楊雋鎧 胡秉誼
摘要:MATLAB在矩陣運算和數(shù)值分析方面有著明顯優(yōu)勢,且集系統(tǒng)仿真與圖像處理于一體,具有高效、易學(xué)等特點。文章通過幾個典型電路的建模、仿真舉例,來研究MATLAB在電路分析與計算中的應(yīng)用。結(jié)果表明:MATLAB有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、加深對抽象概念的理解。
關(guān)鍵詞:MATLAB;數(shù)值分析;系統(tǒng)仿真
中圖分類號:TP312? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1009-3044(2022)11-0114-04
電工電子類課程是計算機(jī)專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,隨著電路復(fù)雜程度的增加,在電路的分析與計算過程中必然會用到線性代數(shù)、微分方程等數(shù)學(xué)知識,運算量和運算難度都明顯增大[1]。MATLAB具有強(qiáng)大的科學(xué)計算能力和便捷的圖像處理功能,而且MATLAB提供的仿真工具箱還能直接建立電路模型,對各種常見系統(tǒng)如線性、非線性系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究,所以在電路的分析與計算中運用MATLAB會對學(xué)習(xí)起到很好的輔助作用[2]。本文僅以一些典型的電路為例,研究MATLAB在電路分析與計算中的應(yīng)用。
1 MATLAB在一階動態(tài)電路分析與計算中的應(yīng)用
在圖1所示的電路中,R1=6?, R2=8?,R3=12?,C=0.5F,? [us]=12V,is=5A,在t<0時,開關(guān)S位于“1”,電路已處于穩(wěn)定狀態(tài)。
1) t=0時,開關(guān)S閉合到“2”,求[uc(t)],iR2(t),并畫出波形;
2) 經(jīng)10秒,開關(guān)S又復(fù)位到“1”,求[uc(t)], iR2(t),并畫出波形。
1.1 建模
首先對第1問建模,這是一階動態(tài)電路,可用三要素公式求解。
1.2 源程序
程序運行結(jié)果如圖2所示。
2 MATLAB在二階動態(tài)電路中分析與計算中的應(yīng)用
如圖3所示的二階電路,L=0.2H,C=0.05F,初始值[uc] (0)=1V,iL(0)=0, 試研究R分別為0.4?、0.8?、1.2?、…、4?時,[uc] (t)和iL(t) 的零輸入響應(yīng),并畫出波形圖。
2.1 建模
3.1 建模
計算完成后作圖。
3.2 源程序
4 MATLAB在離散系統(tǒng)信號響應(yīng)中的應(yīng)用
給定因果穩(wěn)定線性時不變系統(tǒng)的差分方程,設(shè)為低通濾波器,其系統(tǒng)函數(shù)為:
4.1 建模
本題采用工具箱函數(shù)filter求解,如果已知系統(tǒng)函數(shù)H(z)=B(z)/A(z),則filter函數(shù)可求出當(dāng)輸入不同信號x(n)時對應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)y(n)。
4.2 源程序
5 結(jié)束語
通過以上例子可以看出,MATLAB具有使用方便、輸入簡潔、運算高效、直觀形象等特點[5],有助于對抽象晦澀概念的理解,而且可以方便地在MATLAB程序中調(diào)整相關(guān)參數(shù),如在一階動態(tài)電路分析中可以通過改變電容或電阻的數(shù)值來改變充放電時間常數(shù),然后進(jìn)行進(jìn)一步的波形對比分析和研究,加深對所學(xué)知識的掌握。此外,MATLAB可以直接對復(fù)數(shù)進(jìn)行運算,并且繪制出向量圖和三維圖型,特別適用于對交流動態(tài)電路的分析與計算[6]。MATLAB不僅適用于電工電子類課程的學(xué)習(xí),還在信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、自動控制原理等課程中有著廣泛的應(yīng)用,所以在相關(guān)課程的學(xué)習(xí)中,靈活地運用MATLAB軟件,一定可以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效率、增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。
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收稿日期:2022-02-25
作者簡介:楊雋鎧(2003—) ,男,安徽蚌埠人,本科在讀,研究方向為嵌入式系統(tǒng)與軟件仿真;胡秉誼(1965—) ,男,副教授,碩士,研究方向為醫(yī)學(xué)信息處理、交通通信工程。