matlab在电路分析和仿真中的应用

1、matlab软件在电路分析和仿软件在电路分析和仿真中的应用真中的应用第一章 matlab简介第二章 电路分析：m文件第三章 电路仿真：simulink目目 录录 MATLAB (matrix laboratory，矩阵实验室)，最初是由Cleve Moler用Fortran语言设计的，有关矩阵的算法来自Linpack和Eispack课题的研究成果；现在的MATLAB程序是MathWorks公司用 C语言开发的。 MATLAB作为美国 MathWorks公司开发的用于概念设计，算法开发，建模仿真，实时实现的理想的集成环境。是目前最好的科学计算类软件。 第一章第一章 MATLAB 简介简介2022

2、-5-8MATLAB的主要应用领域（1）数值分析。（2）数值和符号计算。（3）工程与科学绘图。（4）控制系统的设计与方针。（5）数字图像处理。（6）数字信号处理。（7）通讯系统设计与仿真。（8）财务与金融工程。2022-5-8MATLAB基本组成8个主要部分 MATLAB 开发环境 MATLAB数学函数库 编程与数据类型 文件I/O 图形处理 三维可视化 创建图形用户界面 MATLAB应用程序接口(API) 2022-5-8MATLAB两个重要部件 Toolboxes（工具箱函数） 适用于各个应用领域，它包含几十个工具箱函数（见下页） Simulink（动态仿真工具） 可利用方框图构造系统，并

3、进行交互式的动态仿真。2022-5-8在MATLAB产品家族中，MATLAB工具箱是整个体系的基座，它是一个语言编程型(M语言)开发平台，提供了体系中其它工具所需要的集成环境(比如M语言的解释器)。同时由于MATLAB对矩阵和线性代数的支持，使得工具箱本身也具有强大的数学计算能力。目前MATLAB 产品的工具箱有四十多个，分别涵盖了数据采集、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。2022-5-8MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算，

4、可视化建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。开放性使MATLAB广受用户欢迎。除内部函数外，所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件，用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。 Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱 Control System Toolbox控制系统工具箱 Communication Toolbox通讯工具箱 Financial Toolbox财政金融工具箱 System Identification Toolbox系统辨识工具箱 Fuz

5、zy Logic Toolbox模糊逻辑工具箱 Higher-Order Spectral Analysis Toolbox高阶谱分析工具箱 Image Processing Toolbox图象处理工具箱 computer vision system toolbox-计算机视觉工具箱 LMI Control Toolbox线性矩阵不等式工具箱 Model predictive Control Toolbox模型预测控制工具箱 -Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱 Neural Network Toolbox神经网络工具箱 Optimization Toolb

6、ox优化工具箱 Partial Differential Toolbox偏微分方程工具箱 Robust Control Toolbox鲁棒控制工具箱 Signal Processing Toolbox信号处理工具箱 Spline Toolbox样条工具箱 Statistics Toolbox统计工具箱 Symbolic Math Toolbox符号数学工具箱 Simulink Toolbox动态仿真工具箱 Wavele Toolbox小波工具箱 DSP system toolbox-DSP处理工具箱you2022-5-8MATLAB/SIMULNK的主要产品及其相互关系2022-5-8MATL

7、AB的优点 1. 容易使用 2. 可以由多种操作系统支持 3. 丰富的内部函数 4. 强大的图形和符号功能 5. 可以自动选择算法 6. 与其他软件和语言有良好的对接性2022-5-8 MATLAB的缺点 在MATLAB产品家族中，MATLAB工具箱是整个体系的基座，它是一个语言编程型(M语言)开发平台，提供了体系中其它工具所需要的集成环境(比如M语言的解释器)。同时由于MATLAB对矩阵和线性代数的支持，使得工具箱本身也具有强大的数学计算能力。目前MATLAB 产品的工具箱有四十多个，分别涵盖了数据采集、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、金融财务分析以及生物遗传工程等

