MATLAB在《電路》中的計算與仿真分析

陳泓碩

渤海大學工學院

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MATLAB在《電路》中的計算與仿真分析

陳泓碩

渤海大學工學院

電子電路專業(yè)在電力專業(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，可以通過各種 MATLAB匯編語言以及利用MATLAB可視化仿真方式，更好的進行復雜電路的分析及計算。我們都知道MATLAB可視化仿真環(huán)境有利于更好的分析電路，可以讓復雜的計算變得更加簡單，有利于電路分析提供輔助工具。

電子電路分析 仿真 MATLAB 語言 可視化仿真環(huán)境

1　引言

電子電力技術(shù)的分析關系到電能的電話控制，要對電路的原理更好地進行分析需要對電能進行變化測量，還要做好各種繪制以及分析工作，在對電路進行分析的過程中，我們可以通過手工的方式對電路圖和波形圖進行繪制，因為工作量很大，所以不夠準確，Matlab、Simulink等仿真平臺有利于技術(shù)人員更方便地開展工作，而且Matlab具有更強大的運行功能，可以進行向量以及復數(shù)的運算，還可以進行符號運算以及微積分的積分運算，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，電路計算以及最小力練腳，通過Matlab這種求解方法，獲得了更加快捷而準確的數(shù)據(jù)，有利于獲得比較功能強大的函數(shù)，而且可以繪制比較準確的電壓以及電流波形圖，這種圖形畫是一種實體的仿真圖形，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，這種線路更加簡單方便，而且有利于節(jié)約成本。

通過使用這種軟件，我們可以更好地對電動機的直流調(diào)速系統(tǒng)以及第一流調(diào)速系統(tǒng)進行分析，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磁電壓的，可以對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行驗證。

2　MATLAB軟件簡介

有許多軟件公司都有自己的計算機仿真軟件，可以更好地進行電路分析及仿真計算，主要有Pspice，EDA 、Protel、MATLAB 等，他們有各種優(yōu)缺點有很強大的功能。 MATLAB 源于Matrix Laboratory 一詞 ， 原意為矩陣實驗室。因為剛開始可以用于矩陣數(shù)值的計算，所以在市場化的發(fā)展過程中，不僅可以進行數(shù)值計算而且可以進行數(shù)據(jù)計算，因為這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，當前包括有數(shù)十個工具箱這些工具箱可以進行信號處理，虛擬現(xiàn)實已經(jīng)模糊邏輯，而且有許多科研技術(shù)人員都在使用。

因為這種編程的規(guī)律和人們的科學運算規(guī)律是相同的，所以這種方法和其他的高級語言相比較而言，并不是很難掌握，通過這種編程方法可以獲得排列公式以及求解，所以也叫做科學算法語言，在這種情況下，對要獲得的問題答案只需按照要求得出就行了，數(shù)字表達式會以數(shù)字或者圖形方式表達。

在剛開始產(chǎn)生的時候，因為具備強大的功能和開放性，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行符號運算，和相關的工具軟件進行接口后，這種素質(zhì)應戰(zhàn)以及符號運算和同類的軟件具有更大的優(yōu)點，而且這種軟件的開放性，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用軟件。

3　Simulink 仿真軟件

3.1Simulink的特點

軟件的前身就是 simulib，是在20世紀90年代出現(xiàn)的，通過數(shù)據(jù)庫的形式可以掛接在MATLAB 上，這種軟件有非常廣泛熟知的軟件名稱，在這種MATLAB4. 2x 版本時期，Simulink不能隨便的進行運行，只可以在這種環(huán)境中運行，這種軟件是軟件的拓展形式，而且有利于動態(tài)建模以及仿真，他和這種軟件語言有著明顯的區(qū)別，而且和用戶有著連接的接口，用戶更多的投入精力到模型建設上，而不是在編程上投入精力，當前公司已經(jīng)發(fā)展的系列產(chǎn)品，可以和Stateflow 狀態(tài)流進行配合，可以獲得比較清晰的模型，最終可以進行實時仿真，通過和各種代碼進行配合使用有利于更好地進行系統(tǒng)的設計和仿真，這種軟件可以更好的進行通信系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)的建模分析，這是一種動態(tài)系統(tǒng)分析的仿真軟件，對于線性和非線性系統(tǒng)有的重要的意義，這種模型實現(xiàn)了兩者的結(jié)合，而且可以進行多采樣，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）可以通過系統(tǒng)的對象建立各種模型；

（2）而且要建立對象的模型模塊；

（3）要對對象的模型模塊進行連接；

（4）通過仿真最終獲得系統(tǒng)的結(jié)果。

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

對模型進行定義后，可以通過菜單或者是命令窗口的方式進行仿真處理，菜單方式有利于更好地進行交互式工作，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，必須進一步的進行處理和可視化。

3.3用Smiulink中的電力系統(tǒng)模塊庫對動態(tài)電路進行仿真

通過圖形可以更好的分析電路問題，但是在工具箱中并沒有出現(xiàn)專門的函數(shù)工具箱，所以使用Simulink這種系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊，更好地實現(xiàn)電路圖的仿真，可以更好的建立電路的仿真，可以分析 RC動態(tài)電路的開關，電路情況下可以進行響應，如果開關在一點的時候，可以在相當長的時間響應，如果開關在b點的時候，會對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動態(tài)電路。

圖1　RC動態(tài)電路

在 Simulink這種環(huán)境下可以進行電路的仿真，畫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，我們建立這個圖形就可以進入到 Simulink這種仿真環(huán)境中，可以在這種命令窗口，點擊〈Simulink〉回車鍵，就可以進入到Simulink環(huán)境中，然后打開數(shù)據(jù)庫就可以找到模塊，就可以建立各種電路仿真圖 。圖2為RC電路S函數(shù)圖。

（1）兩個直流電源模塊，可以將電壓的參數(shù)分別進行設置；

（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，需要設置電阻的時候，電感現(xiàn)象就要輸入零，需要電感的時候電阻選項就是inf，需要電容的時候，電阻就是0，而電感的選項卻為零；

圖2　RC 電路 S函數(shù)框圖

圖3　仿真結(jié)果

（3）兩個開關模塊，在對參數(shù)進行 Breaker選擇的時候，這么快可以獲得參數(shù)，需要使用到這個數(shù)據(jù)庫中的線路，通過圖3可以對參數(shù)進行設置，在數(shù)據(jù)庫中菜單項的設置停止時間一般為兩秒，一般的設置時間不能夠太長，需要進行適當?shù)倪x擇，只是大于過渡的時間就行了，不然的話，就不能夠顯示電路的動態(tài)過程，然后菜單項會進行仿真，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軟件來改變，可以看到改變的時間常數(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題，是比較簡單和有用的方法，這種軟件的計算能力以及仿真功能很強大，可以更好的顯示電路計算以及仿真圖形，也能夠更好的進行負載電路的分析和研究。

［1］ 侯勇嚴，孫瑜， 郭文強. MATLAB在復雜電路分析中的應用研究［J］.微計算機信息， 2004，（10）

［2］ 王沐然.MATLAB與科學計算（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.計算機仿真技術(shù)基礎［M］.北京：電子工業(yè)出版社， 2004

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