【摘要】EWB和MATLAB都可以用于電路的分析仿真計(jì)算，EWB主要用于電子線路的仿真，而MATLAB功能更強(qiáng)大，主要用于電力系統(tǒng)仿真分析。文中通過實(shí)例分析比較了EWB和MATLAB兩種仿真軟件在高職電工電子技術(shù)課程使用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)，從而在不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容上選擇更合適的仿真訓(xùn)練工具，從而達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果的目的。

【關(guān)鍵詞】EWB；MATLAB；仿真；高職；電工電子

1.引言

《電工電子技術(shù)》是高職院校非電類專業(yè)開設(shè)的基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容廣泛，實(shí)踐性強(qiáng)。由于實(shí)際教學(xué)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)條件等因素的限制，該課程實(shí)際的硬件實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，為了改進(jìn)這一問題，可以在教學(xué)中采用仿真訓(xùn)練。引入仿真軟件使得抽象復(fù)雜的電路分析更加直觀生動(dòng)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和應(yīng)用；可以省去繁瑣的計(jì)算，簡化電路分析，提高學(xué)習(xí)效率，同時(shí)保證了計(jì)算的準(zhǔn)確性；可以補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，減少安全隱患；可以做到人人參與，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析、開發(fā)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。

2.仿真軟件介紹

2.1 EWB介紹

EWB（Electronics Workbench）是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的一款電子電路仿真分析、設(shè)計(jì)軟件，它界面直觀，操作簡便，使用方式與實(shí)際接近，帶有豐富的元器件庫。利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，因此非常適合電子類課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)[1]。

2.2 MATLAB介紹

MATLAB是美國The MathWorks公司開發(fā)的著名軟件，是一種高效的工程計(jì)算語言。它將概念設(shè)計(jì)、算法開發(fā)、建模仿真、實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)于一體易于使用的集成環(huán)境[2]。MATLAB相對(duì)于圖形化的EWB而言，主要有三種文件類型：

①M(fèi)-File：一般需要反復(fù)計(jì)算的公式或算式，編寫M-File后下次使用時(shí)調(diào)出后修改參數(shù)即可，方便省時(shí)。

②Figure：在交流電路分析中繪制正弦曲線、相量圖非常方便。

③Modle：前兩種是在文本命令窗口完成的，不直觀也難以與實(shí)際電力模型建立形象的聯(lián)系。Simulink模型采用方框圖繪制來代替程序的編寫，使系統(tǒng)編寫具有可視化的功能，同時(shí)可以借助模擬示波器等虛擬設(shè)備直觀顯示仿真動(dòng)態(tài)結(jié)果。

3.仿真舉例

3.1 直流電路分析

求圖1電路中各支路電流。已知：

US1=140V，US2=90V，R1=20?，R2=5?，R3=6?。

3.1.1 EWB仿真

仿真電路如圖2（仿真步驟略）。從圖2看出，I1=4A，I2=6A，I3=10A。

3.1.2 MATLAB仿真

列寫支路電流方程如下：

利用基爾霍夫電流定律可以進(jìn)行對(duì)兩種仿真結(jié)果驗(yàn)證I1+I2=I3，所以仿真結(jié)果正確。

從這一實(shí)例可以看出采用EWB軟件仿真時(shí)只需搭建仿真電路即可，不需要寫支路電流方程，對(duì)電路定律的掌握程度要求不高；而用MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)仿真時(shí)只有對(duì)電路定律熟練掌握，才能正確地列寫電路方程，其優(yōu)點(diǎn)是命令語句簡單、仿真過程快速、仿真結(jié)果準(zhǔn)確。當(dāng)然MATLAB里圖形化的simulink仿真平臺(tái)，也可對(duì)該電路完成仿真，但simulink比EWB元件查找路徑復(fù)雜。而高職院校《電工電子技術(shù)》要求不高，學(xué)生掌握簡單電路的應(yīng)用即可，故選用MATLAB的命令語句仿真相對(duì)簡單，同時(shí)可以加深對(duì)所學(xué)定理地理解。

3.2 交流電路分析

如圖3電路所示，已知，R1=3?，R2=8?，XL=4?，XC=6?。求，并做相量圖。

3.2.1 EWB仿真

仿真電路如圖4。

從以上交流電路例子看出，采用MATLAB的命令語句或M文件可以算出交流電路的有效值和相位角，從而方便地寫出交流量的相量表達(dá)式及瞬時(shí)值表達(dá)式，并且可以做出相量圖；而EWB的圖形化仿真只能算出交流量的有效值且計(jì)算結(jié)果有出入，所以EWB只能用一些定性的分析。因此在交流電路的分析時(shí)用MATLAB更便捷準(zhǔn)確。

