Matlab語言與線性電路的符號仿真

1、 本文由haiqingtree貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 維普資訊 bbb:/aaacqvipaaa 第2卷 第2 o 期 文章編號 :0694 (0 30 0 1 3 10 3820 )203 0 計 算 機 仿 真 23 月 0 年2 0 Ma a l f b語 言 與 線 性 電路 的符 號仿 真 巫迎 紅 張 杰 , , (. 1暨南大學(xué)理工學(xué)院 , 東 廣州 50 3 ; . 廣 162 2 暨南大學(xué)物理系 , 廣東 廣州 5O 3 ) l62 摘 要: 前 的電路仿真軟件通常是在 電路 中所有元 件值都 是給 定的情

2、況下 得到一 些數(shù) 值結(jié)果 , 目 而非解 析結(jié) 果.該文 利用 Ma h的符號運算功能編程 , ,. 1 通過節(jié)點列表法 , 實現(xiàn)了任意線性 電路的 自動解 析求解 , 為電路分析提供 了一個有效 的輔助工 具. 關(guān)鍵詞 : 電路 ; 符號仿真 ; 仿真軟件 中圈分類 號:M I 文獻標(biāo)識碼 : 1 3 KVL:U = ATU 1 引言 目前 比較流行 的電路 仿 真軟 件 ( SIE等 ) 如 PC 通常 是 以 V R e + zI+ N U = U + I A :YU e en 日 | 數(shù)值運算語 言( Fra, 如 or C等) tn 來編寫 的 , 故只能在電路 中所 有元件值都是

3、給 定的情 況下 ( 1K 6 ) 如 0 f,V 得到 一些數(shù) 值結(jié) 果 ( 0 6 A , 非解 析結(jié)果 .隨著計 算機 技術(shù) 的 發(fā)展 , 如 .m ) 而 另 一 其 中 A為關(guān)聯(lián)矩 陣( 節(jié)點 0為參考節(jié)點 ) 取 : 類計算機 語 言 符號 運 算語 言 , 越來 越 受到 人 們 的重 符號運算語言是 以各種代 數(shù)符號 ( R U ) 如 , s為運算 和處 A = 1 0 l 視. - 0 0 理對象 的, 因而能 得到 解析 結(jié)果 ( U / ) 如 R .其 流傳 較 廣 的 有 LS , ueM p , a e ac 等 . I c, al M I m t a P d e

4、 h i 1 0 0 l - 0 Y 為支路 導(dǎo)納矩 陣 :. d g 一1 一 , , 1 一 , 11 . Y = i , 1 一1 一 , 1 一 , a 1 0 O O 0 M tb MA r A oa r) aa ( Ti L B rty 是一種在工程計算領(lǐng)域廣為流 l x o 傳的高性能語言 1.雖 然它是用 Fra 言及 C語言 編寫 or tn語 的 , 早 期版 本 只能 實現(xiàn) 數(shù)值 運 算 , M tb . 其 但 aa5 0以后 的版 l 本, 通過 以 S h的" hp 內(nèi)核 " 為符號計算 的" 引擎 "依 靠 M p , al

5、 e 已有的庫 , 發(fā) 了在 M tb環(huán) 境 下 的符 號 運算 功 能.故 白 開 aa l M tb . aa50以后 的版本 , l 也可 以進行符號運算 . M tb 能非常強大 , 別適 于矩 陣運算 , aa 功 l 特 而且運算符豐 富 , 以編程 , 可 可輕易 再現(xiàn) F ra orn和 C的幾乎所 有功 能. 因 t 而我們選擇 M tb語言作為 電路符 號仿真 的平 臺 , 編寫一 aa l 并 M tb 序 , aa 程 l 通過節(jié)點列表法 , 實現(xiàn) 了任意線性電路的 自動解 析求解 . 1 一1 , , 0 z 為支路 阻抗矩 陣 :e d gR , , 1R 0 I0

