陳泓碩

渤海大學(xué)工學(xué)院

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MATLAB在《電路》中的計(jì)算與仿真分析

陳泓碩

渤海大學(xué)工學(xué)院

電子電路專(zhuān)業(yè)在電力專(zhuān)業(yè)中具有非常重要的地位，本文深刻地分析了電子電路的電路情況，可以通過(guò)各種 MATLAB匯編語(yǔ)言以及利用MATLAB可視化仿真方式，更好的進(jìn)行復(fù)雜電路的分析及計(jì)算。我們都知道MATLAB可視化仿真環(huán)境有利于更好的分析電路，可以讓復(fù)雜的計(jì)算變得更加簡(jiǎn)單，有利于電路分析提供輔助工具。

電子電路分析 仿真 MATLAB 語(yǔ)言 可視化仿真環(huán)境

1　引言

電子電力技術(shù)的分析關(guān)系到電能的電話(huà)控制，要對(duì)電路的原理更好地進(jìn)行分析需要對(duì)電能進(jìn)行變化測(cè)量，還要做好各種繪制以及分析工作，在對(duì)電路進(jìn)行分析的過(guò)程中，我們可以通過(guò)手工的方式對(duì)電路圖和波形圖進(jìn)行繪制，因?yàn)楣ぷ髁亢艽?，所以不夠?zhǔn)確，Matlab、Simulink等仿真平臺(tái)有利于技術(shù)人員更方便地開(kāi)展工作，而且Matlab具有更強(qiáng)大的運(yùn)行功能，可以進(jìn)行向量以及復(fù)數(shù)的運(yùn)算，還可以進(jìn)行符號(hào)運(yùn)算以及微積分的積分運(yùn)算，這些是大量存在于可控整流以及直流電路中，整流輸出直流的平均值，電路計(jì)算以及最小力練腳，通過(guò)Matlab這種求解方法，獲得了更加快捷而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，有利于獲得比較功能強(qiáng)大的函數(shù)，而且可以繪制比較準(zhǔn)確的電壓以及電流波形圖，這種圖形畫(huà)是一種實(shí)體的仿真圖形，更好地結(jié)合了電子技術(shù)中的元器件模塊，包括整流裝置電路以及利便裝置電路，這種線(xiàn)路更加簡(jiǎn)單方便，而且有利于節(jié)約成本。

通過(guò)使用這種軟件，我們可以更好地對(duì)電動(dòng)機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)以及第一流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以更好地改變仿真軟件上的比例系數(shù)，可以獲得三相交流電壓以及勵(lì)磁電壓的，可以對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。

2　MATLAB軟件簡(jiǎn)介

有許多軟件公司都有自己的計(jì)算機(jī)仿真軟件，可以更好地進(jìn)行電路分析及仿真計(jì)算，主要有Pspice，EDA 、Protel、MATLAB 等，他們有各種優(yōu)缺點(diǎn)有很強(qiáng)大的功能。 MATLAB 源于Matrix Laboratory 一詞 ， 原意為矩陣實(shí)驗(yàn)室。因?yàn)閯傞_(kāi)始可以用于矩陣數(shù)值的計(jì)算，所以在市場(chǎng)化的發(fā)展過(guò)程中，不僅可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算而且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，因?yàn)檫@種新版本的推出獲得了自己更新的功能，有利于最大范圍地提升自身的能力，而且出現(xiàn)了許多工具箱，當(dāng)前包括有數(shù)十個(gè)工具箱這些工具箱可以進(jìn)行信號(hào)處理，虛擬現(xiàn)實(shí)已經(jīng)模糊邏輯，而且有許多科研技術(shù)人員都在使用。

因?yàn)檫@種編程的規(guī)律和人們的科學(xué)運(yùn)算規(guī)律是相同的，所以這種方法和其他的高級(jí)語(yǔ)言相比較而言，并不是很難掌握，通過(guò)這種編程方法可以獲得排列公式以及求解，所以也叫做科學(xué)算法語(yǔ)言，在這種情況下，對(duì)要獲得的問(wèn)題答案只需按照要求得出就行了，數(shù)字表達(dá)式會(huì)以數(shù)字或者圖形方式表達(dá)。

