電路分析基礎(chǔ)第14章課件

1、14.1 MATLAB概述14.3 應(yīng)用MATLAB分析線性電路14.2 Simulink仿真14.1 MATLAB概述MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLaboratory）的縮寫，具有強(qiáng)大的矩陣處理功能、繪圖功能和卓越的數(shù)值計(jì)算能力。 MATLAB的主要特點(diǎn)是：(1)語言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富； (2)運(yùn)算符豐富；(3)程序設(shè)計(jì)的自由度大，程序的可移植性很好；(4)MATLAB的圖形功能強(qiáng)大，數(shù)據(jù)的可視化簡(jiǎn)單； 通過點(diǎn)擊MATLAB的圖標(biāo)進(jìn)入主界面，如圖所示 14.1.1 變量與函數(shù)變量：基本運(yùn)算符：加（+）、減（-）、乘（*）、除（/）、點(diǎn)乘（.*）、點(diǎn)除（./）、冪

2、次運(yùn)算（）、點(diǎn)乘冪（.）和左除（）等。(1)變量名必須是不含空格的單個(gè)詞；(2)變量名區(qū)分大小寫；(3)變量名最多不超過19個(gè)字符；(4)變量名必須以字母打頭，之后可以是任意字母、數(shù)字或下劃線，變量名中不允許使用標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。函數(shù)文件：文件名后綴為M的文件，文件的第一行必須是一特殊字符function開始，格式為： function 因變量名=函數(shù)名(自變量名)函數(shù)文件建立方法：(1)在Matlab中，點(diǎn)：File-New-M-file(2)在編輯窗口中輸入程序內(nèi)容(3)點(diǎn)：File-Save，存盤，M文件名必須與函數(shù)名一致。14.1.2 數(shù)組與矩陣數(shù)組(1) 創(chuàng)建簡(jiǎn)單的數(shù)組x=a b c d e

3、 f x=first：lastx=first：increment：lastx=linspace(first，last，n）(2) 數(shù)組元素的訪問(3)數(shù)組的方向：行向量和列向量(4)數(shù)組的運(yùn)算數(shù)組對(duì)標(biāo)量的加、減、乘、除、乘方；兩個(gè)數(shù)組加、減、乘、除、冪運(yùn)算，必須具有相同的維數(shù)矩陣(1) 矩陣的建立：逗號(hào)或空格用于分隔某一行的元素，分號(hào)用于區(qū)分不同的行。 例如輸入矩陣p=1 2 3 4 ；5 6 7 8；9 10 11 12 (2)矩陣中元素的操作 矩陣A的第r行：A（r，：）取矩陣A的第i1i2行、第j1j2列構(gòu)成新矩陣:A(i1:i2, j1:j2)以逆序提取矩陣A的第i1i2行，構(gòu)成新矩陣

4、:A(i2:-1：i1，：）刪除A的第i1i2行，構(gòu)成新矩陣:A(i1:i2，：)= 將矩陣A和B拼接成新矩陣：A B；A；B矩陣(3)矩陣的運(yùn)算 矩陣加法：A+B矩陣乘法：A*B方陣的行列式：det（A）方陣的逆：inv（A）方陣的特征值與特征向量：V，D=eigA。14.1.3 MATLAB作圖(1) 曲線圖點(diǎn)坐標(biāo)畫圖的命令為：plot(X,Y,S)其中，X,Y是向量，分別表示點(diǎn)集的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，S指定曲線的顏色、線形等。y：黃色 c：藍(lán)綠色 r：紅色 m：洋紅 .：點(diǎn) -：連線 o：圈 :：短虛線x：x-符號(hào) -.：長(zhǎng)短線 +：加號(hào) -：長(zhǎng)虛線plot(X,Y)畫實(shí)線；plot(X,Y

5、1,S1,X,Y2,S2,X,Yn,Sn)將多條線畫在一起 【例14.1】在0,2*pi用紅線畫sin(x)，用綠圈畫cos(x) 【解】x=linspace(0,2*pi,30);y=sin(x);z=cos(x);plot(x,y,r,x,z, go)畫出的波形如圖所示。(2)符號(hào)函數(shù)(顯函數(shù)、隱函數(shù)和參數(shù)方程)畫圖 ezplot(f(x),a,b) 表示在axb繪制顯函數(shù)f=f(x)的函數(shù)圖ezplot(f(x,y),xmin,xmax,ymin,ymax) 表示在區(qū)間xminxxmax和 yminyymax繪制隱函數(shù)f(x,y)=0的函數(shù)圖 ezplot(x(t),y(t),tmin,

6、tmax) 表示在區(qū)間tminttmax繪制參數(shù)方程x=x(t)，y=y(t)的函數(shù)圖 14.2 Simulink仿真 在start進(jìn)入Simulink菜單，選擇 Simulink Library Browser，打開Simulink庫(kù)函數(shù)，選擇 File New打開編輯窗口。在MATLAB的 Command窗口直接鍵入Simulink即可打開Simulink庫(kù)函數(shù)窗口。然后在模塊庫(kù)瀏覽器的菜單“File”/“New”/“Model”命令可以打開編輯窗口如圖所示。 (1)建立模型窗口并保存為以.mdl為后綴的模型文件；(2) 將功能模塊由模塊庫(kù)窗口復(fù)制到模型編輯窗口，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；(3) 連接

