武汉理工大学 基础强化训练说明书.docx
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武汉理工大学基础强化训练说明书
学号:
0121011360504
基础强化训练
题目
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用
学院
自动化学院
专业
自动化专业
班级
自动化1005班
姓名
柳元辉
指导教师
石英
2012
年
07
月
07
日
基础强化训练任务书
学生姓名:
柳元辉专业班级:
自动化1005班
指导教师:
石英工作单位:
自动化学院模式识别教研室
题目:
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用
初始条件:
已知条件如图,试用支路电流法计算各支路的电流。
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语言程序及;
(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。
1天
4
学生撰写课程设计说明书,进行答辩。
1天
合计
1周
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
目录
摘要
1基础强化训练的目的和要求………………………………………3
1.1训练目的
1.2训练要求
2设计分析……………………………………………………………….4
3方案设计………………………………………………………………5
3.1方案一用Simnlink建模仿真
3.2方案二M文件编程仿真
4结果与分析……………………………………………………………12
5心得体会………………………………………………………………13
参考文献
摘要
下达课程设计任务书,根据任务书查找资料;
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matlab开发工作界面
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。
本次训练是将它用于稳态电路电流的分析当中。
Abstract
MATLABisreleasedbytheU.S.mathworksthefaceofscientificcomputing,visualizationandinteractiveprogramming,high-techcomputingenvironment.Itnumericalanalysis,matrixcomputation,scientificdatavisualization,aswellasnonlineardynamicsystemmodelingandsimulation,andmanyotherpowerfulfeaturesareintegratedinaneasytouseWindowsenvironment,scientificresearch,engineeringdesignandtheneedforeffectivenumericalcalculationmanyfieldsofsciencetoprovideacomprehensivesolution,andlargelyoutofthetraditionalnon-interactiveprogramminglanguage(suchasC,Fortran),editmode,andrepresentstheadvancedleveloftoday'sinternationalscientificcomputingsoftware.MATLABandMathematica,Maple,andcalledthethreemathematicalsoftware.Itissecondtononeinthenumericalcalculationinthemathematicsclassscientificandtechnologicalapplications.MATLABmatrixoperationscanbecarriedout,drawingfunctionsanddata,algorithm,createauserinterfacewithmatlabdevelopmentworkinterfaceThenotherprogramminglanguages,procedures,etc.,mainlyusedinengineeringcalculations,controldesign,signalprocessingandcommunications,imageprocessing,signaldetection,financialmodeling,designandanalysisandotherfields.ThebasicunitofdatainMATLABisamatrix,theinstructionexpression,mathematics,engineeringusedintheformofverysimilar,sousingMATLABtosolvingproblemsthanwithC,FORTRANandotherlanguagestoaccomplishthesamethingssimpleandmuchmore,andMATLABalsoabsorptionliketheadvantagesofsoftwaresuchasMaple,MATLABasapowerfulmathematicalsoftware.AlsojoinedinthenewversionontheC,FORTRAN,C++,JAVA'ssupport.Canbecalleddirectly,userscanalsowriteyourownutilitytoimportintoMATLABlibrarytofacilitatetheirfuturecall,inadditiontomanyoftheMATLABfanshavewrittensomeclassicprograms,userscandirectlydownload.
MATLAB在直流稳态电路分析中的应用
1基础强化训练的目的和要求
1.1训练目的
(1)本环节通过MATLAB语言的学习与强化训练,使学生能掌握MATLAB软件,从分析和解决《线性代数》、《电路原理》等课程中的基本理论问题入手,力图做到在后续专业课程学习中,能熟练应用MATLAB工具来分析和设计;
(2)通过本环节巩固和深化已学课程的知识,培养学生综合运用这些知识,分析和解决实际问题,逐步树立正确的设计思想,培养严谨认真的科学态度和严谨务实的工作作风。
1.2训练要求
通过训练,使学生掌握相关的理论知识及实际处理方法,熟练使用MATLAB语言编写所需应用程序,上机调试,输出实验结果,并对实验结果进行分析。
(1)数值线性代数方法及MATLAB实现
(2)MATLAB在“电路原理”中的应用
(3)MATLAB工具箱的应用
2设计分析
已知题目所给的图如下图示,要求用支路电流法求支路电流
图一
该电路图有两个独立节点,和三个电路回路。
理论上,大体上可以用网孔法跟节点法
方法解得,其中节点法又可细分为节点电压法和节点电流法,既然题目要求我们用节点电流法求解,我们就用节点电流法求解。
而且显然,还要求我们借助软件matlab来解答,在了解matlab的一些基本功能后,我们可以有两种方法得到答案。
第一种方案就是利用Simnlink子软件进行建模仿真,从而得出结果;第二种办法就是用matlab中M文件编程仿真。
这两种方案都是可行的,至于说哪种优,要视你的目的是什么而定,第一种方法能由仿真图直接得出结果,直观快捷,但缺乏过程性,可信度有质疑。
第二种稍微麻烦一些,但可信度相对大一点。
因此两者结合起来看,就可以互相验证了,所以本次训练我们两种办法都用。
3方案设计
3.1方案一用Simnlink建模仿真
仿真得到的总电路图如下:
图二
上图图标说明:
DCVoltageSource直流电压
ACCurrentSource交流电流源
SeriesRLCBranch电阻电感电容串联
Display显示器
CurrentMeasurement测流元件
Powergui能量源
下图是改变元件的相关属性达到电路要求后并仿真得到的电路图
如下图图三所示:
显示器显示了各支路的电流的大小
图三
如图四所示是将图三中的Display换成Scope示波器,仿真后得各支路的电流波形图
图四
如下是仿真后得到的各支路电流的仿真波形图:
电流I1的波形图
电流I2的波形图
电流I3的波形图
电流I4的波形图
电流I5的波形图
仿真后由显示器所显示的电流值的大小与波形图上读出的电流值的大小完全相同,并且I1=-2A,I2=4A,I3=2A,I4=-1A,I5=1A.
