基础强化训练武汉理工.docx

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基础强化训练武汉理工

目录

1前言……………………………………………………2

2进行基础强化训练的目的……………………………3

3用MATLAB设计的题目………………………………4

4理论计算………………………………………………5

5整体分析………………………………………………5

6设计流程图……………………………………………6

7可行方案………………………………………………6

4参考文献………………………………

前言

MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称，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。

MATLAB包含的十几个工具箱覆盖了仿真技术、通信、自动控制、数字信号处理、数字图像处理、系统辨识、神经网络、化工、生命科学等科学技术领域，吸取了当今世界这些领域最新研究成果。

SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户的交互接口是基于windows模型化图形输入，使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非编程上。

目前MATHWORKS公司已经把SIMULINK发展成一个一系列产品。

学习MATLAB的目的

作为一名电气工程及其自动化专业的一名学生，在平时的学习中很多科目要经常进行电路分析,在这个过程经常遇到这样或那样的问题。

而且随着电路规模的加大,微分方程阶数以及联立方程的个数必然增多,解题运算变得越来困难。

传统的计算机编程语言,如FORTRAN、C语言等在处理高阶微分方程和大规模联立方程组问题时,大量的时间和精力都花在矩阵处理（如矩阵输入、求逆、稀疏矩阵处理等）和图形的生成分析等繁琐易错的细节上。

同时，通过向大三的学姐学长了解本专业的情况发现。

随着以后对专业的进一步学习，matlab是以后解决问题的重要手段。

通过分析研究发现，用MATLAB语言进行电工、电子电路的分析、设计与仿真，简单、高效，可以避免复杂的数学计算编程（比如矩阵的计算），并且借助其绘图函数可方便实现计算结果的可视化，若采用MATLAB进行电路的调试、仿真、验证，不仅省时、省力，而且还可以节约大量的成本。

MATLAB语言不但可作为从事电工、电子专业的技术人员提供强大的设计和论证方面的保障，也可以作为学习、了解掌握电工、电子知识的一种更方便、更可靠的开发工具。

这次基础强化训练的目的，就是让我们了解和熟悉MATLAB的基本知识、基本操作、工具箱以及实际应用，培养我们应用MATLAB工具结合专业知识实现自动化系统的建模与仿真设计的能力。

然后利用MATLAB去解决一些简单的电路分析，为自己今后学习和工作中遇到的大规模电路分析做准备。

用MATLAB设计的题目

应用MATLAB解决公共基础课、专业基础课、专业课、实验或课题研究中遇到的1~2个问题。

要求：

1）说明问题所属的课程名称、实验名称或课题名称。

2）注意阐明问题本身和解决该问题的方法。

3）给出参考书籍和页码。

4）用M脚本文件或M函数文件来实现。

M文件中需包含典型M文件结构的各部分。

5）给出程序运行结果，最好能用图形显示结果。

6）较长篇幅问题一个即可；短篇幅问题最好有2个。

自选的题目

电路如图所示，已知Us（t）=

V，R1=10Ω，L=10H，R2=20Ω，C=100uF。

画出Uc（t）及Us（t）的波形。

整体分析

图为一电阻与电容并联再分别与一交流电源、电阻、电感串联所组成的简单一阶响应电路，题目要求求电容两端的电压

。

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

的表达式。

然后在MATLAB中建立相对应的数学模型，通过一定的函数和算法编程、仿真，输出结果，最后与理论值比较。

理论计算

方案一

通过欧姆定律，一直流过所求两端电流大小，只需要求得所求两端的阻抗为多大，便可利用欧姆定律计算出两端电压

。

程序如下

>>clear;

>>R1=10;R2=20;C=100e-6;L=10;

>>w=pi/2;mUsm=100;aUsm=-pi/2;Usm=mUsm*exp（j*aUsm）;

>>Z1=R1+j*w*L;

>>Y2=1/R2+j*w*C;

>>Z2=1/Y2;

>>Ucm=Usm*Z2/（Z1+Z2）;

>>mUcm=abs（Ucm）;

>>aUcm=angle（Ucm）;

>>T=2*pi/w;

>>T2=3*T;

>>N=150;

>>dt=T2/N;

>>t=0:

dt:

T2;

>>k=[1:

1:

151];

>>us（k）=mUsm*cos（w*t（k）+aUsm）;

>>uc（k）=mUcm*cos（w*t（k）+aUcm）;

>>plot（t,us,t,uc）,gridon

>>title（'电压源电压与电容电压波形'）

>>xlabel（'时间t/s'）

>>ylabel（'电压us/vuc/v'）

仿真结果分析

根据图中数据，在误差允许的范围内，仿真结果等于理论结果。

方案二

使用Simulink进行仿真一般分为两步：

用户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，用户就开始仿真，Simulink将根据用户搭建的模型，模拟系统在用户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5-1 Simulink模型的典型结构

总体电路图如下：

图5-2仿真总电路图

（1）ACVoltageSource是输出的函数Us（t）=100cos（2wt-90‘），其元件在ElectricalSources里找到。

参数设置如下：

图5-3ACVoltageSource参数设置

（2）SeriesRLCBranch是RLC串联的支路，其中RL参数R=10Ω，L=10H，其可以在elements里找到。

参数设置如下：

图5-4SeriesRLCBranch参数设置

（3）ParallelRLCBranch是RLC并联的支路，其中RC参数R=20Ω，C=100e-6F，其可以在elements里找到。

参数设置如下：

图5-5ParallelRLCBranch参数设置

（4）VoltageMeasurement是测量电压U的元件，其可以在

simpowersystems的Measurements找到。

（5）Scope是电路波形输出，输出电流U的波形，其可以在Simulink的Sinks里找到。

Scope的波形输出如图5-3所示

图5-6仿真U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（基本一样,由于电压表输入输出与假设接的相反，所以波形呈翻转状态，但从图中数据看，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。

附上，所建的M文件图

小结与体会

通过这几天对MATLAB的学习，对其有了一个大致的认识并能简单的应用，解决一些简单的线性代数及电路问题，当然在今后的学习中，还会加强自己对这款软件的学习，应为这款软件应用太广，且自己对Ｃ语言会，而且有线性代数的基础，个人认为掌握MATLAB这款软件不是问题。

MATLAB软件功能强大，本设计是运用MATLAB求解电路题目，这只是它的一个简单的应用，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；科学和工程图形；应用发展包括图形用户界面设计等方面。

由于时间问题，不能一一举例，只有自己在以后的学习中慢慢学习，自己探索，更好的掌握这款软件。

　　快要进入大三，MATLAB这款软件在以后的专业课学习中的应用很广泛，掌握好MATLAB，为以后的专业课学习将有很大的帮助。

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】《MATLAB及在电子信息类课程中的应用》唐向宏岳恒立郑雪峰编著电子工业出版社

【2】《精通MATLAB6》尹泽明丁春利等编著清华大学出版社

【3】《电路》邱关源编著高等教育出版社

【4】《MATLAB可视化大学物理学》周群益侯兆阳刘让苏编著清华大学出版社

【5】《MATLAB在电气工程中的应用》李维波编著中国电力出版社