7、模塊，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型。創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的模型大致有三個(gè)步驟，即14.2.1 Simulink常用模塊1. 電源Sources模塊從工作空間輸入 正弦波 信號(hào)發(fā)生器階躍函數(shù) 2.數(shù)學(xué)運(yùn)算Math Operations模塊 加、減運(yùn)算 sum 增益 Gain3.連續(xù)函數(shù)Continuous模塊 4.輸出Sinks模塊 傳遞函數(shù)輸出到工作空間 XY示波器 顯示器 14.2.2 功率電子SimPowerSystems模塊 1.電源(Electrical Sources)模塊直流電壓源、交流電壓源、交流電流源、受控電源、三相電源等，如圖所示。 2. 元件（Elements）模塊主要應(yīng)用串聯(lián)RLC支路

8、和并聯(lián)RLC支路。通過參數(shù)設(shè)置就可把支路變成單一電阻、電容或者電感元件。 3.測(cè)量（Measurements）模塊在測(cè)量模塊中，電壓測(cè)量（Voltage Measurement）和電流測(cè)量（Current Measurement）可以用來測(cè)量所在支路的電壓值和電流值。 14.2.3 仿真控制設(shè)置仿真控制設(shè)置的主界面如圖所示。主要選項(xiàng)有起始時(shí)間、終止時(shí)間、仿真步長(zhǎng)模式和仿真算法等。 14.3 用MATLAB分析線性電路 用MATLAB分析線性電路包括：直流電路暫態(tài)電路正弦穩(wěn)態(tài)電路14.3.1 直流電路的仿真分析 【例14.2】 下圖所示為直流電阻電路，其中 ， ， ， ， ， ， ， 。試求電流

9、 和電壓 、 。 clear;US =10; R1=2; R2 =4; R3=12; R4=4; R5=12; R6 =4; R7=2;%為給定元件賦值R11=R1+R2+R3; R12=-R3; R21=-R3; R23=-R5; %為系數(shù)矩陣各元素賦值R32=-R5; R22=R3+R4+R5; R13=0; R31=0; R33=R5+R6+R7; A=R11 R12 R13 0 0 0; R21 R22 R23 0 0 0; R31 R32 R33 0 0 0;1 -1 0 -1 0 0;0 4 0 0 -1 0;0 0 2 0 0 -1; %列出系數(shù)矩陣AB=1; 0; 0; 0;

10、0; 0; %列出系數(shù)矩陣BX=AB*US; %解出X【解】首先利用編寫程序（m文件）的方法來分析。 其次利用Simulink仿真工具分析上圖。 【例14.3】 下圖所示為含有受控源的直流電阻電路，受控源為VCCS。已知 ， ， ， ， 。試求電壓 。 clear;US=10; IS=15; R1=1; R2=2; R3=3; %為給定元件賦值G22=1/R1+1/R2+1/R3; G33=1/R3; G21=-1/R1; %為系數(shù)矩陣各元素賦值G23=-1/R3; G32=-1/R3; G31=0; A=1 0 0;G21 G22 G23;G31 G32-0.25 G33; %列出系數(shù)矩陣A

11、B=1 0;0 0;0 1;USS=US;IS; %列出系數(shù)矩陣BX=AB*USS; %解出XU2=X(2)【解】首先利用編寫程序（m文件）的方法來分析。 其次利用Simulink仿真工具分析上圖。 14.3.2 暫態(tài)電路的仿真分析 【例14.4】 下圖所示為典型的二階電路，其中 ， ， ， ， 當(dāng)t=0時(shí)開關(guān)閉合，試求電容上的電壓 。 clear;Function b01t=0:1e-2:40; %仿真時(shí)間區(qū)間t, y=ode45( DyDt50, t, 0;0); %解微分方程U=10;R1=4;R2=0.2;C=1;L=1; %為給定元件賦值plot(t, y(:,1) %畫曲線func

12、tion yd=DYDt50(t, y) %定義函數(shù)DYDtU=10; R1=4; R2=0.2; C=1; L=1; %為給定元件賦值yd=-(1/(R1*C)*y(1)-(1/C)*y(2)+(1/(R1*C)*U (1/L)*y(1)-(R2/L)*y(2); %微分方程表達(dá)式 【解】首先利用編寫程序（m文件）的方法來分析。 其次利用Simulink仿真工具分析上圖。 兩種方法的仿真結(jié)果比較。 14.3.3 正弦穩(wěn)態(tài)電路的仿真分析 【例14.4】圖a所示為典型的正弦穩(wěn)態(tài)電路，其中電路中含有VCCS的電流為 ， ， ， ， ，設(shè)O點(diǎn)為參考點(diǎn)，試求結(jié)點(diǎn)a、b的電壓 和 。 clear;R1=1; R2=2; L1=4e-4; C1=1e-3; US=5*sqrt(2)-j*5*sqrt(2); %為給定元件賦值W=1000; ZR1=1; ZR2=2; ZL1=j*W*L1; ZC1=1/(j*W*C1);Y11=1/(ZR1+ZC1)+1/ZL1+1/ZR2; Y22=1/ZR2; %為系數(shù)矩陣各元素賦值Y12=-1/ZR2; Y21=-1/ZR2;A=Y11 Y21;(Y12-0.5) Y22;B=1/(ZR1+ZC1) 0;0 0; %列出各系數(shù)矩陣X0=AB*US;0; %可求得結(jié)點(diǎn)a、b的結(jié)點(diǎn)電壓、,它們是復(fù)數(shù)Uao=X0(1),uao=a