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MATLAB_Simulink在电路分析与仿真中的应用
MATLAB/Smiulink在电路分析与仿真中的应用
吴　志,丁　红,马秋明
(1.烟台师范学院基建处,山东烟台.烟台师范学院物理与电子工程学院,山东烟台264025)
摘　要:用实例讨论了如何利用MATLAB语言编程对电路进行计算的问题,并且给出了在Simulink环境中建立电路仿真图实现对电路仿真的方法.可以看出利用MATLAB/Simulink对电路进行计算和仿真,方法简单实用,仿真结果直观明了.关键词:电路;MATLAB语言;Simulink中图分类号:TP312
文献标识码:B
文章编号:06)02-0059-04
作者简介:吴志(1964-),男,辽宁昌图人,工程师.　　在电路的学习和研究过程中,计算机仿真工具虽不能代替其研究电路使用的传统方法,但是对直观、高效地理解电路有很大的帮助.通过它同时可以形象地展示电路性能,证明计算方法,减少复杂电路的计算量,使用参数变量实现理想的解决方法等.MATLAB作为功能强大的仿真工具,同时也具备对电路进行仿真的能力.利用MATLAB编写M文件可以计算电路中的参数,也可以计算电路中的各个响应,还可以进行仿真得到直观的图形.另外,利用Simulink构造电路图进行仿真分析,也是很直观有效的.下面分别以实例来进行分析和讨论.
　　根据电路理论,T型网络的开路阻抗Z参数
Z11　Z12Z1+Z2　　Z2
Z21　Z　Z2　　Z2+Z数求其它参数的公式为:混合参数H=det(Z)　Z12
;短路导纳参数Y=Z;传输
-Z21　　1Z22
Z11　det(Z1
下面是求这些参数Z211　　　Z22
参数T的程序.
R=100;L=0.02;C=0.01;W=300;****
Z1=R;Z2=jWL;Z3=1/(jWC);Z(1,1)=Z1+Z2;Z(1,Z(2,2)=Z2+Z3;Z(2,1)=Z2;
H=[det(Z),Z(1,2);-Z(2,1),1]
Z(2,2)/T=[Z(1,1),det(Z);1,Z(2,2)]/Z(2,1)运行结果:Y=(0.0i-0.0i-0.0i,0.4i)H=(100.9i,1.0588,
-1..1765i)
T=(1.7i,94.3i,
0-0.4)可以看出MATLAB基于矩阵运算的特点,使程序非常简单.当电路中的元件值变化时,只要
对程序中的元件重新赋值即可很快得出结果,这
1　MATLAB编写M文件计算电路参数
　　在电路分析中,二端口网络的参数计算及相互转换还有网络函数的计算都是较为繁杂,且容易出错的,特别是当参数为复数时,更是如此,而MATLAB的复数矩阵运算非常方便.
如图1所示二端口网络,R=100Ψ;L=0.02H;C=0.01F,频率ω=300rad/s,求其短路导纳Y参数、开路阻抗参数Z、传输参数T及混合参数H.