在剛開(kāi)始產(chǎn)生的時(shí)候，因?yàn)榫邆鋸?qiáng)大的功能和開(kāi)放性，所以在很多軟件中得到優(yōu)先使用，最新版本的軟件有利于更好的進(jìn)行符號(hào)運(yùn)算，和相關(guān)的工具軟件進(jìn)行接口后，這種素質(zhì)應(yīng)戰(zhàn)以及符號(hào)運(yùn)算和同類(lèi)的軟件具有更大的優(yōu)點(diǎn)，而且這種軟件的開(kāi)放性，而且能夠更好的使用，這種軟件作為高校教師以及科研人員的實(shí)用軟件。

3　Simulink 仿真軟件

3.1Simulink的特點(diǎn)

軟件的前身就是 simulib，是在20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的形式可以?huà)旖釉贛ATLAB 上，這種軟件有非常廣泛熟知的軟件名稱(chēng)，在這種MATLAB4. 2x 版本時(shí)期，Simulink不能隨便的進(jìn)行運(yùn)行，只可以在這種環(huán)境中運(yùn)行，這種軟件是軟件的拓展形式，而且有利于動(dòng)態(tài)建模以及仿真，他和這種軟件語(yǔ)言有著明顯的區(qū)別，而且和用戶(hù)有著連接的接口，用戶(hù)更多的投入精力到模型建設(shè)上，而不是在編程上投入精力，當(dāng)前公司已經(jīng)發(fā)展的系列產(chǎn)品，可以和Stateflow 狀態(tài)流進(jìn)行配合，可以獲得比較清晰的模型，最終可以進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，通過(guò)和各種代碼進(jìn)行配合使用有利于更好地進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真，這種軟件可以更好的進(jìn)行通信系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)的建模分析，這是一種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析的仿真軟件，對(duì)于線(xiàn)性和非線(xiàn)性系統(tǒng)有的重要的意義，這種模型實(shí)現(xiàn)了兩者的結(jié)合，而且可以進(jìn)行多采樣，不同的系統(tǒng)部分有不同的采樣效率。

3.2Simulink 仿真建模的方法

Simulink 仿真建模的一般步驟如下：

（1）可以通過(guò)系統(tǒng)的對(duì)象建立各種模型；

（2）而且要建立對(duì)象的模型模塊；

（3）要對(duì)對(duì)象的模型模塊進(jìn)行連接；

（4）通過(guò)仿真最終獲得系統(tǒng)的結(jié)果。

在建模的過(guò)程中Simulink 提供了非常個(gè)性化的用戶(hù)界面，用戶(hù)只需要點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可以進(jìn)行建模，用戶(hù)圖形界面可以通過(guò)鉛筆進(jìn)行模型繪畫(huà)，這和以前通過(guò)編程語(yǔ)言并且使用表達(dá)方程使用是不一樣的，這種軟件包含復(fù)雜的接收器以及線(xiàn)性組件，當(dāng)然用戶(hù)也可以自己制定模塊，這種模型是一種分層次的，可以通過(guò)自上而下或者是自下而上的方式進(jìn)行模型的建立，用戶(hù)也可以查看系統(tǒng)以后需要雙擊系統(tǒng)的模型進(jìn)入到系統(tǒng)的層面，這種方法有利于用戶(hù)更好的建模以及各個(gè)部分更好的聯(lián)系。

對(duì)模型進(jìn)行定義后，可以通過(guò)菜單或者是命令窗口的方式進(jìn)行仿真處理，菜單方式有利于更好地進(jìn)行交互式工作，有利于更好地處理仿真， Scopes這種示波器具有各種顯示模塊，為更好地觀察仿真的結(jié)果在仿真的時(shí)候需要改變參數(shù)，以后可以看到輸出出現(xiàn)的各種變化，仿真結(jié)果可以顯示在工作空間中，必須進(jìn)一步的進(jìn)行處理和可視化。