4.電子電路

以下以反相比例放大電路為例進(jìn)行仿真。

4.1 EWB仿真

搭建仿真電路如圖6所示。

從圖7示波器的結(jié)果看，電路放大倍數(shù)Au=uo/ui=100，而且輸入電壓與輸出電壓波形反相。仿真結(jié)果與理論計(jì)算相同?？梢愿淖冚斎腚娮韬头答侂娮璧淖柚涤^察放大倍數(shù)的變化，使學(xué)生能清楚地理解各參數(shù)對(duì)放大電路性能的影響。

4.2 MATLAB仿真

在simulink仿真平臺(tái)搭建仿真電路如圖8所示。

應(yīng)用MATLAB/simulink仿真放大電路時(shí)只能通過改變?cè)鲆婵吹捷斎胄盘?hào)被放大了多少倍，而輸出與輸入信號(hào)的反相關(guān)系無法看出，也不能定性分析影響放大倍數(shù)的因素。

由于MATLAB/simulink模型庫沒有晶體三極管和模擬集成器件庫，所以對(duì)模擬放大電路仿真時(shí)較困難。同樣，MATLAB里也沒有數(shù)字集成電路庫，僅有邏輯模塊組和觸發(fā)器，能完成基本邏輯電路設(shè)計(jì)。

在EWB里有豐富的元器件庫和專用的集成器件庫，像實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)時(shí)就可直接調(diào)用現(xiàn)有的集成計(jì)數(shù)器。所以在電子電路仿真時(shí)選用EWB更方便一些。

5.用法比較小結(jié)

5.1 EWB使用優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1）選用圖形化仿真時(shí)，EWB元件路徑簡單，便于查找；2）可以按位圖拷貝圖，然后直接粘貼到word文檔中；3）具有齊全豐富和可擴(kuò)充的元器件庫。對(duì)于模擬電子和數(shù)字電路仿真時(shí)使用方便，尤其在數(shù)字電路邏輯功能驗(yàn)證時(shí)可以接指示燈，使仿真結(jié)果更加生動(dòng)直觀。

缺點(diǎn)：操作時(shí)沒有撤消（返回）功能；有時(shí)仿真結(jié)果不是很準(zhǔn)確；示波器僅有兩個(gè)輸入端，不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)信號(hào)綜合比較，而且每個(gè)仿真電路里僅能使用一個(gè)示波器。

5.2 MATLAB使用優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1）可以在命令窗口采用命令語言對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算。2）圖形化的simulink仿真平臺(tái)有撤消（返回）功能。如果操作失誤，可以直接撤銷，相對(duì)于EWB較為方便。3）simulink有模塊查找功能。4）Simulink里的示波器可以設(shè)置為多個(gè)輸入端，同時(shí)對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較分析。5）simulink里模塊大小可以調(diào)整。6）MATLAB在參數(shù)設(shè)置時(shí)有計(jì)算功能，使得計(jì)算更準(zhǔn)確。像交流電路中給定XL=4?，=314rad/s。應(yīng)用EWB仿真時(shí)要先通過已知條件，由公式XL=L算出電感量再設(shè)置參數(shù)。而MATLAB可以直接在電感值里輸入4/314，這樣電路仿真結(jié)果更準(zhǔn)確。7）simulink仿真平臺(tái)里使用RLC元件時(shí)相對(duì)EWB簡單，EWB需要分別選取元件并分別設(shè)置參數(shù)，而MATLAB里只需在simpowersystem/elements里找出RLC即可，一次就設(shè)置完成。

缺點(diǎn)：simulink仿真平臺(tái)相對(duì)于EWB來講，元件查找復(fù)雜；在電子電路仿真時(shí)不方便。

當(dāng)然以上兩種軟件的優(yōu)缺點(diǎn)只是在該課程的使用實(shí)例中總結(jié)出來的，有一定的局限性。

6.結(jié)束語

文中主要以實(shí)例分析比較了EWB和MATLAB兩種仿真軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，便于在電工電子技術(shù)課程進(jìn)行仿真訓(xùn)練時(shí)方便地應(yīng)用軟件。分析結(jié)果表明：EWB入門快，對(duì)于初接觸仿真軟件的人，可以選用。在電工技術(shù)學(xué)習(xí)時(shí)選用MATLAB仿真采用命令語句能很好地理解所學(xué)的一些電路定理和分析方法，同時(shí)保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確。當(dāng)然也可以選MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)。在電子技術(shù)學(xué)習(xí)時(shí)選用圖形化的EWB軟件更加直觀、便捷。

參考文獻(xiàn)

[1]尹明.EWB仿真軟件在電工電子教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，6.

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[3]王維榮.電工電子技術(shù)-電工技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真[M].上海：上海交通大學(xué)，2011.

[4]黃忠霖.電工學(xué)的MATLAB實(shí)踐[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

作者簡介：喬琳君（1978—），女，陜西富平人，西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：電氣自動(dòng)化。