直流电路中电阻电路的计算--MATLAB课程设计.doc

学 号： 课 程 设 计题 目电路仿真学 院专 业班 级姓 名指导教师年月日摘要 电路原理是电类专业必修的一门重要的技术基础课，它具有基础科学和技术科学的二重性，不仅是电类学生学习后续课程的基础，也直接为解决电工电子工程中的一些实际问题服务。大一下学期开始，通过对本课程的学习，我初步掌握了近代电路理论的一些基本知识和概念，能分析计算一些常见的，比较简单的基本电路，初步具有了解决实际问题的能力，并为后续课程的学习准备了必要的电路理论知识。其分析电路的常见方法有：节点电压法，网孔电流法，叠加原理分析法，戴维宁定理和诺顿定理等等。本文主要讨论用网口电流法来分析直流电路中关于电阻电路的计算方法。在这个分析解决问题的过程中需要运用到MATLAB软件。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）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。本文就是通过对MATLAB编程计算出的结果和Simulink仿真出的结果进行对比，来的出所要的结论和效果。 关键词：电路原理，网孔电流法，MATLAB，SIMULINK， AbstractThe circuit principle of electricity class specialized is compulsory course is an important technology, it has the basic science and technology is not only the scientific duality, electricity class student learning courses, and subsequent direct solution for electrical and electronic engineering of some actual problems. A semester began, this course of study, I have mastered some modern circuit theory, the elementary knowledge and the concept of some common to analysis and calculation, the basic circuit is simple, is the ability to solve practical problems, and for subsequent course of study prepared necessary circuit theory knowledge. The analysis of the common method: circuit node voltage, current, mesh superposition principle analysis method, DaiWeiNing theorem and NORTONs theorem, etc. This paper discusses how to use the WangKou current method to analyze the dc resistance circuit in the calculation. In the analysis and problem solving process needs to apply MATLAB software. MATLAB is Matrix lab (Matrix of Laboratory), is the MathWorks company business mathematics software is used to develop, data visualization algorithm, data analysis and numerical calculation of senior technical calculation language and interactive environment, including MATLAB and Simulink two most. This paper is based on MATLAB calculation results and Simulink results, comparing to the conclusion of the effect.直流电路中电阻电路的计算1 题目分析 1.1设计题目如图1所示的电路，已知：R12W，R24W，R312W，R44W，R512W，R64W，R72W。(1) 如Us10V，求i3，u4，u7；(2) 如己知u4=6V，求Us，i3，u7。 图1 1.2 理论分析 如图1所示，该电路有a,b,c三个网孔，含有一个直流电压源。根据基尔霍负电压定律（KVL），对每个网孔列网孔方程为：对上面三个方程，可将其写成如下所示的矩阵形式：将数值带入，并简写为的形式为：(1) 令，由， 即可得问题（1）的解为： ， ， (2) 在该直流电路中 由电路的线性性质，可令，。根据问题（1）的结果并根据图1所示的电路可列出下式：， ，于是，可以通过下列式子求得问题（2）的解， 即： ， ， 上面的过程，为理论上的解题方法。在整个解题的过程中，最主要的就是正确的列出三个网孔方程，然后以这三个方程为中心求解即可。这过程中，我有意将三个方程的系数写成矩阵形式，利用线性代数中所学的矩阵的知识来求解，其实是为了方便后面利用MATLAB软件来进行计算。下面将详细的来了解运用MATLAB软件来进行编程计算题目中的两个问题的流程。并将运用此软件计算出来的结果和理论分析计算出来的结果进行比较，理论上应该是相同的。