8、专业领域。图1-2所示为MATLAB/SIMULNK的主要产品及其相互关系。you 运行效率较低 由于MATLAB是一种合成语言，因此，与一般的高级语言相比，用MATLAB编写的程序运行起来时间往往要长一些。 价格比较贵 一般的用户可能支付不起它的高昂费用。但是，购买MATLAB的昂贵费用在很大程度上可以由使用它所编写的程序的价值抵消。MATLAB的缺点2022-5-8 Matlab 的安装的安装安装步骤：1 运行matlab安装软件的setup.exe文件2022-5-8 Matlab 的安装的安装2 输入名字和公司名称3 在第三个空白处(PLP)输入软件的序列号sn4 继续安装，直到安装完

9、成。5 安装帮助 将安装目录中的help文件夹替换为安装包中的help文件夹2022-5-8MATLAB 7用户界面概述MATLAB 7的用户界面主要包括以下三个方面的内容： MATLAB 7的主菜单 MATLAB 7的工具栏 MATLAB 7的窗口2022-5-8使用帮助系统MATLAB 7.0为用户提供了非常完善的帮助系统，例MATLAB 的在线帮助、帮助窗口、帮助提示、HTML格式的帮助、pdf格式的帮助文件及MATLAB 的示例和演示等。2022-5-8第二章第二章 电路分析：电路分析：m文件文件2022-5-8m文件简介 用户如想灵活应用matlab去解决实际问题，充分调用matla

10、b的科学技术资源，就需要编辑m文件 包含matlab语言代码的文件称为m文件，其扩展名为m。 编辑m文件可使用各种文本编辑器。2022-5-8 m文件的创建 m文件的类型是普通的文本文件，我们可以使用系统认可的文本文件编辑器来建立m文件。如dos下的edit，windows的记事本和word等。具体的创建方法：1. 在matlab命令窗 口点击file 菜单 new m-file2022-5-82022-5-8 m文件类型 m文件的语法类似于c语言，但又有其自身特点。它只是一个简单的ASCII码文本文件，执行程序时逐行解释运行程序，matlab是解释性的编程语言。 m文件有两类独立的m文件 称

11、命令文件 可调用m文件 称函数文件(略)(1). 命令文件 简单的m文件 命令文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没有输入输出参数。2022-5-8 命令文件包括两部分：注释文件和程序文件%RANKNumber of linearly independent rows or columns.% K = RANK(X) is the number of singular values of X% that are larger than MAX(SIZE(X) * NORM(X) * EPS.% K = RANK(X,tol) is the numb

12、er of singular values of X that% are larger than tol.% Copyright (c) 1984-94 by The MathWorks, Inc.s = svd(x);if (nargin = 1) tol = max(size(x) * max(s) * eps;endr = sum(s tol);程序部分2022-5-8 (2).matlab内置函数文件 matlab自定义的函数文件称内置函数文件 调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、出口参数即可。 例如：sin.m函数用type sin查不到。 调用格式：y=sin(2*x)

13、 实际应用中： x=0:2*pi/180:2*pi; y=sin(2*x) plot(x,y)01234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.812022-5-814221017340008517340001)(ssssRCLCssRCsH取R=255欧，L=125uH，C=6800pF，则：m文件如下：% LCR串联谐振电路R=255; L=125*10(-6); C=6800*10(-12); wo=1/sqrt(L*C),%wo=1/sqrt(L*C)谐振角频率fo=wo/2/pi, %谐振频率num=1734000 0;den=85 1734000 1014

14、;Hs=tf(num,den)figure(1);bode(num,den); % s域传递函数对应的波特图2022-5-8RsCsLRsH1)(C1/wCRRLwLUsVo 传递函数模型传递函数模型 【调用格式】【调用格式】sys = tf(num,den)sys = tf(num,den)【说明】【说明】numnum和和denden分别是传递函数的分子多项式系数和分母多项式系数，按分别是传递函数的分子多项式系数和分母多项式系数，按s s的降的降幂排列。幂排列。tftf函数的返回值是一个对象，称之为函数的返回值是一个对象，称之为TFTF对象，对象，numnum和和denden是是TFTF对象

