基于Matlab_Simulink的电工学电路仿真

1、 本文由icefreez贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 信 息 科 学 基于 Matlab/ Sim ulink 的电工学电路仿真 朱霞清 （山东英才学院 机械制造及其自动化工程学院， 山东 济南 250104 ） 摘 要：电工学是工科类专业的技术基础课程， 实践性和应用性都很强， 其教学效果的好坏直接影响着后续专业课的学习。在电工学教学实践 中， 引入 MATL AB 仿真工具， 将传统授课方式和计算机技术有机地结合起来。教学实践表明该法不仅能提高教学质量， 而且能提高学生综合素 质。 关键词：电工学；Matlab/Simulink

2、；仿真 Abstract: Electrotechnology is the basic subject for the students of engineering course. It is used widely and effectively in the future. It is very important for the coming subject of the major whether the effect of teaching is good or not. In the teaching of Electrotechnology ,the tool of Matl

3、ab makes the traditional teaching method and computer technology together. It proves that it can enhance the quality of teaching and whats more it can raise the quality of students. Keywords: Electrotechnology; Matlab/Simulink; simulating 引言 上面这个三元一次方程组可以改写为下 电工学 课程所涉及的理论和技术 面矩阵的形式 目前, 应用十分广泛,发展迅速,并

4、且日益渗透到其他 学科领域, 在我国社会主义现代化建设中具有 重要的作用。 电工学 课程是高等学校工程类 专业的一门技术基础课程, 是我校面向机械制 电气自动化、 计算机信息技术、 建筑工程等 造、 定义上面这个方程最左边这个矩阵为系 工科类专业开设的一门技术基础课程。这门课 数矩阵 A,第二个矩阵为电流矩阵 I,右边这个矩 程知识覆盖面广,理论严密,逻辑性强,且有广阔 阵 为 U, 因 此 可 得 到 A.I=U, 所 以 电 流 矩 阵 的工程背景, 其教学内容中有许多教学难点过 I=A- 1U。可在 matlab 窗口键入如下指令: 于抽象, 用传统的教学模式教师无法讲解清楚, clea

5、r all; 学生也难以理解和接受。因此在电工学的教学 A= 1,1,- 1;0,5,20;4,0,20;U= 0;20;8; 过程中可以借助其他方式来加强教学效果。 I=AU; Matlab 由于其本身具有的特点成为电类课程教 按回车键立刻得出答案 :- 1.0000 0.6000 学中的一个重要的工具。 1.6000 1 MA IAB 简介 在此列举了一个很简单的例子, 但是无论 MATLAB 是 Matrix Laboratory 的 缩 写 , 其 直流电路如何复杂, 只要能够列出矩阵方程,利 核心是一个基于矩阵运算的快速解释程序,它 用 matlab 进行求解可以省略手工计算带来的

6、以交互式接受用户输入的各项指令, 输出计算 巨大运算量,在几秒钟内就可以得出结果。 结果,它提供了一个开放式的集成环境,用户可 2.2 暂态电路的仿真 以运行系统提供的大量的命令, 包括数值计算 一阶电路 RC 电路的数学模型为一阶常系数 和图形绘制等。Simulink 是基于 MATLAB 语言 微分方程如图所示,列出微分方程 环境下的一个集成软件包, 具有框图界面和交 将微分方程进行拉氏变换得出系统传递函数为 号激励下电容电压是以指数规律进行充电,而 在脉冲信号作用下电容电压不断的进行正反方 互仿真功能的动态系统建模、仿真和综合分析 设 定 R=3 , C=0 . 2F , 代 入 得 向

7、的充放电。这样在 Matlab 虚拟环境下就可以 Simulink 处理的系统包括:线性、 非线性 等功能。 , 可以得出一阶系统在不同激励信 完成电工学一阶电路的响应测试这个实验。通 系统,离散、 连续及混合系统,单任务、 多任务离 号下的输出电压。 过改变电阻 R 的阻值, 可以进一步分析电容的 散事件系统, 用户只需在 Simulink 提供的图形 阻值大小与电容充放电快慢之间的关系, 即电 用户界面 GUI 上, 对所需要的系统模块进行鼠 容充放电的快慢取决于时间常数 =RC, 阻值 标的简单拖拉操作, 就可构造出复杂的仿真和 越大,充电越慢。 分析模型。 2.3 整流电路的仿真 MA