2 MATLAB编程和仿真 2.1 MATLAB编程clear,close all,format compactR1=2;R2=4;R3=12;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;%为给定元件赋值display(解问题1)%解问题1)a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0;a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7;b1=1;b2=0;b3=0;us=input(us=)%输入解1）的已知条件A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33;%列出矩阵系数AB=b1;b2;b3;I=AB*us;%I=ia;ib;icia=I(1);ib=I(2);ic=I(3);i3=ia-ib,u4=R4*ib,u7=R7*ic%解出所需变量display(解问题2）)%利用电路的线性性质及问题1）的解求解问题2）u42=input(给定u42=)k1=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;%由问题1）得出待求量与us的比例系数us2=u42/k2,i32=k1/k2*u42,u72=k3/k2*u42 2.2程序的运行运行结果为： ans =解问题1)给定us=10i3 = 0.3704 u4 =2.2222 u7 =0.7407ans =解问题2）给定u42=6us2 =27.0000 i32 =1.0000 u72 =2 MATLAB软件程序运行的结果与理论分析出的结果一样，符合分析的结果。3 Simulink进行建模仿真 3.1仿真元件的选取 （1）电阻的选择 由于设计电路中必须要有两个电阻R1,R2。所以我添加两个电阻R1,R2，来加入路中，并将电容值设为0，电感值设为inf，由此来设置出电阻的阻值。如图2所示： 图2 电阻元件图（2）电压源的选择 由于设计电路中必须有一个电压源，所以在元件库内添加一个电压源。添加电压源后，将电压源的相位调为90度，频率调为0HZ。这样就将交流电压源变成了直流电压源。如图3所示：图3 电压源图（3）电流表，电压表的选择 由于电路结果测量需要，电流表和电压表来测量。所以添加电压表和电流 表到文件内，把电流表串联到指定的位置，将电压表并联到指定的位置。就可以 完成电路的测量。如图4所示： 图4 电流表和电压表图 3.2 Simulink电路模型 打开MATLAB软件，在Simulink中构建的电路图如下图图5所示：图5 Simulink中搭建的电路图在图中，分别在Us，r4，r7两端并联了一个测电压的原件来测量Us，U4和U7的数值；在r3出串联了一个测电流的原件来测量i3的数值。而且每一个对应的测量元件都对应着有一个显示数值原件与之相连，用来显示所测得数值的大小。 3.3 Simulink电路图的仿真结果 在软件中可以修改元器件的参数值。当对所选题目的第一问的仿真中，将Us的大小改为10V，单击“开始仿真”按钮，出现的仿真结果如图6所示。图中显示元件显示的仿真结果为：U4=2.222V，i3=0.374A，U7=0.7407V。图6 仿真结果图 当对选题目的第二问的仿真中，将U4的大小改为6V，单击“开始仿真“按钮，出现的仿真结果如图7所示。图中显示元件显示的仿真结果为：Us=27V，i3=1A，U7=2V。 图7 仿真结果图3.3 对Simulink仿真结果和理论所得结果的比较分析 在MATLAB软件中的Simulink中进行仿真，所得出的结果和理论分析，及MATLAB软件编程计算所得出的结果完全相同。这验证了自己在Simulink仿真中操作的正确性，并且解决了本次基础技能强化训练所选的设计题目中所要解决的问题。总的来说，自我感觉这次强化训练是比较成功的一次。4 心得体会本次强化训练中，需要运用到没有学过的MATLAB软件，在这个软件的运用中，我遇到很多操作的问题，让自己很烦躁，但是经过同学的帮助，和自己努力的查阅资料，一个一个的问题都慢慢的解决掉了。此次强化训练虽然很辛苦，需要查找各种资料，整天做在电脑面前编程仿真，但是我还是很开心很高兴的，因为我重中学到了很多很多在课堂上学不到的知识。首先，就是自己的动手操作能力。以前做题考试，都是理论知识的运用，并没有涉及到操作，导致的结果就是虽然懂怎么做，但是动起手来却是不知道如何下手。本次强化训练，我选的题目为以前学过的电路原理里面的一个网孔法的题目，看着程序的正确运行仿真，大大的培养了自己的学习兴趣，提高了自己动手操作的积极性。对这些电路，自己动手实际操作了，才会有深刻理解。我认为这种兴趣和积极性的培养和建立，将对以后的学习和生活起到非常重要的影响作用。其次，在学习知识方面，我大体上了解了MATLAB软件在电路原理中的应用，并且也学会了如何编写简单的MATLAB程序并且运行得到自己所需的结果。此次强化训练，通过用MATLAB解一道基础简单的电路题目，让我对MATLAB有了一个初步的认识，这对我以后的学习和研究打下了一定的基础。使用并不复杂手动的计算能得到的结果，可以使用MATLAB编程来解决这种并不能在一般的计算器上计算出来的问题。最后，在排版美观方面，也有了较强的意识。在撰写实验报告的时候，格式的要求非常的严格，字体的大小要求，段距，行距也都有统一的要求，开始时候没有注意到这一点，后来发现了，需要全部更改，工作量很大。改正后，看着自己的美观排版，心中还是非常欣慰的。MATLAB软件在生活中的运用是非常广泛的，它在以后的专业课程的学习中应用也是很广泛的，掌握好了MATLAB，这为以后的专业课程的学习将有很大的帮助。在以后的学习中，自己还要慢慢学习，慢慢探索，更好的掌握这个软件的运用。5 参考文献 （1）邱关源.电路（第5版）.北京：高等教育出版社，2006,5 （2）Charles K.Alexander.电路基础.北京：清华大学出版社，2000 （3）潘晓辉.MATLAB 5.1 全攻略宝典.北京：中国水利水电出版社，2000 （4）同济大学数学系.工程数学-线性代数.北京：高等教育出版社，2007 （5）梅志红. MATLAB程序设计基础及其应用.北京：清华大学出版社，2005 10