matlab课程设计RC串联电路与RL并联电路频率响应Word格式.docx
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方案设计
2天
2
软件设计
3天
3
系统调试
4
答辩
1天
合计
8天
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签字:
摘要
MATLAB是一种面向科学和工程计算的语言,它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,具有编程效率高、调试手段丰富、扩展能力强等特点。
将MATLAB软件引入到电路分析中,大大提高了计算精度和工作效率,为电路分析提供了有效的辅助工具。
本次课程设计基于MATLAB的强大图形处理功能、符号运算功能和数值计算,着重于对RC串联与RL并联电路的频率响应分析,能够运用相关软件进行数学建模、相关参变量求解、结果呈现与分析,从而对MATLAB软件及其程序编写更加熟悉。
关键字:
RC串联电路RL并联电路频率响应MATLAB
Abstrct
MATLABisascienceandengineerin-orientedcomputinglanguage,whichsetnumericalanalysis,matrixxomputing,graphicsandsignalprocessinginone,theprogramhasahighlyefficientmeansofdebuggingarich,strong,andothercharacteristicsoftheexpansion。
Itisaneffectiveauxiliarycircuitanalysistool.MATLABisanindispensibleauxiliarytoolforelectronicengineers.ThiscoursedesignisbasedonMATLABpowerfulgraphicscapabilitiesandnumericalcomputationsymbolicoperation.ItfocusesonthefrequencyresponseofRCseriescircuitandparallelcircuit.TrainingintheapplicationofMATLABincircuitanalysisletusbeabletouserelevantsortwaretomathnaticalmodeling,solvingtherelevantparameters,presentandanalyzeresults.Afterthedesign,wewillachieveMATLABsortwareandbemorefamiliartoitsprogramming.
Keyword:
RCseriescircuitparallelcircuitfrequencycircuitMATLAB
1MATLAB简介
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。
的相关应用
数值分析
数值和符号计算
工程与科学绘图
控制系统的设计与仿真
数字图像处理技术
数字信号处理技术
MATLAB的应用十分广泛,包括信号和图像处理,通讯,控制系统设计以及计算生物学等众多领域。
附加的工具箱扩展了MATLAB环境,以解决这些领域的问题。
MATLAB的特点介绍
1)高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从复杂的分析中解脱出来。
2)具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化。
3)友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握。
4)功能丰富的工具箱(信号处理工具箱,通信工具箱等),为用户提供了大量方便的处理工具。
2RC串联与RL并联电路的分析
2.1RC串联电路分析
图1RC串联电路
如图所示:
分阻抗:
ZR=RZC=
(1)
总阻抗:
Z=R+
(2)
频率响应:
H1=
=
(3)
H2=
(4)
则H1=
(5)
(6)
因此:
幅频响应:
(7)
(8)
相频响应:
=arctan(
CR)(9)
)(10)
这样便可得到关于的函数关系表达式,然后分别以
为纵坐标,以
为横坐标绘制幅频响应,相频响应
图像,通过观察图象分析研究频率响应特性。
2.2RL并联电路的分析
图2RL并联电路
L=2H;
设总电流为I,电阻和电感的阻抗:
=R=2Ω
=j
L(11)
I
I(12)
I(13)
H3=
(14)
H4=
(15)
幅频响应:
(16)
(17)
相频特性:
)(18)
=arctan(-
)(19)
3程序设计
RC串联电路程序设计步骤
1 输入R,C的值;
2 列出H分母和分子的系数行列式;
3 调用angel函数计算相频特性;
4 调用freq函数计算幅频特性;
5 调用plot函数画出相应曲线;
6 最后输出曲线,得出结果;
3.2RL并联电路程序设计
图3程序设计流程图
3.3程序调试结果
图4频率H1的响应
图5频率H2的响应
图6频率H3的响应
图7频率H4的响应
4结果分析
H1相频曲线分析:
由图知H1相频特性是一条下降的曲线,说明相角随频率增加而减小,其总值小于0。
当趋近于0时,相角趋近于0,当趋近于无穷时,相角趋近于负90
.
