基础强化训练之MATLAB 在交流稳态电路中的分析应用Word文档下载推荐.docx
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图2-1基本电路图
2.2要求:
1)用尽可能多的方法(计算/仿真)以求出题目的未知量;
2)报告应对建模、参数设置、仿真模型搭建中使用的元器件所在的工具库、和仿真的过程进行详细说明(可截屏说明实现过程);
3)将仿真结果与理论计算进行对照,对仿真结果的正确性进行分析说明
3理论计算
4设计分析
4.1整体分析
图2-1为一交流电压源经电容、电感、电阻串并联组成的简单一阶响应电路,题目要求求us输出的干路电流is。
可以通过欧姆定律、基尔霍夫定律等一些基本电路定律列出干路电流is的表达式。
然后通过在MATLAB中建立数学模型,通过一定的函数算法编程、仿真,输出结果,最后与理论值比较。
4.2设计方案
4.2.1理论编程
要在交流电压源的供能下求得干路电流,需要求知电压源两端的负载大小,便可利用欧姆定律(电压、电流与阻抗的关系),计算出电路干路电流is。
其计算公式基本如下:
4.2.2Simulink仿真
通过Simulink库中所拥有的电气模型,连接题目的电路图,经过适当设置,及添加适当的测量元件,进行仿真,观察输出电流波形、相位是否符合理论计算的结果。
5编程及仿真
5.1理论编程
5.1.1编程
程序如下:
>
>
clc%清除前面语句
Us=10*cos(pi/12)+j*10*sin(pi/12)%给Us定义,复数形式表式
w=100%定义角频率以求得C、L的阻抗
R=10%电阻阻抗
XC=1/(j*w*C)%电容阻抗
XL=w*L*j%电感阻抗
X1=R+XC%RC支路阻抗值
X2=XL%L支路阻抗值
X=1/((1/X2)+(1/X3))%电源U两端的总阻抗
Is=Us/X%欧姆定律
m=real(Is)%取所求Is的实部
n=imag(Is)%取所求Is的虚部
du=atan(n/m)%求电流is的初相位(弧度制)
t=0:
1e-5:
0.2;
%定义时间段t
is=sqrt(m^2+n^2)*sin(100*t+du);
%将is的复数形式转变为三角函数
plot(t,Us)%输出Us的仿真波形图
plot(t,is)%输出is的仿真波形图
5.1.2编程结果分析
仿真结果图如图5-2
根据图中数据,发现结果图形的特征点(包括峰值、零点)等基本点的数值基本符合理论值。
图5-1电压源的波形
图5-2仿真结果电流波形图
5.2Simulink仿真
5.2.1用Simulink仿真电路
使用Simulink进行仿真一般分为两步:
首先需要在仿真模型编辑窗口中搭建好自己的仿真模型,设置好具体模型参数和仿真参数;
然后,仿真开始,Simulink将根据所搭建的模型,模拟系统在设定条件下的具体行为。
一个典型的Simulink模型由信源、系统及信宿等3部分组成,它们的关系如图5-1所示。
图5-3Simulink模型的典型结构
1)总体电路图如下:
图5-4仿真总电路图
2)元件的查找:
(1)ACVoltageSource是输出的函数
v,其元件在SimPowerSysterms里的ElectricalSources库。
(2)SeriesRLCBranch是RLC串联的支路,该支路元件在elements库中寻找。
(3)CurrentMeasurement是测量电流is的元件,其可以在SimPowerSystems的Measurements找到。
(4)Scope是电路波形输出,输出电流is的波形,其可以在Simulink的Sinks里找到。
3)元件的设置:
电压源:
图5-5电压源参数设置
RLC支路:
在第一个支路中将Branchtybe选择为RC,设置RC参数R=10Ω,C=1e-4;
在第二个支路中将Branchtybe选择为L,L=1e-1。
图5-6RC支路参数设置
图5-7L支路参数设置
4)仿真结果:
Scope的波形输出如图5-9所示:
图5-8仿真is输出波形
由以上电路仿真可见,电路的仿真所得结果和理论值(
A)基本一样,从图中数据看,仿真达到了预期的效果,MATLAB与simulink的结合运用是电路求解问题得以简化,使电路求解问题省时且精炼,精简。
设计体会与小结
利用MATLAB求解电路题目,不同的方法让我们见识到了MATLAB功能的强大。
虽然现在接触到的只是它一方面的应用,而且还是比较简单的,MATLAB还在多方面有应用,如数学和计算算术发展模型;
模拟仿真和原型;
数据分析,开发和可视化;
科学领域的人工智能及医疗等的开发;
