MATLAB在电路中的简单应用.ppt
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1、1,MATLAB简单的 电路应用,学生: 合作者: 指导老师: 2010-12-20,2,目录梗概,MATLAB简单介绍 MATLAB与电路分析 总结 参考文献 附录,3,MATLAB简单介绍,MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。,4,(1) 基本功能1,MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件,它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。 MATLAB可以进
2、行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵。,5,(2)发展历程1,20世纪70年代,美国新墨西哥大学计算机科学系主任Cleve Moler为了减轻学生编程的负担,用FORTRAN编写了最早的MATLAB。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市场。到20世纪90年代,MATLAB已成为国际控制界的标准计算软件。 Release 2010a 是MathW
3、orks公司于去年三月推出的,版本号为MATLAB7.10,包括 MATLAB 和 Simulink 的若干新功能丶一款新产品以及对其它 85 款产品的更新和缺陷修复。,6,(3)优势1,友好的工作平台和编程环境 简单易用的程序语言 强大的科学计算机数据处理能力 出色的图形处理功能 应用广泛的模块集合工具箱 实用的程序接口和发布平台 应用软件开发(包括用户界面),7,MATLAB与电路分析,MATLAB中的变量与常量都是矩阵(标量可看做1*1阶的矩阵,向量可看做n*1或1*n阶的矩阵),其元素可以是复数和任意形式的表达式,它具有元素群运算能力。 MATLAB的这些优于其他语言的特色,有利于分析
4、计算电路的各种问题,并且使编程更简单,运算效率更高。,8,例1 电阻电路,如图,已知:R1=2,R2=4, R3=12, R4=4, R5=12, R6=4, R7=2。 如Vs=10V,求i3,V4,V7; 如已知V4=6V,求V3,i3,V7。,9,电阻电路 -网孔电流法2,10,程序运行结果 解问题(1) us=10 A = 18 -12 0 -12 28 -12 0 -12 18 i3 = 0.3704 u4 = 2.2222 u7 =0.7407 解问题(2) 给定u42=6 us2 =27.0000 i32 =1.0000 u72 =2,实际上,如果熟悉列方程的方法,那么在编写MA
5、TLAB程序时可直接写出A和B为 A=2+4+12 -12 0; -12 12+4+12 -12; 0 -12 12+4+2 B=1 0 0 从而可以省去给元件和矩阵各元素赋值等语句。,电阻电路 -网孔电流法2,11,电阻电路 -节点电压法,12,程序运行结果 解问题(1) us=10 A = 0.5000 -0.2500 -0.2500 0.5000 i3 = 0.3704 u4 =2.2222 u7 =0.7407 解问题(2) 给定u42=6 us2 =27.0000 i32 = 1 u72 = 2.0000,网孔电流法和结点电压法 程序运行的结果相同,且与计算结果相符合。 对比两种方法
6、,可以看出,结点电压法的矩阵(A22,B21)比网孔电流法的矩阵(A33,B31)要来得简单。,电阻电路 -节点电压法,13,电阻电路 -戴维宁定理,14,程序运行结果 解问题(1) us=10 i3 =0.3704 u4 =2.2222 u7 =0.7407 解问题(2) 给定u42=6 u42 =6 us2 =27.0000 i32 =1 u72 =2,电阻电路 -戴维宁定理,程序结果与上面两个方法相同; 戴维宁定理主要考虑输入电阻和等效电阻; 不涉及矩阵的应用; 等效电阻的表达式比较复杂。,15,如图,已知:R1=3,R2=12, R3=6, C=1F; us=18V, is=3A,在t
7、0时,开关S位于“1”,电路已处于稳定状态。 t=0时,开关S闭合到“2”,求uc(t),iR2(t),并画出波形; 若经10秒,开关S又复位到“1”,求uc(t),iR2(t),并画出波形。,例2 动态电路,16,动态电路 -三要素公式2,17,动态电路 -三要素公式2,18,如图,已知R=5,L=3,1/C=2, Uc=1030V,求Ir,Ic,I和UL,Us。并画出其相量图。,例3 正弦稳态电路,19,正弦稳态电路 2,20,正弦稳态电路 2,程序运行结果 Uc Ir Ic I Ul Us 幅值 10.0000 2.0000 5.0000 5.3852 16.1555 7.8102 相角
8、 30.0000 30.0000 120.0000 98.1986 -171.8014 159.8056,21,二阶低通函数的典型形式为 式中s=j 。 令H0=1,画出Q=1/3,1/2,1/21/2,1,2,5的幅频相频响应。当Q= 1/21/2时,称为最平幅度特性。,例4 频率响应 -二阶低通电路,22,频率响应 -二阶低通电路2,23,频率响应 -二阶低通电路2,24,总结,电路分析的基本方法是建立数学模型(一般是方程或者已知电路方程组),并求解方程组,得到各支路电压和电流。 当电路规模较大时,求解很复杂,借助计算机可以大大简化计算量,以前有FORTRAN和BASIC语言编写的程序,但
9、一般程序较大、较复杂,而利用MATLAB则要简单得多,而且还可以进行仿真,除编写专用程序外,可以建立通用的电路分析程序。 以上四个题例,均是采用编程的方式,其实也可以用MATLAB的命令方式求解,这样更简单。 本次实验旨在基本原理上理解MATLAB在电路中的应用,故采用基本函数编程的方式。,25,参考文献,1百度百科MATLAB 2 陈怀琛,吴大正,高西全编著,“MATLAB及在电子信息课程中的应用”,电子工业出版社 3 张德丰等编著,“MATLAB数值计算方法”,机械工业出版社,26,THANK YOU !,27,附录(1),clear,close all,format compact R1
10、=2;R2=4;R3=12;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;%为给定元件赋值 display(解问题(1))%解问题(1) a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0;%将系数矩阵各元素赋值 a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5; a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7; b1=1;b2=0;b3=0; us=input(us=);%输入解(1)的已知条件 A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33%列出系数矩阵A B=b1;0;0;I=AB*us;%I=ia;ib;ic ia=I(1);ib=I(2);ic
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- MATLAB 电路 中的 简单 应用
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