6、 心 00 e Z= i a a 0R 0 ,i , ,2 3 , O l - 0 0 1 0 0 0 0, - ,1 l 0 0 0 0 0 O 0 0 O 0 0 為控 制節(jié) 點 矩 陣 : 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 O 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 O 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0 O 0 O Ne = O 0 0 0 2 電路方 程 我們 知 道 , 何 電 任 路 問題 求 解 的 出 發(fā) 點 是 一 A I 為 電壓源 向量 : J 00 U U O , J B I : 0 0 I b B 0 0 基爾霍夫定律和元件方 程 .對

7、 如 圖 1 示 的 電 所 路 , 得 節(jié) 點 列 表 法 【 可 J 的 方程 如 下 : K :A = 0 I 圖 1 電 阻 電 路 珊 一 收稿 日期 :011 3 20 1 0 維普資訊 bbb:/aaacqvipaaa 易知 , 其解 為 X = MC . m 文 件 編 譯 成 偽 碼 文 件 cci P 運 行 時 , " d l u ci " iu . , r t 在 l e R nSr t r p 下選中文件名"iu .' ccip即可. r t , 3 用 Malb實現(xiàn) 電路 的符 號仿 真 t a 3 1 電路的描述 . &quo

8、t; 程序運行 后根據(jù)提示鍵入相應(yīng) 的內(nèi)容 即可 ( 劃線上 的 下 . 內(nèi)容 為鍵 人 內(nèi)容 ) : 為 了描述 圖 1 所示 的電阻電路 , 我們建立 電路描述 文件 I u fe e n t l: p i e .i 1c r 麟咖 1c ' 其 內(nèi)容如下 ( .i' r, 取 = = R = = l Q, 1 3 K R A I MP E1 . O tu l :e m k e , u up tf e x , l l o t i n = 1 l R = l0 A=l00 ) Ml, 2 0Q, 0 oo : 程序運行結(jié)果存入文件"xm l .u" 其 內(nèi)

9、容如下 : es p 1ot, e A I MP El D c U 2: 一 . 9 9 4* U 一 . 9 9 4*U , 9 96 a _ 996 b R 0 o a l3 l 0 所得結(jié)果 , 即節(jié) 點 2的電壓 U 2 為一關(guān)于 U , B的解 析表達 n, aU 式. R 0 o b l4 l 0 Rl l0 l 6 E R 0 2 52 lo R3 1 2 1 ( 0) o R 0 o 4 20 l0 U a a3 0 U 3 4 正 弦穩(wěn)態(tài) 電路與暫態(tài) 電路的仿真 . 利用 M_- , h的復(fù) 數(shù)運 算 功能 及 t 變換 程 序 包 , , 0 , Oa 可 進行正弦穩(wěn)態(tài) 電

10、路 和暫態(tài) 電路 的符號仿真. 對于 圖 3所示的正弦 穩(wěn)態(tài) 電路 , 編寫 電路描 述文件 " a p2 e"其內(nèi)容如下 : m l .i , e r D ( MP E A I2 . UB40U b VC 一l 5 VS5 0 l0 E . AC w i . 0U U 2 T n I 80 80 1 I L l l l2 L 【 【 2 2O 2 Ml l L 2 L 2 M R 20 0 . 其 中第 1 為注 釋行 .第 2行" D " 行 . C 表示進行 電阻 電路 的符號仿 真.最 后一行" O T U 2 表示輸 出節(jié)點 2的電壓

11、 . . U n " 中間第 3 至第 l 行 為 電路元件描述行 : 行 1 其第 1 為元 件名 列 ( 電阻 , 電壓 源, 電流源 的第 一個字母 分 別為 " , U , I , R" " " "" 4 種 受 控 源 的 前 四個 字 母 分 別 為 " C S , V C " " C S , V V " " C S , C V " 圈 3 正弦態(tài)電路 0Ur UI ' 82 U " C S )各元件 的元件 名應(yīng) 互不 相 同; 2列

12、 , 3列 為元 C C ", 第 第 件 所連接的起, 止節(jié) 點; 對于 電阻, 電壓 源 , 電流源 , 4列 為 第 元 件 參 數(shù) ; 于 受控 源 " C S , V C " 第 4列 , 5列 為 控 對 V V "" C S , 第 其 中, .C 表示進行正 弦穩(wěn)態(tài) 分析 , 面跟 的" " "A " 后 W 為正 弦 穩(wěn) 態(tài) 電路 的 角 頻 率 ; 流 源 I 的 第 4列 為 電 流 源 相 量 的 電 8 模 , 5列 為 電流 源相 量 的輻 角 .電路 仿 真結(jié) 果 存 人 文

