matlab在电路分析和仿真中的应用

matlab软件在电路分析和仿真中的应用2/4/2023第一章matlab简介第二章电路分析：m文件第三章电路仿真：simulink目录2/4/2023

◎MATLAB(matrixlaboratory，矩阵实验室)，最初是由CleveMoler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MATLAB简介2/4/2023MATLAB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。2/4/2023MATLAB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)

2/4/2023MATLAB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，并进行交互式的动态仿真。2/4/2023

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。

2/4/2023MATLAB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，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。MatlabMainToolbox——matlab主工具箱ControlSystemToolbox——控制系统工具箱CommunicationToolbox——通讯工具箱FinancialToolbox——财政金融工具箱SystemIdentificationToolbox——系统辨识工具箱FuzzyLogicToolbox——模糊逻辑工具箱Higher-OrderSpectralAnalysisToolbox——高阶谱分析工具箱ImageProcessingToolbox——图象处理工具箱computervisionsystemtoolbox----计算机视觉工具箱LMIControlToolbox——线性矩阵不等式工具箱ModelpredictiveControlToolbox——模型预测控制工具箱μ-AnalysisandSynthesisToolbox——μ分析工具箱NeuralNetworkToolbox——神经网络工具箱OptimizationToolbox——优化工具箱PartialDifferentialToolbox——偏微分方程工具箱RobustControlToolbox——鲁棒控制工具箱SignalProcessingToolbox——信号处理工具箱SplineToolbox——样条工具箱StatisticsToolbox——统计工具箱SymbolicMathToolbox——符号数学工具箱SimulinkToolbox——动态仿真工具箱WaveleToolbox——小波工具箱DSPsystemtoolbox-----DSP处理工具箱you2/4/2023MATLAB/SIMULNK的主要产品及其相互关系2/4/2023MATLAB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2/4/2023MATLAB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2/4/2023

Matlab

的安装安装步骤：1运行matlab安装软件的setup.exe文件2/4/2023

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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2/4/2023MATLAB7用户界面概述MATLAB7的用户界面主要包括以下三个方面的内容：MATLAB7的主菜单MATLAB7的工具栏MATLAB7的窗口2/4/2023使用帮助系统

MATLAB7.0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。2/4/2023第二章电路分析：m文件2/4/2023m文件简介用户如想灵活应用matlab去解决实际问题，充分调用matlab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。2/4/2023

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：在matlab命令窗口点击file菜单newm-file2/4/20232/4/2023m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。2/4/2023命令文件包括两部分：注释文件和程序文件%RANK Numberoflinearlyindependentrowsorcolumns.% K=RANK(X)isthenumberofsingularvaluesofX% thatarelargerthanMAX(SIZE(X))*NORM(X)*EPS.% K=RANK(X,tol)isthenumberofsingularvaluesofXthat% arelargerthantol.% Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc.s=svd(x);if(nargin==1)tol=max(size(x))*max(s)*eps;endr=sum(s>tol);程序部分2/4/2023

(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typesin查不到。调用格式：y=sin(2*x)实际应用中：x=0:2*pi/180:2*pi;y=sin(2*x)plot(x,y)2/4/2023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=[17340000];den=[85173400010^14];Hs=tf(num,den)figure(1);bode(num,den);%s域传递函数对应的波特图2/4/2023传递函数模型

【调用格式】sys=tf(num,den) 【说明】num和den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的降幂排列。tf函数的返回值是一个对象，称之为TF对象，num和den是TF对象的属性。1.SISO系统的TF数学模型例如右图，电路的传递函数为：2/4/2023运行结果2/4/2023运行结果2/4/2023第三章电路仿真：simulink2/4/2023SIMULINK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。2/4/2023

(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。2/4/2023SIMULINK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(Discrete)、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。2/4/2023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PowerSystemBlocks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(ElectricalSources)，基本元件库(Elements)，元件库(ExtraLibrary)，电机元件库(Machines)，测量元件库(Measurements)和电力电子元件库(PowerElectronics)。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。2/4/2023

电路simulink仿真演示

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。2/4/20231打开simulink1)打开matlab2)在commandwindow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2/4/20232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“ParallelRLCBranch”或Ground，鼠标选择它不