武汉理工大学自动化基础强化训练

基础强化训练任务书（之六）学生姓名：专业班级:指导教师：石云工作单位：自动化学院题 目：在电路交流稳态分析中的应用之一初始条件： 已知电路如图所示，已知K=30k Q，R2=10k Q，L=100mH，C=2uF，电流源电流为i（t） = 10cos50000tmA，求电流源两端电压u（t）。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；并用SIMULINK仿真结果；（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21. 基础强化训练的训练要求32. 使用MATLAB解决简单的电路问题32.1方案论证32.2设计分析32.3 M程序编程52.3.1程序编写52.3.2程序分析52.4 Simulink模块设计62.4.1 Simulink 建模仿真62.4.2仿真结果分析82.5结果分析83. 心得体会9参考文献10附录10摘要在本文中将从总体上讲解Matlab在电路原理中的应用，它包含两方面的使 用：其一为根据电路图列出矩阵方程然后编写程序求解矩阵方程中的未知量；另 一种方法是在Simulink中构建电路图进行仿真，由此得出结果。两种方法都有其各自的优点，在实际应用中应该根据具体情况分析，两种到 底那一种更适合。关键字：编程，电路图，仿真ABSTRACTIn this article,I will explain the general principles of Matlab application in the circuit, which includes the use of both methods: One is listed under the circuit matrix equation and then write programs to solve matrix equation in the unknown quantity; Another approach is to build in Simulink circuit simulation and gain the answers.Both methods have their advantages and disadvantages, in practical applications,one should think about the analysis of specific situations and decided which approach is better.Key Words: programming, circuit diagram, simulation在电路交流稳态分析中的应用之一1.设计题目的理论分析初始条件：已知电路如图所示，已知夫1=30kQ，R2 = 10kQ，L=100mH，C = 2uF，电流源电流为i(t) = 10cos50000tmA，求电流源两端电压u(t)。R1这是一个简单的带电阻，电容，电感的电路分析，首先应将电路转到频域，再利 用节点分析法进行计算。1.1首先将电路转换到频域。电阻 R1 = 30k,电阻 R2 = 10k；电容C的阻抗为Zc = 1/jwC； 电感L的阻抗为Zl = jwL。R21.2然后利用网孔法进行分析节点方程为：U1*(1/ Zl +1/ R1 ) = U2 / Zl + Is;U2 * (1/ Zl +1/ Zc +1/ R2 ) = U1 / Zl;U1U2可写成如下矩阵形式，代入数值：即可求出U1和U2，而Us=U1。2.M程序编写2.1程序流程图2.2 M程序clear,close all,format compactR1=30000;R2=10000;L=0.1;C=2e-6; Is =0.01;w=50000;Zl = 1j*w*L ; Zc = 1(1j*w*C) ;%为给定元件赋值a11=1/(Zl+R1);a12=-1/ Zl;a21=1/ Zl;a22=-1/( Zl +Zc+R2);b1=1;b2=0;A=a11,a12;a21,a22;%列出矩阵系数 AB=b1;b2;%列出矩阵系数BU=AB*Is;%I=U1;U2Us=U(1);%解出所需变量程序运行结果Us = 8.10842 + 48.64957i转化到时域，即Us =2.3Simulink模块设计2.3.1Simulink 建模仿真使用simulink进行仿真，新建一个model文件，在命令窗口输入simulink，打开 simulink library browser，simpowersystem 库中的兀件拖入到 model 文件中，连结 成实验电路，并从simulink库的sinks中选择scope，进行Us波形的观察。Vo26!CVoltage Measurement用于测量电流源i(t)两端的电压，Scope则是显示VoltageMeasurement测得的波形。在连接号电路图不进行相应的参数设置后，就可以开始进行仿真，仿真的结果如图2.3.2仿真结果分析从仿真结果的图中可以看出，仿真结果与编程计算的结果是一致的。这样， 验证了前面计算方法与编程的正确性。可见，仿真是十分方便的工具，只需将已 知条件添加到电路中，便可自动的出结果。是进行计算和验证计算的很好的工具。2.4结果分析在MATLAB中通过编程求解和通过Simulink构建电路图仿真求解的结果一 致，表明在应用过程中程序编写正确，电路图连接无误，参数设置，仿真环境设 置正确。3心得体会MATLAB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。经过此次对MATLAB的学习与实践，我成功解决了一个简单的电路问题。 通过编程以及simulink的仿真，我初步了解程序文件的建立，简单矩阵的计算， 以及SIMULINK仿真文件的建立以及相关事项。由于以前未接触过这个软件，一切从零开始，我通过上网查资料，看视频， 以及同学间讨论，对这个软件进行了解，这有助于提高我的自学能力。同时，我 也看到了这个软件广泛的用途以及对专业学习的巨大帮助。我们即将进行大三课程的学习，开始大量接触专业课。在数字信号处理以及控制系统的设计与仿真 方面，这个软件是能发挥巨大作用的。所以，通过这次实践，我虽只学了 其中很小一部分，只是掌握简单的基础，但我看到了这个软件对我专业学 习的巨大作用，我一定在以后学习中，多接触，多学习这款软件，争取熟 练掌握它。参考文献1葛哲学.精通MATLAB.北京:电子工业出版社，2008张德丰.MATLAB程序设计与典型应用.北京：电子工业出版社，20093 苏晓生.MATLAB 5.3实例教程.北京：中国电力出版社，20004 李显宏.MATLAB 7.X界面设计与编译技巧.北京：电子工业出版社，20065 邱关源.电路，第四版.北京：高等教育出版社，19996 董维国.深入浅出MATLAB 7.x混合编程.北京：机械工业出版社，2006附录程序清单：clear,close all,format compactR1=30000;R2=10000;L=0.1;C=2e-6; Is =0.01;w=50000;Zl = 1j*w*L ; Zc = 1(1j*w*C) ;%为给定元件赋值a11=1/(Zl+R1);a12=-1/ Zl;a21=1/ Zl;a22=-1/( Zl +Zc+R2);b1=1;b2=0;A=a11,a12;a21,a22;%列出矩阵系数 AB=b1;b2;%列出矩阵系数BU=AB*Is;%I=U1;U2Us=U(1);%解出所需变量