直流電路中電阻電路的計算--MATLAB課程設(shè)計.doc

學(xué) 號： 課 程 設(shè) 計題 目電路仿真學(xué) 院專 業(yè)班 級姓 名指導(dǎo)教師年月日摘要 電路原理是電類專業(yè)必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它具有基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的二重性，不僅是電類學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程的基礎(chǔ)，也直接為解決電工電子工程中的一些實際問題服務(wù)。大一下學(xué)期開始，通過對本課程的學(xué)習(xí)，我初步掌握了近代電路理論的一些基本知識和概念，能分析計算一些常見的，比較簡單的基本電路，初步具有了解決實際問題的能力，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)準備了必要的電路理論知識。其分析電路的常見方法有：節(jié)點電壓法，網(wǎng)孔電流法，疊加原理分析法，戴維寧定理和諾頓定理等等。本文主要討論用網(wǎng)口電流法來分析直流電路中關(guān)于電阻電路的計算方法。在這個分析解決問題的過程中需要運用到MATLAB軟件。MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。本文就是通過對MATLAB編程計算出的結(jié)果和Simulink仿真出的結(jié)果進行對比，來的出所要的結(jié)論和效果。 關(guān)鍵詞：電路原理，網(wǎng)孔電流法，MATLAB，SIMULINK， AbstractThe circuit principle of electricity class specialized is compulsory course is an important technology, it has the basic science and technology is not only the scientific duality, electricity class student learning courses, and subsequent direct solution for electrical and electronic engineering of some actual problems. A semester began, this course of study, I have mastered some modern circuit theory, the elementary knowledge and the concept of some common to analysis and calculation, the basic circuit is simple, is the ability to solve practical problems, and for subsequent course of study prepared necessary circuit theory knowledge. The analysis of the common method: circuit node voltage, current, mesh superposition principle analysis method, DaiWeiNing theorem and NORTONs theorem, etc. This paper discusses how to use the WangKou current method to analyze the dc resistance circuit in the calculation. In the analysis and problem solving process needs to apply MATLAB software. MATLAB is Matrix lab (Matrix of Laboratory), is the MathWorks company business mathematics software is used to develop, data visualization algorithm, data analysis and numerical calculation of senior technical calculation language and interactive environment, including MATLAB and Simulink two most. This paper is based on MATLAB calculation results and Simulink results, comparing to the conclusion of the effect.直流電路中電阻電路的計算1 題目分析 1.1設(shè)計題目如圖1所示的電路，已知：R12W，R24W，R312W，R44W，R512W，R64W，R72W。(1) 如Us10V，求i3，u4，u7；(2) 如己知u4=6V，求Us，i3，u7。 圖1 1.2 理論分析 如圖1所示，該電路有a,b,c三個網(wǎng)孔，含有一個直流電壓源。根據(jù)基爾霍負電壓定律（KVL），對每個網(wǎng)孔列網(wǎng)孔方程為：對上面三個方程，可將其寫成如下所示的矩陣形式：將數(shù)值帶入，并簡寫為的形式為：(1) 令，由， 即可得問題（1）的解為： ， ， (2) 在該直流電路中 由電路的線性性質(zhì)，可令，。根據(jù)問題（1）的結(jié)果并根據(jù)圖1所示的電路可列出下式：， ，于是，可以通過下列式子求得問題（2）的解， 即： ， ， 上面的過程，為理論上的解題方法。在整個解題的過程中，最主要的就是正確的列出三個網(wǎng)孔方程，然后以這三個方程為中心求解即可。這過程中，我有意將三個方程的系數(shù)寫成矩陣形式，利用線性代數(shù)中所學(xué)的矩陣的知識來求解，其實是為了方便后面利用MATLAB軟件來進行計算。下面將詳細的來了解運用MATLAB軟件來進行編程計算題目中的兩個問題的流程。并將運用此軟件計算出來的結(jié)果和理論分析計算出來的結(jié)果進行比較，理論上應(yīng)該是相同的。