB软件简介 MATLAB矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。是集数学计算、图形处理和程序语言设计于一体的数学软件。是一个可视化的计算程序，被广泛地使用于从个人计算机到超级计算机范围内的各种计算机上。M AT L A B包括命令控制、可编程，有上百个预先

13、定义好的命令和函数。这些函数能通过用户自定义函数进一步扩展。M AT L A B有许多强有力的命令。例如， M AT L A B能够用一个单一的命令求解线性系统，能完成大量的高级矩阵处理。M AT L A B有强有力的二维、三维图形工具。M AT L A B能与其他程序一起使用。例如， M AT L A B的图形功能，可以在一个F O RT R A N程序中完成可视化计算。2 5个不同的M AT L A B工具箱可应用于特殊的应用领域。M AT L A B在以下的领域里解决各种问题是一个十分有效的工具： 工业研究与开发。 数学教学，特别是线性代数。所有基本概念都能涉及。 在数值分析和科学计算方

14、面的教学与研究。能够详细地研究和比较各种算法。 在诸如电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究。 在诸如经济学、化学和生物学等有计算问题的所有其他领域中的教学与研究。 在M AT L A B中创建的组是矩阵， M AT L A B的名字取自矩阵实验室( M ATrix LABoratory)。22 MATLAB软件的基本操作2.2.1 MATLAB的启动 1、以快捷方式启动具体步骤如下：（1） 启动windows。（2） 安装完MATLAB后，会在桌面上出现一个名为MATLAB 6.5的快捷方式（shortcut）。双击图标启动MATLAB。如图2.1所示。图2.1 MATLA

15、B的工作窗口 2、以菜单方式启动如果删除了桌面的快捷方式，也可以用菜单启动，具体步骤如下：（1） 启动windows。（2） 单击桌面左下角的【开始】按钮。（3） 通过鼠标或键盘操作，一次选择【程序】【MATLAB】【MATLAB6.5】命令，进入MATLAB如图2.1所示的工作窗口。2.2.2 MATLAB的窗口介绍及常用菜单 1、MATLAB的窗口和大多windows窗口一样，由标题栏、菜单栏、工具栏、标题栏和工作窗口组成。 2、打开任务：依次点击菜单栏【File】【Open】，在弹出的窗口中找到要打开的任务文件即可。 3、保存文件：依次点击菜单栏【File】【Save】，在弹出的窗口中选

16、择要保存的路径点击保存即可。23 MATLAB所定义的特殊变量及其意义 变量名意 义help在线帮助命令, 如用help plot调用命令函数plot的帮助说明。who列出所有定义过的变量名称ans最近的计算结果的变量名epsMATLAB定义的正的极小值=2.2204e-16pi值3.14159265.inf值，无限大NaN非数24 MATLAB中的运算符和特殊字符说明 符号符号用途说明+加 -减.点乘  详细说明help arith矩阵相乘矩阵求幂.点幂左除 详细说明help slash/右除.点左除./点右除kron张量积 详细说明help kron，作分隔用，如把矩阵元素、向量

17、参数、函数参数、几个表达式分隔开来；(a)写在一个表达式后面时，运算后命令窗口中不显示表达式的计算结果(b)在创建矩阵的语句中指示一行元素的结束，例如m=x y z;i j k：(a)创建向量的表达式分隔符，如x=a:b:c(b)a(:,j)表示j列的所有行元素；a(i,:)表示i行的所有列元素；a(1:3,4)表示第四列的第1行至第3行元素（）圆括号创建数组、向量、矩阵或字符串（字母型）创建单元矩阵(cell array)或结构(struct)%注释符,特别当编写自定义函数文件时，紧跟function后的注释语句，在你使用help函数名时会显示出来。'(a)定义字符串用(b)向量或矩

18、阵的共轭转置符.'一般转置符.表示MATLAB表达式继续到下一行，增强代码可读性赋值符号等于关系运算符,小于，大于关系运算符 详细说明help relop&逻辑与|逻辑或逻辑非xor逻辑异或第三章 SIMULINK介绍Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第