13、件 第 " 制電 壓 的 起 , 節(jié) 點, 6列 為 控 制 系 數(shù) ; 于 受 控 源 止 第 對 " C S , C C " 第 4 為控 制支路 的元件名 , 5列為控制 C V"" C S, 列 第 系數(shù). 32 l l . a mt b編 程 e pe .u" 其 內(nèi)容 如 下 : l ot, 2 D ( MP E2 A I Us l:一1 *i 8 W*( 1 2 . r )L . *I* L *L 1 * 2/ 2 I 2: 一 1 *M * L . 我們根據(jù)節(jié)點列 表法 編寫 了一個利用 求 解任 意線 性電 路 的

14、程 序 存 入 文 件 " i c. r ci m ( 為 M文件 ) u . "稱 t .其流程 圖如圖 2 示 : 所 I R:I +M *I / 2 8 &I 讀入 電路描述文件的文件名 結(jié)果輸出文件的文件名 其 中 usI2 I l,L ,R分別 為 電流 源 b支路 的 電壓 , 電感 【 2 支路 的電流 , L 與 2并 聯(lián) 的 導(dǎo) 線 上 的 電流 所 對 應(yīng) 的相 量 . 對 于 圖 4所 示 的 暫 態(tài) Rl J 讀取電路描述文件 并生成 電路矩陣 A ,Y., z ,Ne, U., I e · 電路 , 寫 電 路 描 述 文 件 編

15、 " 在 Maa t b中, 要 執(zhí) 行 一 l 只 條 指 令 " =M , " 即 可 實 現(xiàn) X C , e mp 3 c , 內(nèi) 容 如 下 y l . '其 e 矩 陣運算" = M C , 常簡 x "非 潔. J 根據(jù)上列矩 陣合成總矩陣 M. C ( R =2 l , 2=31, 取 1 oc R Q 0 3 = 0 2 , 1 ' u( ) . H C =5 , 0 = i 圈 4 蕾態(tài) 電路 怔 3 0 2 ui 0 .A, c ( )=2V,l= 0 I B 5 : V) 33 M 文件的運行 . 編寫好

16、M 文件 后 , M t 在 a. 1 環(huán) 境 中 點 擊 菜 單 " I u a b Rn Sr t并 選 中文 件 名 "i u . ci" p cci m" r t 即可 運 行 該 程 序 . Maa t b對 M l I I 電的 x ' 求 路 解 =- M I C E . 1 認(rèn) N t0 1 Rl2 3 2 4 E R2 3 0 3 0 文件 的執(zhí)行 為解釋執(zhí) 行.為 了 節(jié) 省 運 行 時 間 , 可 將 cci 也 iu . r t 一 圈 2 " l . 的流 程 圈 dm i m" t L . 2 l

17、l2 0 2 0. C1 2 3 5 一6 0 E 2 3 一 2 維普資訊 bbb:/aaacqvipaaa U8 l0 5 . 電路符號仿真軟件 , 操作簡單 , 使用方便 , 可實現(xiàn)任意 線性 電 OU U T C1 阻電路 , 正弦穩(wěn)態(tài)電路 , 暫態(tài) 電路 的 自動解析求 解 , 為電路分 析 提供 了一個有效 的輔助工具 . 參考文獻 : 許波 , 1 劉征 . a 曲 工程 數(shù)學(xué) 應(yīng) 用 . Mt l M 清華 大學(xué) 出版社 ,OO 2O ( )9 . 4 :3 其 中 , .R N 表 示 進 行 暫 態(tài) 分 析 , 面 跟 的 "" " "