3.3用Smiulink中的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)對(duì)動(dòng)態(tài)電路進(jìn)行仿真

通過(guò)圖形可以更好的分析電路問(wèn)題，但是在工具箱中并沒(méi)有出現(xiàn)專(zhuān)門(mén)的函數(shù)工具箱，所以使用Simulink這種系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，更好地實(shí)現(xiàn)電路圖的仿真，可以更好的建立電路的仿真，可以分析 RC動(dòng)態(tài)電路的開(kāi)關(guān)，電路情況下可以進(jìn)行響應(yīng)，如果開(kāi)關(guān)在一點(diǎn)的時(shí)候，可以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間響應(yīng)，如果開(kāi)關(guān)在b點(diǎn)的時(shí)候，會(huì)對(duì)Simulink電路中的電流和電壓產(chǎn)生影響，而且可以生成各種仿真波形圖。下面圖1為RC動(dòng)態(tài)電路。

圖1　RC動(dòng)態(tài)電路

在 Simulink這種環(huán)境下可以進(jìn)行電路的仿真，畫(huà)出各種電路的仿真結(jié)構(gòu)圖，反正結(jié)構(gòu)圖是在這種環(huán)境中獲得的，我們建立這個(gè)圖形就可以進(jìn)入到 Simulink這種仿真環(huán)境中，可以在這種命令窗口，點(diǎn)擊〈Simulink〉回車(chē)鍵，就可以進(jìn)入到Simulink環(huán)境中，然后打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)就可以找到模塊，就可以建立各種電路仿真圖 。圖2為RC電路S函數(shù)圖。

（1）兩個(gè)直流電源模塊，可以將電壓的參數(shù)分別進(jìn)行設(shè)置；

（2）在各種支路中，不同的參數(shù)選擇得到的電阻以及電感是不同的，需要設(shè)置電阻的時(shí)候，電感現(xiàn)象就要輸入零，需要電感的時(shí)候電阻選項(xiàng)就是inf，需要電容的時(shí)候，電阻就是0，而電感的選項(xiàng)卻為零；

圖2　RC 電路 S函數(shù)框圖

圖3　仿真結(jié)果

（3）兩個(gè)開(kāi)關(guān)模塊，在對(duì)參數(shù)進(jìn)行 Breaker選擇的時(shí)候，這么快可以獲得參數(shù)，需要使用到這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的線(xiàn)路，通過(guò)圖3可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在數(shù)據(jù)庫(kù)中菜單項(xiàng)的設(shè)置停止時(shí)間一般為兩秒，一般的設(shè)置時(shí)間不能夠太長(zhǎng)，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，只是大于過(guò)渡的時(shí)間就行了，不然的話(huà)，就不能夠顯示電路的動(dòng)態(tài)過(guò)程，然后菜單項(xiàng)會(huì)進(jìn)行仿真，得到了如下圖3所示的仿真結(jié)果，這兩種仿真結(jié)果是電容電流以及電壓的波形圖，這種軟件只可以通過(guò)軟件來(lái)改變，可以看到改變的時(shí)間常數(shù)也可以發(fā)現(xiàn)充電的快慢情況。

4　結(jié)論

利用 MATLAB、Simulink可以更好的分析電路中的各種問(wèn)題，是比較簡(jiǎn)單和有用的方法，這種軟件的計(jì)算能力以及仿真功能很強(qiáng)大，可以更好的顯示電路計(jì)算以及仿真圖形，也能夠更好的進(jìn)行負(fù)載電路的分析和研究。

［1］ 侯勇嚴(yán)，孫瑜， 郭文強(qiáng). MATLAB在復(fù)雜電路分析中的應(yīng)用研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息， 2004，（10）

［2］ 王沐然.MATLAB與科學(xué)計(jì)算（第二版）［M］ .北京：電子工業(yè)出版社， 2003

［3］ 劉瑞葉，任洪林， 李志民.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：電子工業(yè)出版社， 2004

［4］ 張葛祥，李娜. MATLAB 仿真技術(shù)與應(yīng)用 ［M］.北京：清華大學(xué)出版社， 2003