8、TLAB 提供很多工具箱,以 MATLAB6.5 打开新建模型窗口, 将所需元件模块从模 为例,在电工学 CAI 中,分析和计算所要用到的 建立 simulink 模型 块库中拖入新建模型窗口并改名, 设定有关参 Simulink 工具库模块库集主要有: 数后将各个模块连接组成仿真模型, 如图 5 所 (1)Simulink 库 集 ; (2)PowerSystems 库 集 示。 (PSB);(3)Extra Simulink 库集。 在这个模型中, 三相交流电源设定为 2 电工学电路的仿真 220v、 50Hz,彼此相位互差 120。Synchronized 2.1 直流电路求解 图1 6

9、- Pulse Generator 为同步 6 脉冲发生器,为整流 利用 Matlab 分析电路时,应该首先对电路 桥提供合适的脉冲。Alpha_deg 为触发控制角, 进行分析,列出电流方程和电压方程,然后将方 通过对这个角度的设置, 可以得到不同的输出 程用矩阵形式表示, 最后用 Matlab 求解矩阵的 波形。 方法得到所求电流和电压。 三相桥式全控整流电路的特点:a 共阴极 如图所示,已知 , , , 图2 组和共阳极组各一个管子同时导通, 且不能为 , ,采用支路电流法列写支路电 图 1 和图 2 分别是 RC 一阶电路输入信号 同 一 相 器 件 。 b 触 发 脉 冲 按 流方程

10、和回路电压方程。 分别是阶跃信号和脉冲信号时的仿真模型,图 3 VTl- VT2- VT3- VT4- VT5- VT6 的顺序, 相位依 和图 4 分别是以上两种模型的仿真结果, 从仿 次差 60。 共阴极组的脉冲依次差 120。 共阳 列出方程为: 真波形我们可以清晰地看到一阶电路在阶跃信 极组也依次差 120。同一相的 （下转 53 页） 86 科 某短波信道，带宽 40KHz, 含有四路子信 道 , 信 号 带 宽 均 为 4KHz， 子 信 道 间 隔 为 10KHz。 解决方案如下图 2 所示。 模拟输入信号 正交混频和第一次 CIC 抽取后， 恢复 经过 A/D、 成了含有 4

11、路子信道的基带信号，采样率为 256KHz。下面要求恢复子信道信号， 采样率降 为 16KHz。 由于子信道间隔为 10KHz， 带宽均为 4KHz， 信号带宽仅占信道间隔的 40%， 若仍用 技 论 坛 首先阐述了 Kaiser- Hamming 锐化法的原 理， 介绍了通用表达式， 通过 Matlab 工具得到 了常用的 m=n=1 形式下的锐化 CIC 的幅频特 然后， 基于 Kaiser- Hamming 锐化法， 设计了 性。 一个锐化的 CIC 抽取滤波器。 并且， 应用上述滤 波器， 提出了一个短波子信道提取的解决方案。 最后， Matlab 仿真， 用 对上述滤波器， 在解决上

12、 述短波子信道提取的解决方案中进行了应用， 对效果进行了验证， 结果表明该解决方案可行。 参考文献 （上接 86 页） 上下两个桥臂脉冲相差 180。 c 输出直流电压 Ud 一个 周期脉动 6 次,且波形 都一样,故为 6 脉波整流电路。d 可采用宽脉冲 或双脉冲触发保证同时有二个晶闸管导通。 如图 6 所示,当负载 Z 为纯阻性,=0时 紫色 三相交流电压的波形,其中黄色线为 Uab、 线为 Ubc、 蓝色线为 Uca,红色线为整流电路输 出直流电压 Ud。图 7 为输出电流波形。从图中 可以清楚的看到 Ud 为频率为 300Hz 的脉动直 流。 改变触发控制角的度数, 可以得出整流电 路

13、在纯阻性负载的情况下输出直流电压的各种 不同情况。 通过分析可以得出,三相全控桥整流 电路在 =60的时候是波形连续和断续的分 水岭;=120时,输出电压 Ud 等于零,所以电 阻性负载时移向范围是 120。利用同样的方 法我们可以通过改变负载的性质以及其他参 数,可以得到不同参数对系统的影响,这样就为 设计系统参数提供了科学方便的手段。改变各 个参数直到得到满意的结果。 结束语 通过 Matlab/Simulink 对电工学电路的仿 真, 可以使同学们方便快速的得出仿真结果,一 方面可以使学生更好的理解概念以及掌握原 理，另一方面也大大增强了学生学习电工学的 通过实践证明在教学中， 根据教学内容选 兴趣。 择 合 适 的 仿 真 内 容 ，可 以 很 好 的 发 挥 Matlab/Simulink 在电工学教学中的巨大作用。 参考文献 图5 图6 术 在电气工程与自动化专业中的应用M. 北京： 清华大学出