工程图形的研究;
应用发展包括图形用户界面设计等方面。
MATLAB语言是一种简单,高效,功能极强的高级语言,且具有强大的矩阵运算能力和极高的编程效率,这一方面使得MATLAB程序可以被高度向量化,另一方面使得程序易读易写。
MATLAB已变得非常普及。
通过这几天对MATLAB相关知识的学习,对其有了一个大致的认识并能掌握简单的应用,解决一些简单的线性代数及电路问题。
同时这也说明在今后的学习中,还需要加强自己对这款软件的学习。
Matlab软件的应用广,还结合了以前的C语言、线性代数、电路的基础,对以前的知识点也进行了回顾和复习。
基本电路理论中的典型题目介绍了如何应用MATLAB语言编程的方法来对复杂电路进行分析和计算。
该方法不仅可以节约计算时间、方便地调试电路参数,而且还可以非常直观地观察和测量电路中的电压、电流和功率等物理量。
结论表明,MATLAB提供了高效简洁的编程方法,其强大而简易的绘图功能、矩阵和数组运算能力以及很强的扩充性,能充分满足基本电路分析、计算的需要,从而可以大大地提高计算精度和工作效率,在电路理论学科研究与工程实践中具有很好的应用价值。
总而言之,通过这次基础强化训练,我学到了许多东西。
在不久的将来,我们肯定会有更多的机会与它打交道,在各个专业课也要经常用到它,所以我一定要把它学好,把理论结合实际,把用到的运用到实际生活当中去,用它来实现仿真与编程计算相结合,得出准确的结果。
参考文献
[1]朱金寿等主编《线性代数》华中理工出版社1995年出版
[2]邱关源主编《电路》第四版高等教育出版社1999年修订
[3]薛定宇主编《控制系统计算机辅助设计-MATLAB语言及应用》清华大学出版社1996出版
[4]张颖、甘正佳、金维香主编《基于MATLAB的暂态电路分析与计算》长沙电力学院学报(自然科学版)2O02出版
[5]刘卫国、陈昭平、张颖主编《MATLAB程序设计与应用》高等教育出版社2006出版
本科生基础强化训练成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
基础强化训练题目:
基础强化训练答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
评定项目
评分成绩
1.考勤、态度(15分)
2.查阅资料能力(10分)
3.电路分析,建立电路模型,编程仿真(20分)
4.Simulink建模仿真结果(20分)
5.设计说明书质量及规范化、参考文献充分(不少于5篇)(15分)
6.答辩(20分)
总分:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
基础强化训练任务书
学生姓名:
专业班级:
指导教师:
工作单位:
题目:
MATLAB在交流稳态电路分析中的应用
初始条件:
正弦交流电路中,已知
要求完成的主要任务:
(1)分析题意,根据所给电路,采用合适的电路分析方法进行分析,并建立该电路的数学模型;
(2)根据解题步骤,绘制程序流程图,并编写出完整的MATLAB语言程序;
(3)调试、修改该程序,显示并分析运行结果;
(4)按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”,撰写总结报告一份,内容包括:
包括封面、任务书(指导老师提供)、目录、摘要(中、英文对照)、正文、参考文献(5篇以上)、附录(程序清单,要求有注释)、成绩评定表(指导老师提供)。
正文部分包括:
训练题目、电路分析、软件设计说明(流程图设计及说明等)、仿真波形、结果分析和基础强化训练的收获及心得体会(不少于500字)。
时间安排:
序号
设计内容
所用时间
1
指导老师就课程设计内容、设计要求、设计进度安排和评分标准等作具体介绍。
强调课程设计期间纪律要求。
学生确定选题,明确设计要求,开始查阅资料,对选定的设计题目进行原理分析。
1天
2
学生根据设计要求,设计程序框图,学习并编写MATLAB程序代码
2天
3
按设计要求,上机调试程序,修改并完善设计,完成程序调试后,记录结果。
4
学生撰写课程设计说明书,进行答辩。
合计
1周
指导教师签名:
2010年09月01日
系主任(或责任教师)签名:
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基础强化训练之MATLAB 在交流稳态电路中的分析应用 基础 强化 训练 MATLAB 交流 稳态 电路 中的 分析 应用
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