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Matlab/Simulink仿真软件在电路分析教学中的应用
　　摘 要 以具体实例讨论了Matlab/Simulink可视化仿真软件在电路分析教学中的应用，通过Matlab建立M文件编程和用Simulink仿真这二种方法进行仿真，激发学生的学习兴趣，增强教与学的互动性，提高教学质量，培养学生利用计算机分析和解决电路问题的能力。 中国论文网 /1/view-7613508.htm　　关键词 Matlab/Simulink 电路分析 仿真 　　中图分类号：G642.3 文献标识码：A 　　0引言 　　电路分析是电气类工程技术人员必须掌握的一门重要基础理论课。在教学过程中，大多采用黑板板书加多媒体课件（Powerpoint）展示的方式授课，存在一定的问题，手工计算和绘制电流、电压等变化曲线，容易出错且费时。我们引入了电路仿真软件主要有Multisim、Proteus 、Matlab/Simulink等等，它们都具有各自的特点，但与Matlab/Simulink仿直软件相比，其它软件注重仿真结果，而可视化计算和仿真后的数据处理不如MATLAB方便。MATLAB/Simulink成为国际上最为流行的科学计算以及系统仿真领域的系统软件工具。下面以电阻电路、正弦稳态电路和动态电路为实例，我们在MATLAB R2014a集成环境的基础上，运用MATLAB的M文件编程计算和Simulink建立电路模型仿真分析这二种方法对电路进行分析。 　　1 Matlab在电路分析中的应用 　　1.1 Matlab在直流稳态电路中的分析方法 　　搭建好电路后，把Powergui电气系统仿真分析的图形用户接口加到电路中。根据题目已知条件，对各个电路元件进行参数设置，然后进行仿真，仿真结果可快速显示在三个Display模块中，数值显示器Display中显示的是电流测量模块（Current Measurement）测量的支路电流，测量结果与Matlab编程求法完全一致。在仿真过程中还可以改变电路结构和元件参数，然后对结果进行分析比较，得出实验结论。 　　1.2 Matlab在交流稳态电路中的分析方法 　　1.3 Matlab在动态电路中的分析方法 　　例3：电路如图4所示，在t<0，电容电压为零，t=0时电键K1闭合，在t=10秒时电键K2闭合，绘制电容电压uc（t）的波形图。已知：R1=12?%R，R2=8?%R，C=0.22F，US=100V。 　　（2）JSHSZJHYM2.m程序运行结果：电容电压uc（t）波形如图5所示。 　　以上编程利用三要素法求解和用plot（）函数绘图。 　　方法2：基于Simulink的建模仿真。 　　在命令窗口键入powerlib打开电力系统仿真模块，搭建电路的Simulink仿真模型，如图6所示。 　　它包括以下几个主要性模块： 　　（1）直流电压源模块，选择DC Voltage Source 模块，幅值为100V。 　　（2）电压测量模块，选择Voltage measurement模块。 　　（3）选择Breaker做电键K1，块参数（Block Parameters）设置为：初始状态0（Initial status 0）表示初始状态断开，开关动作时间设为t=0（Switching tims [0]）表示在t=0时K1=1闭合，外部（External）前面不要打勾，表示内部控制动作，合上表示1。同理，选择Breaker做电键K2，初始状态0（Initial status 0）表示初始状态断开，开关动作时间设为t=10（Switching tims [10]）表示在t=10秒时K2=1闭合。 　　（4）Powergui是电气系统仿真分析的图形用户接口，把它加到电路中。 　　（5）仿真时间设置为20秒。按菜单上仿真按钮（Run），双击示波器Scope1，可观察到与图5相同的波形，在仿真过程中可改变电路元件参数，对结果进行分析比较，得出实验结论。 　　2结语 　　利用Matlab强大的可视化计算功能、绘图非常方便及编程简单的特点，用来电路问题的求解，可通过Matlab的M文件编程和Simulink仿真模型来实现。通过Simulink来实现仿真免除了仿真者进行理论分析的繁重负担，不需要书写程序，通过简单直观的图形操作就可构造出复杂的系统，可随时改变电路结构和参数，实时和直观地显示电压和电流的波形和各种数据。但是当需要进行一定的理论分析时，就只能通过M文件来实现，它能反映编程者的分析、研究电路的思路和步骤，能避免繁琐的手工计算，绘图非常方便，这种方法更适合公式推导和精确计算，对编程者要求高。利用Matlab/Simulink仿真辅助教学，有利于学生对理论知识的理解，让学生重点放在分析问题和解决问题的能力上，提高了学习效率和学习的积极性，提高教学质量。也为后继课程的学习和毕业设计使用Matlab，编写自己的计算机程序打下良好的基础。 　　参考文献 　　[1] 邱关源，罗先觉.电路（第5版）[M].高等教育出版社，2006，5. 　　[2] 李瀚荪.电路分析基础（第4版）[M].高等教育出版社，2006，5. 　　[3] 席时达.电工技术（第4版）[M].高等教育出版社，2014，8. 　　[4] 陈怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应用（第3版）[M].北京：电子工业出版社， 2008，10. 　　[5] 刘浩，韩晶.MATLAB R2014a完全自学一本通（第1版）[M].电子工业出版社，2015，1. 　　[6] 程国钢，杨后川.Proteus 原理图设计与电路仿真就这么简单[M].电子工业出版社，2014，3. 　　[7] 梁南丁，赵永君.自动控制原理与应用（第1版）[M].北京大学出版社，2007，8.
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