MATLAB在高中電路學(xué)習(xí)中的應(yīng)用研究

張紀(jì)豪

摘 要：論文首先闡述了Matlab/Simulink工具的應(yīng)用特點(diǎn)，以直流穩(wěn)態(tài)電路、線性動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析為例，通過建模、Matlab編程、Simulink仿真對電路進(jìn)行分析。實(shí)踐結(jié)果表明上述方法應(yīng)用到電路分析中可有效提高計(jì)算的精度和分析效率。將Matlab/Simulink應(yīng)用于電路分析中能使復(fù)雜的計(jì)算變得非常簡便，直觀，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

關(guān)鍵詞：Matlab/Simulink 電路分析 仿真

中圖分類號(hào)：O24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（c）-0075-03

Abstract：First the application characteristics of Matlab/Simulink tool are illustrated. Taking the analysis of DC steady-state circuit， time domain of linear dynamic circuit as examples， the circuit is analyzed through modeling， Matlab programming， and Simulink simulation. TIt proves that these methods can effectively improve the calculation preciseness and analysis efficiency. Application of Matlab/Simulink in computing circuits is simple ，clear and it can arouse study activity.

Key Words：Matlab/Simulink； Circuit analysis； Simulation

MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件，是“矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的縮寫，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式編程語言，專門針對科學(xué)、工程計(jì)算及繪圖的需求，主要適用于矩陣運(yùn)算及控制和信息處理領(lǐng)域的分析設(shè)計(jì)，具有計(jì)算功能強(qiáng)、編程效率高、使用簡便、易于擴(kuò)充等特點(diǎn)，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分，利用MATLAB編寫M文件可以計(jì)算電路中的參數(shù)，也可以計(jì)算電路中的各個(gè)響應(yīng)，還可以進(jìn)行仿真得到直觀的圖形。另外利用MATLAB中的動(dòng)態(tài)仿真工具箱Simulink通過搭建電路模型也可以快速實(shí)現(xiàn)電路的分析計(jì)算和仿真。該文以典型的直流電阻電路、二階動(dòng)態(tài)電路為例分別運(yùn)用矩陣運(yùn)算、MATLAB編程和Simulink建模仿真的方法對典型電路進(jìn)行分析。

1 MATLAB在電路分析中的應(yīng)用

電路分析一般要建立數(shù)學(xué)模型，通過求解電路方程得到所需要的參數(shù)。下面通過建模、Matlab編程、Simulink仿真對電路進(jìn)行分析。

（1）直流穩(wěn)態(tài)電路的分析。

電路分析的基本方法有支路電流法、網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法等，下面以網(wǎng)孔電流為例進(jìn)行分析。

如圖1所示電路，已知uS=10V，R1=2Ω，R2=4Ω，R3=12Ω，R4=4Ω，R5=12Ω，R6=4Ω，R7=2Ω，求i3，u4，u7。

①建模。

（3）運(yùn)用Matlab/Simulink建模仿真。Simulink主要功能是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與分析，它允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個(gè)系統(tǒng)，并能夠動(dòng)態(tài)地控制該系統(tǒng)，Simulink采用鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)方式，能夠處理線性，非線性、連續(xù)、離散等多種系統(tǒng)。用Matlab/Simulink中的Simpower Systems的電力系統(tǒng)模型庫，選取相應(yīng)的電阻、直流電源、電壓表、電流表及示波器等基本功能模塊，模塊按照圖2建立仿真模型，設(shè)置每個(gè)模塊的參數(shù)，然后進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果u4，u7如圖3、4所示，與前面2種方法結(jié)果一致，Matlab中Simulink工具箱的電氣系統(tǒng)仿真模型，可以方便、高效地仿真電路，可以對Matlab程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

（2）二階動(dòng)態(tài)電路如圖5所示，已知L=0.5H，C=0.02 F，R=12.5 Ω，初始值uc（0）=1 V，iL（0）=0，求t≥0時(shí)的uc（t），iL（t）的零輸入響應(yīng)。

這道題直接用Matlab/Simulink模塊搭建，如圖6所示，uc（0）和iL（0）可以直接在電容電感的參數(shù)設(shè)置中輸入，方法簡單，所建模型直觀，建模仿真后通過示波器觀察t≥0時(shí)時(shí)uc（t），iL（t）的變化情況如圖7、圖8所示。

2 結(jié)語

在電路的學(xué)習(xí)和研究過程中，Matlab在進(jìn)行計(jì)算、繪圖分析時(shí)具有顯著優(yōu)勢，而且，Simulink使電路分析變得簡單、生動(dòng)，可以仿真驗(yàn)證結(jié)果。可使學(xué)生深刻地理解電路分析中的相關(guān)理論及電路分析方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

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