系统建模报告MATLAB在电路中的应用Word文件下载.docx
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学会应用MATLAB软件为电路建模并加以分析
∙要求:
掌握电路模型、定律以及电路一般分析方法。
∙内容:
应用MATLAB分析电阻电路、动态电路等。
∙方法:
应用MATLAB或C程序平台。
二、课程设计目的:
目的:
1、学习MATLAB软件的使用。
2、学会应用MATLAB软件为电路建模并加以分析。
要求:
1、掌握电路模型、定律以及电路一般分析方法。
2、学会MATLAB的使用,掌握MATLAB的程序设计方法;
3、学会用MATLAB对电阻电路、动态电路进行分析和处理;
4、撰写课程设计论文,用电阻电路、动态电路的基本理论分析结果。
意义:
脱离单一理论教学方式,让同学们巩固和理解教学内容,锻炼动手动脑完成课题的能力。
三、实习内容与时间安排:
实习内容:
MATLAB软件的使用;
时间安排:
2011年12月12日-2011年12月30日
四、具体的完成过程
题目一:
电路图如下,用结点电压法求各支路电流及输出电压U
解:
取参考结点如上图所示,其它3个结点的结点电压分别为Un1、Un2、Un3结点电压方程为
…①
…②
…③
∵
,
;
;
∴
将结点电压方程写成矩阵形式,在matlab命令菜单中输入edit命令进入程序编辑器,编辑文件。
运行下述程序:
G11=1/5;
G12=-1/10;
G13=0;
G21=-1/10;
G22=3/20;
G23=-1/20;
G31=0;
G32=-1/20;
G33=3/20;
Gn=[G11G12G13;
G21G22G23;
G31G32G33]
Gn=
0.2000-0.10000
-0.10000.1500-0.0500
0-0.05000.1500
In=[-2;
10;
-2];
Un=inv(Gn)*In
Un=
40
100
20
即Un1=40V,Un2=100V,Un3=20V.
题目二:
如图所示电路,已知R=2Ω,C=0.5F,电容初始电压Uc(0+)=4V,激励为正弦电压US(t)=8cos4t,当t=0时,开关S闭合,求电容电压的全部响应,并绘出波形图。
根据KLV有
初始条件
方程的通解
达到稳定状态的电容电压为特解,则
为上述微分方程对应的齐次方程的通解
其中τ=RC为电路的时间常数,所以有
根据初始条件
得积分常数为
A=
所以电容电压
(2—1)
这就是电容电压在t≥0时的全响应。
把式(2—1)改写成
可以看出,上式右边的第一项是电路的零输入响应,右边的第二项则是电路的零状态响应,这说明全响应是零输入响应和零状态响应的叠加,即
全响应=(零输入响应)+(零状态响应)
从式(2—1)还可以看出,右边的第一项是电路微分方程的特解,其变化规律与电路施加的激励相同,所以称为强制分量,式(2-1)右边第二项对应的是微分方程的通解,它的变化规律取决电路的参数而与外施激励无关,所以称之为自由分量。
因此,全响应有可以用强制分量与自由分量表示,即
全响应=(强制分量)+(自由分量)
在直流或郑玄激励的一阶电路中,常取换路后达到新的稳态的解作为特解,而自由分量随着时间的增长按指数逐渐衰减为零,所以又将全响应看做是稳态分量和瞬间分量的叠加,即
全响应=(稳态分量)+(瞬间分量)
全响应总是由初始值、特解和时间常数三个要素决定的。
在直流电源激励下,若初始值为
,特解为稳态解
,时间常数为
,则全响应可写为
(2-2)
只要知道
、
和
这三个要素,就可以式(2-2)直接写出直流激励下一阶电路的全响应,这种方法称为三要素法。
编程:
R=2;
C=0.5;
T=R*C;
Uc0=4;
Usm=8;
w=4;
Zc=1/(j*w*C);
t=0:
0.01:
Us=Usm*cos(w*t);
Ucp=Us*Zc/(R+Zc);
Uct=[Uc0-Ucp]*exp(-t/T);
Uc=Uct+Ucp;
plot(t,Uc,'
-g'
t,Uct,'
+r'
t,Ucp,'
*b'
),grid
legend('
Uc'
'
Uct'
Ucp'
)
图:
分别显示全响应如下:
暂态分量:
:
稳态分量:
参考文献:
《电路》邱关源,罗先觉主编——第5版。
——北京:
高等教育出版社,2006.5(2010重印)。
五、总结与体会
长期以来,《信号与系统》课程一直采用单一理论教学方式,我们只能依靠做习题来巩固和理解教学内容,虽然手工演算训练了计算能力和思维方法,但是由于本课程数学公式推导较多,概念抽象,常需画各种波形,作题时难免花费很多时间,现在,我们了解了一种国际上公认的优秀科技应用软件MATLAB,借助它我们可以在电脑上轻松地完成许多习题的演算和波形的绘制。
MATLAB的功能非常强大,我们此处仅用到它的一部分,在后续课程中我们还会用到它,在未来地科学研究和工程设计中有可能继续用它,
通过这次系统建模设计,培养了我们的独立设计能力,实际分析问题和动手能力,,获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力,养成理论联系实际和一丝不苟的工作作风,使我们更加充分的了解了课本上所学不到的知识,并能够应用于实践当中。
这次课程设计,让我们觉得学术遥远,自己才疏学浅。
系统建模的研究何其复杂,这次设计其实只能是涉其皮毛,距离理想之境还有很长的路。
课程设计能够顺利完成,并非其中一人之功。
组员之间都给了对方很多帮助,使我们都互相交流学到了许多知识,还有老师在实验室不倦地指导和教诲,在此深深地感谢他们:
感谢指导过我们的老师!
勤劳合作的队友!
感谢对方对彼此的帮助和鼓励。
这次设计的实现凝结着两人的智慧、心血和鼓励。
回顾起此次课程设计,从到定题目到顺利完成,从理论到实践,在整个学习的日子里,可以学到很多很多的东西,同时不仅可以巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
在设计中遇到了很多难以解决的问题,最后都在老师的帮助、两人的辛勤努力下,终于迎刃而解。
同时,在老师的身上我们学得到很多实用的知识,我再次表示感谢!
感谢我们的指导老师!
只要是您提醒过该注意的地方,我们都会记下来。
事实证明,这些指导对我们的帮助很大。
从您身上,我们还学到了很多处事的道理,它们使我们终身受益。
衷心地感谢!
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