matlab在電路分析和仿真中的應(yīng)用

matlab軟件在電路分析和仿真中的應(yīng)用2/4/2023第一章matlab簡介第二章電路分析：m文件第三章電路仿真：simulink目錄2/4/2023

◎MATLAB(matrixlaboratory，矩陣實驗室)，最初是由CleveMoler用Fortran語言設(shè)計的，有關(guān)矩陣的算法來自Linpack和Eispack課題的研究成果；現(xiàn)在的MATLAB程序是MathWorks公司用C語言開發(fā)的。

◎MATLAB作為美國MathWorks公司開發(fā)的用于概念設(shè)計，算法開發(fā)，建模仿真，實時實現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。是目前最好的科學計算類軟件。

第一章MATLAB簡介2/4/2023MATLAB的主要應(yīng)用領(lǐng)域（1）數(shù)值分析。（2）數(shù)值和符號計算。（3）工程與科學繪圖。（4）控制系統(tǒng)的設(shè)計與方針。（5）數(shù)字圖像處理。（6）數(shù)字信號處理。（7）通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真。（8）財務(wù)與金融工程。2/4/2023MATLAB基本組成8個主要部分MATLAB開發(fā)環(huán)境MATLAB數(shù)學函數(shù)庫編程與數(shù)據(jù)類型文件I/O圖形處理三維可視化創(chuàng)建圖形用戶界面MATLAB應(yīng)用程序接口(API)

2/4/2023MATLAB兩個重要部件Toolboxes（工具箱函數(shù)）適用于各個應(yīng)用領(lǐng)域，它包含幾十個工具箱函數(shù)（見下頁）Simulink（動態(tài)仿真工具）可利用方框圖構(gòu)造系統(tǒng)，并進行交互式的動態(tài)仿真。2/4/2023

在MATLAB產(chǎn)品家族中，MATLAB工具箱是整個體系的基座，它是一個語言編程型(M語言)開發(fā)平臺，提供了體系中其它工具所需要的集成環(huán)境(比如M語言的解釋器)。同時由于MATLAB對矩陣和線性代數(shù)的支持，使得工具箱本身也具有強大的數(shù)學計算能力。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有四十多個，分別涵蓋了數(shù)據(jù)采集、科學計算、控制系統(tǒng)設(shè)計與分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、金融財務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。

2/4/2023MATLAB包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包。功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算，可視化建模仿真，文字處理及實時控制等功能。學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包，控制工具包，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。開放性使MATLAB廣受用戶歡迎。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。MatlabMainToolbox——matlab主工具箱ControlSystemToolbox——控制系統(tǒng)工具箱CommunicationToolbox——通訊工具箱FinancialToolbox——財政金融工具箱SystemIdentificationToolbox——系統(tǒng)辨識工具箱FuzzyLogicToolbox——模糊邏輯工具箱Higher-OrderSpectralAnalysisToolbox——高階譜分析工具箱ImageProcessingToolbox——圖象處理工具箱computervisionsystemtoolbox----計算機視覺工具箱LMIControlToolbox——線性矩陣不等式工具箱ModelpredictiveControlToolbox——模型預測控制工具箱μ-AnalysisandSynthesisToolbox——μ分析工具箱NeuralNetworkToolbox——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱OptimizationToolbox——優(yōu)化工具箱PartialDifferentialToolbox——偏微分方程工具箱RobustControlToolbox——魯棒控制工具箱SignalProcessingToolbox——信號處理工具箱SplineToolbox——樣條工具箱StatisticsToolbox——統(tǒng)計工具箱SymbolicMathToolbox——符號數(shù)學工具箱SimulinkToolbox——動態(tài)仿真工具箱WaveleToolbox——小波工具箱DSPsystemtoolbox-----DSP處理工具箱you2/4/2023MATLAB/SIMULNK的主要產(chǎn)品及其相互關(guān)系2/4/2023MATLAB的優(yōu)點1.容易使用2.可以由多種操作系統(tǒng)支持3.豐富的內(nèi)部函數(shù)4.強大的圖形和符號功能5.可以自動選擇算法6.與其他軟件和語言有良好的對接性2/4/2023MATLAB的缺點在MATLAB產(chǎn)品家族中，MATLAB工具箱是整個體系的基座，它是一個語言編程型(M語言)開發(fā)平臺，提供了體系中其它工具所需要的集成環(huán)境(比如M語言的解釋器)。同時由于MATLAB對矩陣和線性代數(shù)的支持，使得工具箱本身也具有強大的數(shù)學計算能力。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有四十多個，分別涵蓋了數(shù)據(jù)采集、科學計算、控制系統(tǒng)設(shè)計與分析、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、金融財務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。

