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        Matlab/Simulink仿真軟件在電路分析教學(xué)中的應(yīng)用

        2016-11-18 18:09:22華玉明
        科教導(dǎo)刊·電子版 2016年27期
        關(guān)鍵詞:電路分析仿真

        華玉明

        摘 要 以具體實(shí)例討論了Matlab/Simulink可視化仿真軟件在電路分析教學(xué)中的應(yīng)用,通過Matlab建立M文件編程和用Simulink仿真這二種方法進(jìn)行仿真,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)教與學(xué)的互動性,提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)學(xué)生利用計算機(jī)分析和解決電路問題的能力。

        關(guān)鍵詞 Matlab/Simulink 電路分析 仿真

        中圖分類號:G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        0引言

        電路分析是電氣類工程技術(shù)人員必須掌握的一門重要基礎(chǔ)理論課。在教學(xué)過程中,大多采用黑板板書加多媒體課件(Powerpoint)展示的方式授課,存在一定的問題,手工計算和繪制電流、電壓等變化曲線,容易出錯且費(fèi)時。我們引入了電路仿真軟件主要有Multisim、Proteus 、Matlab/Simulink等等,它們都具有各自的特點(diǎn),但與Matlab/Simulink仿直軟件相比,其它軟件注重仿真結(jié)果,而可視化計算和仿真后的數(shù)據(jù)處理不如MATLAB方便。MATLAB/Simulink成為國際上最為流行的科學(xué)計算以及系統(tǒng)仿真領(lǐng)域的系統(tǒng)軟件工具。下面以電阻電路、正弦穩(wěn)態(tài)電路和動態(tài)電路為實(shí)例,我們在MATLAB R2014a集成環(huán)境的基礎(chǔ)上,運(yùn)用MATLAB的M文件編程計算和Simulink建立電路模型仿真分析這二種方法對電路進(jìn)行分析。

        1 Matlab在電路分析中的應(yīng)用

        1.1 Matlab在直流穩(wěn)態(tài)電路中的分析方法

        搭建好電路后,把Powergui電氣系統(tǒng)仿真分析的圖形用戶接口加到電路中。根據(jù)題目已知條件,對各個電路元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,然后進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果可快速顯示在三個Display模塊中,數(shù)值顯示器Display中顯示的是電流測量模塊(Current Measurement)測量的支路電流,測量結(jié)果與Matlab編程求法完全一致。在仿真過程中還可以改變電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù),然后對結(jié)果進(jìn)行分析比較,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

        1.2 Matlab在交流穩(wěn)態(tài)電路中的分析方法

        1.3 Matlab在動態(tài)電路中的分析方法

        例3:電路如圖4所示,在t<0,電容電壓為零,t=0時電鍵K1閉合,在t=10秒時電鍵K2閉合,繪制電容電壓uc(t)的波形圖。已知:R1=12€%R,R2=8€%R,C=0.22F,US=100V。

        (2)JSHSZJHYM2.m程序運(yùn)行結(jié)果:電容電壓uc(t)波形如圖5所示。

        以上編程利用三要素法求解和用plot()函數(shù)繪圖。

        方法2:基于Simulink的建模仿真。

        在命令窗口鍵入powerlib打開電力系統(tǒng)仿真模塊,搭建電路的Simulink仿真模型,如圖6所示。

        它包括以下幾個主要性模塊:

        (1)直流電壓源模塊,選擇DC Voltage Source 模塊,幅值為100V。

        (2)電壓測量模塊,選擇Voltage measurement模塊。

        (3)選擇Breaker做電鍵K1,塊參數(shù)(Block Parameters)設(shè)置為:初始狀態(tài)0(Initial status 0)表示初始狀態(tài)斷開,開關(guān)動作時間設(shè)為t=0(Switching tims [0])表示在t=0時K1=1閉合,外部(External)前面不要打勾,表示內(nèi)部控制動作,合上表示1。同理,選擇Breaker做電鍵K2,初始狀態(tài)0(Initial status 0)表示初始狀態(tài)斷開,開關(guān)動作時間設(shè)為t=10(Switching tims [10])表示在t=10秒時K2=1閉合。

        (4)Powergui是電氣系統(tǒng)仿真分析的圖形用戶接口,把它加到電路中。

        (5)仿真時間設(shè)置為20秒。按菜單上仿真按鈕(Run),雙擊示波器Scope1,可觀察到與圖5相同的波形,在仿真過程中可改變電路元件參數(shù),對結(jié)果進(jìn)行分析比較,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

        2結(jié)語

        利用Matlab強(qiáng)大的可視化計算功能、繪圖非常方便及編程簡單的特點(diǎn),用來電路問題的求解,可通過Matlab的M文件編程和Simulink仿真模型來實(shí)現(xiàn)。通過Simulink來實(shí)現(xiàn)仿真免除了仿真者進(jìn)行理論分析的繁重負(fù)擔(dān),不需要書寫程序,通過簡單直觀的圖形操作就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng),可隨時改變電路結(jié)構(gòu)和參數(shù),實(shí)時和直觀地顯示電壓和電流的波形和各種數(shù)據(jù)。但是當(dāng)需要進(jìn)行一定的理論分析時,就只能通過M文件來實(shí)現(xiàn),它能反映編程者的分析、研究電路的思路和步驟,能避免繁瑣的手工計算,繪圖非常方便,這種方法更適合公式推導(dǎo)和精確計算,對編程者要求高。利用Matlab/Simulink仿真輔助教學(xué),有利于學(xué)生對理論知識的理解,讓學(xué)生重點(diǎn)放在分析問題和解決問題的能力上,提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)的積極性,提高教學(xué)質(zhì)量。也為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計使用Matlab,編寫自己的計算機(jī)程序打下良好的基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn)

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        [3] 席時達(dá).電工技術(shù)(第4版)[M].高等教育出版社,2014,8.

        [4] 陳懷琛,吳大正,高西全.MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用(第3版)[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2008,10.

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