15、的属性。对象的属性。1. SISO系统的系统的TF数学模型数学模型例 如右图，电路的传递函数为：2022-5-8运行结果2022-5-8运行结果2022-5-8第三章第三章 电路仿真：电路仿真：simulink2022-5-8SIMULINK的特点的特点 SIMULINK是一种强有力的仿真工具，它能让使用者在图形方式下以最小的代价来模拟真实动态系统的运行。SIMULINK准备有数百种预定义系统环节模型、最先进有效的积分算法和直观的图示化工具。依托SIMULINK强健的仿真能力，用户在原型机制造之前就可建立系统的模型，从而评估设计并修补瑕疵。SIMULINK具有如下特点：(1) 建立动态系统的模

16、型并进行仿真。SIMULINK是一种图形化的仿真工具，用于对动态系统建模和控制规律的研究制定。由于支持线性、非线性、连续、离散、多变量和混合式系统结构，SIMULINK几乎可分析任何一种类型的真实动态系统。2022-5-8(2) 以直观的方式建模。利用SIMULINK可视化的建模方式，可迅速地建立动态系统的框图模型。只需在SIMULINK元件库中选出合适的模块并拖放到SIMULINK建模窗口，鼠标点击连接就可以了。SIMULINK标准库拥有的模块超过150种，可用于构成各种不同种类的动态系统。模块包括输入信号源、动力学元件、代数函数和非线性函数、数据显示模块等。SIMULINK模块可以被设定为

17、触发和使能的，能用于模拟大模型系统中存在条件作用的子模型的行为。(3) 增添定制模块元件和用户代码。SIMULINK模块库是可定制的，能够扩展以包容用户自定义的系统环节模块。用户也可以修改已有模块的图标，重新设定对话框，甚至换用其它形式的弹出菜单和复选框。SIMULINK允许用户把自己编写的C、FORTRAN、Ada代码直接植入SIMULINK模型中。2022-5-8SIMULINK的模块库介绍 整个Simulink模块库是由各个模块组构成，标准的Simulink模块库中，包括：信号源模块组(Source)、仪器仪表模块组(Sinks)、连续模块组( Continuous)、离散模块组(Dis

18、crete)、数学运算模块组(Math)、非线性模块组(Nonlinear)、函数与表格模块组(Function&Tables )、信号与系统模块组(Signals&Systems)和子系统模块组(Subsystems)几个部分，此外还有和各个工具相与模块集之间的联系构成的子模块组，用户还可以将自己编写的模块组挂靠到整个模型库浏览器下。2022-5-8电力系统模块库的介绍 进入MATLAB系统后打开模块库浏览窗口，用鼠标左键双击其中的Power System Blocks即可弹出电力系统工具箱模块库，它包括连接元件库(Connectors)，电源库(Electrical Sou

19、rces)，基本元件库(Elements)，元件库(Extra Library)，电机元件库(Machines)，测量元件库(Measurements)和电力电子元件库(Power Electronics)。这些模块库包含了大多数常用电力系统元件的模块。利用这些库模块及其它库模块，用户可方便、直观地建立各种系统模型并进行仿真。2022-5-8 电路电路simulink仿真仿真演示演示下面用一个简单的例子，说明利用SIMULINK进行电力系统仿真的最基本方法。对于初入门的读者而言，可以按本节步骤搭建系统，也可以不进行搭建，以了解过程和仿真结果。【例【例1.1】半桥逆变器和无极灯的等效模型为电路，进行仿真。电路如下所示。2022-5-81 打开simulink 1) 打开matlab 2) 在command window中输入simulink 后回车。或使用图标即可打开simulink的模块库浏览器。 3) 鼠标点击主菜单的新建按钮，即弹出simulink的mdl文件2022-5-82 放置元器件1) 放置R、L、C和地：在模型库浏览器中找到SimPowerSystems，点击其前面的+号，将它展开。点击Elements子模块，在其中找到“Parallel RLC Branch”或G