19、三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的

20、仿真结果。Simulink&reg是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.特点：（1）丰富的可扩充的预定义模块库 ；（2）交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图 ；（3）以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理 。表 simulink常用基本模块及用途模块名 (Source library)用 途模块名 (Source library)用 途Band_Limited White Noise把白噪声加到

21、连续系统中Signal Generator产生各种不同的波形Chip Signal产生一个频率不断增大的正弦波Sine Wave产生一个正弦波Clock显示和提供仿真时间Step Input产生一个阶跃函数Digital Clock在规定的采样间隔产生仿真时间Graph Scope在MATLAB图形窗口显示信号From File从文件读取数据Scope在仿真过程中显示信号From Workspace从工作面上定义的矩阵中读数据Product对输入信号进行乘积运算Pulse Generator在固定的时间间隔产生脉冲TransferFcn 建立一个线性传递函数Pulse Generator在固定

22、的时间间隔产生脉冲Discrete State-Space建立一个离散状态空间模型Random Number产生正态分布的随机数Hit Crossing在规定值附近增加仿真步数Repeating Sequence产生规律重复的任意信号Auto_Scale Graph Scope在MATLAB自动调整显示比例的图形窗口显示信号图3.1 Simulik可视化窗口第四章 MATLAB与Simulink仿真的使用41对串联谐振电路进行建模及仿真 串联谐振电路建模及参数设定首先打开MATLAB的simulink,新建一个空白文件，从simulink库中的接收库中找到Scope，将其拖入工作窗口，然后从S

23、im power system库中的Electrical Sources中找到交流电压源AC Voltage Source，拖入窗口；然后从Elements Measurements库中分别拖入Series RLC Branch及Voltage Measurements CurrentMeasurements。 下一步进行器件连接，选定RLC支路并进行复制粘贴。通过修改参数类型使其成为独立的R、L、C元件，然后连接器件，并且将电流表电压表正确接入电路。电路图如下图所示： 图4-1 使用Simulink建立的串联谐振电路模型图中相关参数：R=5 L=0.01H C=10F u=10sin(2f+

24、0) 未谐振状态下电压频率f=10Hz 谐振状态下电压频率f=503.292121 Hz观察串联谐振电路暂态过程图4-2 串联谐振电路未谐振状态下回路电流的波形图图4-3未谐振状态下电容C端电压的波形图图4-4未谐振状态下电感L端电压的波形图图4-5未谐振状态下电感L和电容C两端端电压和的波形图图4-6谐振状态下电感L端电压的波形图图4-7谐振状态下电容C端电压的波形图图4-8谐振状态下回路电流的波形图图4-9谐振状态下电感L和电容C两端端电压和的波形图42对并联谐振电路进行建模及仿真 并联谐振电路建模及参数设定首先打开MATLAB的simulink,新建一个空白文件，从simulink库中的

25、接收库中找到Scope，将其拖入工作窗口，然后从Sim power system库中的Electrical Sources中找到交流电压源AC Voltage Source，拖入窗口；然后从Elements Measurements库中分别拖入Series RLC Branch及Voltage Measurements CurrentMeasurements。 下一步进行器件连接，选定RLC支路并进行复制粘贴。通过修改参数类型使其成为独立的R、L、C元件，然后连接器件，并且将电流表电压表正确接入电路。电路图如下图所示：图4-10 Simulink建立的并联谐振电路模型图中相关参数：R=300 L=0.001H C=10F u=1sin(2f+30) 未谐振状态下电压频率f=20Hz 谐振状态下电压频率f=1591.549431 Hz4.2.2观察并联谐振电路暂态过程图4-11 未谐振状态下电阻R的电流波形图图4-12 未谐振状态下电感L的电流波形图图4-13未谐振状态下电感L的电流波形图图4-