用Simnlink建模仿真过程中遇到的问题:
(1)起初由于未修改原件的相关属性导致仿真失败,出现错误;
(2)由于连接线路时,节点未连接好导致出不了结果。
3.2方案二M文件编程仿真
(1)据电路图,由支路电流法可得
I1+I2=I3
I3+I4=I5
2I2-12+2I3-4I4+8=0
-8+4I4+12I5=0
I2=4
即
I1+I2-I3=0
I3+I4-I5=0
I1+I3-2I4=2
I4+3I5=2
I2=4
写成矩阵的形式如下:
(2)令等式左边的第一个矩阵为A,右边的矩阵为B,
在matlab的M文件中编程则有:
clear,closeall,formatcompact
A=[11-100;0011-1;101-20;00013;01000];
B=[0;0;2;2;4];
I=A\B;
I1=I
(1)
I2=I
(2)
I3=I(3)
I4=I(4)
I5=I(5)
仿真则得到如下图(3)示结果;
I1=-2A
I2=4A
I3=2A
I4=-1A
I5=1A
显然方案二的结果与一得完全一样,从而互相验证了结果的正确性,同时再与理论计算值对比一致,说明了实验成功了。
图五
4结果与分析
(1)两个方案的实验结果与理论计算值均相同:
I1=-2A
I2=4A
I3=2A
I4=-1A
I5=1A
说明了两个方案的可行性,正确性。
(2)通过这个训练,让我们知道matlab软件在电路设计及计算中有很大实用性,而且它还具有其他更多的功能。
(3)实验中同时也出现过诸多问题,导致对实验结果有错误性的影响。
除此之外,由于对该软件不甚了了,所以很难对结果做出进一步的分析。
5心得体会
MATLAB主要面对科学计算机、可视化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、工程设计及必须进行有效的数值计算的众多科学领域提供了一种曲面的解决方案,并在很大程度上拜托了传统交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算机软件的先进水平,具有重要的作用。
(1)通过本次训练,我成功解决了一个简单的电路问题。
这过程中让我知道了一些matlab的基本知识,掌握了一些基础的功能操作,对它有了一定的认识;但是同时也感觉的到它的功能非常强大,我自己所学到的只是冰山一角,而且也感到此软件非常具有实用性,广泛性,可以用它来解决许多不同学科类的问题。
(2)学习这个软件,让我对万事开头难有了更切身的体会。
一开始不想弄它,觉得咋都是英文操作键面,头都要大了。
上网看了一下入门视频,问了问同学之后,感觉没我当初想的那么难。
这正如古人言,世上是有难易乎,为之则难者亦易已,不为则易者亦难矣。
(3)实验中用到了CAD绘图软件,可惜自己不会,而好些同学先前选了那个课,他们会了,而我不会就比他们慢一节了,所以说常用的软件还是得学一学,因为很可能今天学了,后天就用到了。
(4)感觉到很多软件都能经常性要用到,而自己不会,所以还是多学学一些常用的软件还是很有用的。
(5)在学习这个软件的过程中,经常同学们之间互相问答,我觉得挺有意义的,一者练习了各自的表达能力,二者相互交谈增加感情,锻炼自己的与人相处的能力及学会相处的技巧。
参考文献
1.Matlab建模、仿真及应用,中国电力出版社,刘同娟
2.电路,第四版邱关源高等教育出版社1999年
3.控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言及应用
薛定宇著清华大学出版社1996
4.MATLAB入门与提高龚剑清华版2000.3
5.基于MATLAB的系统分析与设计楼顺天西安电子科大1999.4
6.精通MATLAB6.5张志涌上海交大2002.2
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
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