18、; "T A " 后 t , s 為 時間變量 和復(fù)頻 率 的符 號 ; 電感 L l的第 5列 為 電感 的初 始 電流 ; 電容 c 1的第 5列 為 電容的初 始 電壓. 電路 仿真 結(jié)果 存入文件"xm l .u'其 內(nèi)容如下 : ea pe ot, 3 ' D ( MP E A I3 U 1 49 2 1 5 O7 *e (一8 .00*t e8 97 C : .95 +1 . 5 x O p 0 00 ) . (9 . o 邱關(guān)源 . 2 電路( 四版)M . 第 高等教育出版社 , 9 ()40 1 96 : . 9 8 57 ) 1

19、11 *ep 一8 .00 ) 4 *t +4 .0 3 x( 00 0 *t * (9 .4 ) 97 57*t 所得結(jié)果 U 1 電容 C C( 1的電壓) 為一關(guān) 于 時間變 量 t 的 解析表達式 . 整理簡介 巫 迎 紅 ( 7 一)女 ( 族 )江蘇 蘇州人 . 程師 , 11 , 漢 9 , 工 主 要 研 究 方 向 : 業(yè) 自動 化 , 工 電路 分 析 . 4 總結(jié) 綜上所 述 , aa功 能強大 , 用方便 , M tb l 使 為電路 的符號 仿 真提供 了一個 合 適 的語 言平 臺 . 們 在 r tb 所 開 發(fā) 的 我 dl下 aa 張 杰 ( 6 一)男 (

20、1 6 , 漢族 )安徽 無 為人 . 9 , 副教授 , 暨南大學(xué)物理系 , 主要從事 物理研究 , 電路 分析等 . 發(fā)表論文三十余篇 . M a lb La g a e a d S mb l i ua in f r L n a r u t t n u g n y oi Sm l t o i e r Cic i a c o WU igh n Z NG Je Yn o g . HA i 2 ( .oeeo Si c n 1i ei , i nU i rt,G l o undn 16 2 C i 1C lg f c neadFn r g J a n e i u uG agog503 , hl

21、l e . e n n vsy t r a 2 D prnn P yi , i nU i rt,G l o undn 162 Ci . ea et f hs s J a n e i u o c n v sy u uG agog503 ,h) t A SI Cr: h rs n ot a efrcr uts lt n n r a l ok t h o d t nta l h aa tr fte cxu t 0 1I h v B RA T e p ee ts f r o i i i ai o m l w c mu o yw rs a te c n i o h ta i lte p rmees o

22、h i i c 咖 e e地 a e as e au s n nyn me cloh rta r yi, euti o tie si dvle ,ad ol u r a te n al clrsl s ban d.W ema e1e o eralbfn t n o mb lOl lOl n l i h t , k 1 ft t u ci fs o l t l B h d a o y i ,a d w i albpo rm y nd bemehd.I c r sle ay l ercruta tm t al n n lt al .S | c l eutc 'b b re8r t rga

23、b o et l to t d a a t al ov n i a i i uo ai l a d aayi l n c c y c y oa l a sl .l eo - r 1 u t n d tw u d b etu n f ce tt lt i uta ay i . a e .I o l e 8 h l la d ef in o o cr i n ls i o i o c s KEYW ORI i u t S mb l i lt n Smuai n Sf le I C r i; y oi s c c muai i lt o wt o o t r 研究者 , 完成 國家或省部 級 自然

24、科學(xué)基 金項 目 4項 ; 2 與 他人合 作 () 出版著作兩部 ;3 獨立或與 他人合 作發(fā)表 學(xué)術(shù) 論文 5 () o余篇 ; 4 與 () 他人合作榮獲 國家教委 , 省級科技 進步獎 5項 . Re e r h fBa wi t Alo a in in s sa c o nd d h lc to Far e s o f嘶 r n i td S r ie Ar h tc u e e t e e vc c ie t r a UU Jnme ,WAN S rj i i G i n ( eatet f l t nc ni e n fia n esy GI O undn 16 2C ia Dpr n e r i E gn r go J nU i rt, I IG a gog50 3 ,hr) m oE co ei n v i I t I , A lI A rT em i ats ht xra n une0. ebnwd l ao il s B F o d e n a dsri e i u8db w y i ' UI h a c rt e ni ec 3h ad iha o tnrne