H1幅频曲线分析:
该曲线是一条下降的曲线,说明电压传输系数的幅值随的增加而减小,当趋近于0时,幅值趋近于1,当趋近于无穷时,幅值趋近于0。
当C越大,C上的电压越大。
显示了电路的低通性。
H2相频曲线分析:
由图知H2相频曲线是一条下降的曲线,说明其相角随频率增加而减小,其值在0到90度之间。
当频率趋近于0时,相角趋近于90度。
当频率趋近于无穷时,相角趋近于0。
H2幅频曲线分析:
该曲线是一条上升的曲线,说明电压传输系数的幅值随的增加而增大,当频率趋近于0时,幅值趋近于0,当频率趋近于无穷时,幅值趋近于1。
4.3频率响应H3
H3相频曲线分析:
该曲线是一条下降的曲线,其相角随频率增加逐渐减小至0.
H3幅频曲线分析:
该曲线是一条上升的曲线,其幅值随频率增加而趋近于1.
4.4频率响应H4
H4相频曲线分析:
H4幅频曲线分析:
该曲线是一条下降的曲线,当频率趋近于0时,其幅值趋近于1.
5心得体会
通过对MATLAB的学习,我对这个软件有了初步的认识,掌握了基本的一些操作,并学会了用它解决数学和电路上的一些问题。
MATLAB的功能很强大,几乎可以解决我们目前遇到的所有问题,我们可以自己编写程序函数,来解决更多的问题。
但以我们目前的能力,我们只能解决小部分问题。
也只能利用MATLAB的小部分的资源。
在以后的学习中我们还要继续学习其相关知识。
其语法比C语言的限制要少,更方便,更自由。
关于绘图也比较简便,几条简单的语句就能做出各种不同的图形,但在本课题只画了二维曲线,因此还要继续学习其他的作图方法。
因为MATLAB拥有太多的函数,想在短时间内就掌握是很困难的,所以我更应该多学习多练习,在使用的过程中加深对函数的理解,最好能够记住,并掌握,这样就可以解决今后更多的问题。
6参考文献
1.邱关源,罗先觉主编,电路,第五版,北京高等教育出版社,2006
2.陈怀琛,吴大正,高西全主编,MATLAB及在电子信息课程中的应用,第三版,北京电子工业出版社,2006
3.杨高波,元波编著精通Matlab7.0混合编程,北京电子工业出版社
4.陈怀琛主编Matlab及其在理工课程中的应用指南,西安电子科技大学出版社,2000
5.李瀚荪主编电路分析基础高等教育出版社,2000
7附件:
MATLAB程序
频率响应H1的源程序
r=2;
c=0.5;
fz=1;
fm=[r*c1];
w=0:
0.01:
25;
g=freqs(fz,fm,w);
x=angle(g);
y=abs(g);
subplot(2,1,1);
plot(w,x*180/pi);
xlabel('
角频率'
);
ylabel('
角度'
grid;
subplot(2,1,2);
plot(w,y);
xlable('
abs(h)'
频率响应H2的源程序
fz=[r*c0];
xlabel(`角频率´
);
ylabel(`角度´
plo(w,y);
xlable(`角频率´
ylabel(`abs(h)´
H3和H4的频率响应的源程序
clear,formatcompact
R=2;
L=2;
0.00001:
50;
w0=R./L;
wt=w./w0;
H3jw=1./(1+w0./(j.*w));
H4jw=1./(1+(j.*w)./w0);
figure
(1)
subplot(2,1,1),plot(wt,abs(H3jw))
grid,xlabel('
w./w0'
),ylabel('
abs3(H)'
subplot(2,1,2),semilogx(wt,angle(H3jw))
angle3(H)'
figure
(2)
subplot(2,1,1),plot(wt,abs(H4jw))
abs4(H)'
subplot(2,1,2),semilogx(wt,angle(H4jw))
grid,xlabel('
angle4(H)'
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业班级
题目:
答辩或质疑记录:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
__________________
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- matlab 课程设计 RC 串联 电路 RL 并联 频率响应