2 MATLAB編程和仿真 2.1 MATLAB編程clear,close all,format compactR1=2;R2=4;R3=12;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;%為給定元件賦值display(解問題1)%解問題1)a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0;a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7;b1=1;b2=0;b3=0;us=input(us=)%輸入解1）的已知條件A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33;%列出矩陣系數(shù)AB=b1;b2;b3;I=AB*us;%I=ia;ib;icia=I(1);ib=I(2);ic=I(3);i3=ia-ib,u4=R4*ib,u7=R7*ic%解出所需變量display(解問題2）)%利用電路的線性性質(zhì)及問題1）的解求解問題2）u42=input(給定u42=)k1=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;%由問題1）得出待求量與us的比例系數(shù)us2=u42/k2,i32=k1/k2*u42,u72=k3/k2*u42 2.2程序的運行運行結(jié)果為： ans =解問題1)給定us=10i3 = 0.3704 u4 =2.2222 u7 =0.7407ans =解問題2）給定u42=6us2 =27.0000 i32 =1.0000 u72 =2 MATLAB軟件程序運行的結(jié)果與理論分析出的結(jié)果一樣，符合分析的結(jié)果。3 Simulink進行建模仿真 3.1仿真元件的選取 （1）電阻的選擇 由于設(shè)計電路中必須要有兩個電阻R1,R2。所以我添加兩個電阻R1,R2，來加入路中，并將電容值設(shè)為0，電感值設(shè)為inf，由此來設(shè)置出電阻的阻值。如圖2所示： 圖2 電阻元件圖（2）電壓源的選擇 由于設(shè)計電路中必須有一個電壓源，所以在元件庫內(nèi)添加一個電壓源。添加電壓源后，將電壓源的相位調(diào)為90度，頻率調(diào)為0HZ。這樣就將交流電壓源變成了直流電壓源。如圖3所示：圖3 電壓源圖（3）電流表，電壓表的選擇 由于電路結(jié)果測量需要，電流表和電壓表來測量。所以添加電壓表和電流 表到文件內(nèi)，把電流表串聯(lián)到指定的位置，將電壓表并聯(lián)到指定的位置。就可以 完成電路的測量。如圖4所示： 圖4 電流表和電壓表圖 3.2 Simulink電路模型 打開MATLAB軟件，在Simulink中構(gòu)建的電路圖如下圖圖5所示：圖5 Simulink中搭建的電路圖在圖中，分別在Us，r4，r7兩端并聯(lián)了一個測電壓的原件來測量Us，U4和U7的數(shù)值；在r3出串聯(lián)了一個測電流的原件來測量i3的數(shù)值。而且每一個對應(yīng)的測量元件都對應(yīng)著有一個顯示數(shù)值原件與之相連，用來顯示所測得數(shù)值的大小。 3.3 Simulink電路圖的仿真結(jié)果 在軟件中可以修改元器件的參數(shù)值。當對所選題目的第一問的仿真中，將Us的大小改為10V，單擊“開始仿真”按鈕，出現(xiàn)的仿真結(jié)果如圖6所示。圖中顯示元件顯示的仿真結(jié)果為：U4=2.222V，i3=0.374A，U7=0.7407V。圖6 仿真結(jié)果圖 當對選題目的第二問的仿真中，將U4的大小改為6V，單擊“開始仿真“按鈕，出現(xiàn)的仿真結(jié)果如圖7所示。圖中顯示元件顯示的仿真結(jié)果為：Us=27V，i3=1A，U7=2V。 圖7 仿真結(jié)果圖3.3 對Simulink仿真結(jié)果和理論所得結(jié)果的比較分析 在MATLAB軟件中的Simulink中進行仿真，所得出的結(jié)果和理論分析，及MATLAB軟件編程計算所得出的結(jié)果完全相同。這驗證了自己在Simulink仿真中操作的正確性，并且解決了本次基礎(chǔ)技能強化訓(xùn)練所選的設(shè)計題目中所要解決的問題?？偟膩碚f，自我感覺這次強化訓(xùn)練是比較成功的一次。4 心得體會本次強化訓(xùn)練中，需要運用到?jīng)]有學(xué)過的MATLAB軟件，在這個軟件的運用中，我遇到很多操作的問題，讓自己很煩躁，但是經(jīng)過同學(xué)的幫助，和自己努力的查閱資料，一個一個的問題都慢慢的解決掉了。此次強化訓(xùn)練雖然很辛苦，需要查找各種資料，整天做在電腦面前編程仿真，但是我還是很開心很高興的，因為我重中學(xué)到了很多很多在課堂上學(xué)不到的知識。首先，就是自己的動手操作能力。以前做題考試，都是理論知識的運用，并沒有涉及到操作，導(dǎo)致的結(jié)果就是雖然懂怎么做，但是動起手來卻是不知道如何下手。本次強化訓(xùn)練，我選的題目為以前學(xué)過的電路原理里面的一個網(wǎng)孔法的題目，看著程序的正確運行仿真，大大的培養(yǎng)了自己的學(xué)習(xí)興趣，提高了自己動手操作的積極性。對這些電路，自己動手實際操作了，才會有深刻理解。我認為這種興趣和積極性的培養(yǎng)和建立，將對以后的學(xué)習(xí)和生活起到非常重要的影響作用。其次，在學(xué)習(xí)知識方面，我大體上了解了MATLAB軟件在電路原理中的應(yīng)用，并且也學(xué)會了如何編寫簡單的MATLAB程序并且運行得到自己所需的結(jié)果。此次強化訓(xùn)練，通過用MATLAB解一道基礎(chǔ)簡單的電路題目，讓我對MATLAB有了一個初步的認識，這對我以后的學(xué)習(xí)和研究打下了一定的基礎(chǔ)。使用并不復(fù)雜手動的計算能得到的結(jié)果，可以使用MATLAB編程來解決這種并不能在一般的計算器上計算出來的問題。最后，在排版美觀方面，也有了較強的意識。在撰寫實驗報告的時候，格式的要求非常的嚴格，字體的大小要求，段距，行距也都有統(tǒng)一的要求，開始時候沒有注意到這一點，后來發(fā)現(xiàn)了，需要全部更改，工作量很大。改正后，看著自己的美觀排版，心中還是非常欣慰的。MATLAB軟件在生活中的運用是非常廣泛的，它在以后的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中應(yīng)用也是很廣泛的，掌握好了MATLAB，這為以后的專業(yè)