圖1-2所示為MATLAB/SIMULNK的主要產(chǎn)品及其相互關(guān)系。you運行效率較低由于MATLAB是一種合成語言，因此，與一般的高級語言相比，用MATLAB編寫的程序運行起來時間往往要長一些。價格比較貴一般的用戶可能支付不起它的高昂費用。但是，購買MATLAB的昂貴費用在很大程度上可以由使用它所編寫的程序的價值抵消。MATLAB的缺點2/4/2023

Matlab

的安裝安裝步驟：1運行matlab安裝軟件的setup.exe文件2/4/2023

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的安裝2輸入名字和公司名稱3在第三個空白處(PLP)輸入軟件的序列號sn4繼續(xù)安裝，直到安裝完成。5安裝幫助將安裝目錄中的help文件夾替換為安裝包中的help文件夾2/4/2023MATLAB7用戶界面概述MATLAB7的用戶界面主要包括以下三個方面的內(nèi)容：MATLAB7的主菜單MATLAB7的工具欄MATLAB7的窗口2/4/2023使用幫助系統(tǒng)

MATLAB7.0為用戶提供了非常完善的幫助系統(tǒng)，例MATLAB的在線幫助、幫助窗口、幫助提示、HTML格式的幫助、pdf格式的幫助文件及MATLAB的示例和演示等。2/4/2023第二章電路分析：m文件2/4/2023m文件簡介用戶如想靈活應(yīng)用matlab去解決實際問題，充分調(diào)用matlab的科學技術(shù)資源，就需要編輯m文件包含matlab語言代碼的文件稱為m文件，其擴展名為m。編輯m文件可使用各種文本編輯器。2/4/2023

m文件的創(chuàng)建m文件的類型是普通的文本文件，我們可以使用系統(tǒng)認可的文本文件編輯器來建立m文件。如dos下的edit，windows的記事本和word等。具體的創(chuàng)建方法：在matlab命令窗口點擊file菜單newm-file2/4/20232/4/2023m文件類型

m文件的語法類似于c語言，但又有其自身特點。它只是一個簡單的ASCII碼文本文件，執(zhí)行程序時逐行解釋運行程序，matlab是解釋性的編程語言。m文件有兩類獨立的m文件—稱命令文件可調(diào)用m文件—稱函數(shù)文件(略)(1).命令文件—簡單的m文件命令文件實際上是一串指令的集合，與在命令窗口逐行執(zhí)行文件中的所有指令，其結(jié)果是一樣的。沒有輸入輸出參數(shù)。2/4/2023命令文件包括兩部分：注釋文件和程序文件%RANK Numberoflinearlyindependentrowsorcolumns.% K=RANK(X)isthenumberofsingularvaluesofX% thatarelargerthanMAX(SIZE(X))*NORM(X)*EPS.% K=RANK(X,tol)isthenumberofsingularvaluesofXthat% arelargerthantol.% Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc.s=svd(x);if(nargin==1)tol=max(size(x))*max(s)*eps;endr=sum(s>tol);程序部分2/4/2023

(2).matlab內(nèi)置函數(shù)文件matlab自定義的函數(shù)文件稱內(nèi)置函數(shù)文件調(diào)用內(nèi)置函數(shù)的方法：使用函數(shù)名并給出相應(yīng)的入口、出口參數(shù)即可。例如：sin.m函數(shù)——用typesin查不到。調(diào)用格式：y=sin(2*x)實際應(yīng)用中：x=0:2*pi/180:2*pi;y=sin(2*x)plot(x,y)2/4/2023取R=255歐，L=125uH，C=6800pF，則：m文件如下：%LCR串聯(lián)諧振電路R=255;L=125*10^(-6);C=6800*10^(-12);wo=1/sqrt(L*C),%wo=1/sqrt(L*C)諧振角頻率fo=wo/2/pi,%諧振頻率num=[17340000];den=[85173400010^14];Hs=tf(num,den)figure(1);bode(num,den);%s域傳遞函數(shù)對應(yīng)的波特圖2/4/2023傳遞函數(shù)模型

【調(diào)用格式】sys=tf(num,den) 【說明】num和den分別是傳遞函數(shù)的分子多項式系數(shù)和分母多項式系數(shù)，按s的降冪排列。tf函數(shù)的返回值是一個對象，稱之為TF對象，num和den是TF對象的屬性。1.SISO系統(tǒng)的TF數(shù)學模型例如右圖，電路的傳遞函數(shù)為：2/4/2023運行結(jié)果2/4/2023運行結(jié)果2/4/2023第三章電路仿真：simulink2/4/2023SIMULINK的特點

SIMULINK是一種強有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價來模擬真實動態(tài)系統(tǒng)的運行。SIMULINK準備有數(shù)百種預定義系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進有效的積分算法和直觀的圖示化工具。依托SIMULINK強健的仿真能力，用戶在原型機制造之前就可建立系統(tǒng)的模型，從而評估設(shè)計并修補瑕疵。SIMULINK具有如下特點：

(1)建立動態(tài)系統(tǒng)的模型并進行仿真。SIMULINK是一種圖形化的仿真工具，用于對動態(tài)系統(tǒng)建模和控制規(guī)律的研究制定。由于支持線性、非線性、連續(xù)、離散、多變量和混合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，SIMULINK幾乎可分析任何一種類型的真實動態(tài)系統(tǒng)。2/4/2023

(2)以直觀的方式建模。利用SIMULINK可視化的建模方式，可迅速地建立動態(tài)系統(tǒng)的框圖模型。只需在SIMULINK元件庫中選出合適的模塊并拖放到SIMULINK建模窗口，鼠標點擊連接就可以了。SIMULINK標準庫擁有的模塊超過150種，可用于構(gòu)成各種不同種類的動態(tài)系統(tǒng)。模塊包括輸入信號源、動力學元件、代數(shù)函數(shù)和非線性函數(shù)、數(shù)據(jù)顯示模塊等。SIMULINK模塊可以被設(shè)定為觸發(fā)和使能的，能用于模擬大模型系統(tǒng)中存在條件作用的子模型的行為。

(3)增添定制模塊元件和用戶代碼。SIMULINK模塊庫是可定制的，能夠擴展以包容用戶自定義的系統(tǒng)環(huán)節(jié)模塊。用戶也可以修改已有模塊的圖標，重新設(shè)定對話框，甚至換用其它形式的彈出菜單和復選框。SIMULINK允許用戶把自己編寫的C、FORTRAN、Ada代碼直接植入SIMULINK模型中。2/4/2023SIMULINK的模塊庫介紹

整個Simulink模塊庫是由各個模塊組構(gòu)成，標準的Simulink模塊庫中，包括：信號源模塊組(Source)、儀器儀表模塊組(Sinks)、連續(xù)模塊組(Continuous)、離散模塊組(Discrete)、數(shù)學運算模塊組(Math)、非線性模塊組(Nonlinear)、函數(shù)與表格模塊組(Function&Tables)、信號與系統(tǒng)模塊組(Signals&Systems)和子系統(tǒng)模塊組(Subsystems)幾個部分，此外還有和各個工具相與模塊集之間的聯(lián)系構(gòu)成的子模塊組，用戶還可以將自己編寫的模塊組掛靠到整個模型庫瀏覽器下。2/4/2023電力系統(tǒng)模塊庫的介紹

進入MATLAB系統(tǒng)后打開模塊庫瀏覽窗口，用鼠標左鍵雙擊其中的PowerSystemBlocks即可彈出電力系統(tǒng)工具箱模塊庫，它包括連接元件庫(Connectors)，電源庫(ElectricalSources)，基本元件庫(Elements)，元件庫(ExtraLibrary)，電機元件庫(Machines)，測量元件庫(Measurements)和電力電子元件庫(PowerElectronics)。這些模塊庫包含了大多數(shù)常用電力系統(tǒng)元件的模塊。利用這些庫模塊及其它庫模塊，用戶可方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進行仿真。2/4/2023

電路simulink仿真演示

下面用一個簡單的例子，說明利用SIMULINK進行電力系統(tǒng)仿真的最基本方法。對于初入門的讀者而言，可以按本節(jié)步驟搭建系統(tǒng)，也可以不進行搭建，以了解過程和仿真結(jié)果。

【例1.1】半橋逆變器和無極燈的等效模型為電路，進行仿真。電路如下所示。2/4/20231打開simulink1)打開matlab2)在commandwindow中輸入simulink后回車。或使用圖標即可打開simulink的模塊庫瀏覽器。3)鼠標點擊主菜單的新建按鈕，即彈出simulink的mdl文件2/4/20232放置元器件1)放置R、L、C和地：在模型庫瀏覽器中找到SimPowerSystems，點擊其前面的+號，將它展開。點擊Elements子模塊，在其中找到“ParallelRLCBranch”或Ground，鼠標選擇它不