基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練課程設(shè)計MATLAB在諾頓電路中的分析及應(yīng)用

1、武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院自動化專業(yè)基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練報告題 目： matlab仿真訓(xùn)練 專業(yè)名稱： 自動化專業(yè) 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 成 績： 二0一0年八月基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 李浩 工作單位：自動化學(xué)院模式識別教研室題 目: matlab在諾頓電路中的分析及應(yīng)用要求完成的主要任務(wù): （1）分析題意，根據(jù)題目，采用合適的分析方法進(jìn)行分析，并建立該電路的數(shù)學(xué)模型；（2）根據(jù)解題步驟，進(jìn)行編程。（3）調(diào)試、修改該程序，顯示并分析運(yùn)行結(jié)果；（4）按學(xué)?！罢n程設(shè)計工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書寫格式”，撰寫總結(jié)報告一份，內(nèi)容包括：包括封面、任務(wù)書（指導(dǎo)老師提供）、

2、目錄、正文、參考文獻(xiàn)（5篇以上）、附錄（程序清單，要求有注釋）、成績評定表（指導(dǎo)老師提供）。正文部分包括：訓(xùn)練題目、電路分析、軟件設(shè)計說明（流程圖設(shè)計及說明等）、仿真波形、結(jié)果分析和基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練的收獲及心得體會（不少于500字）。時間安排：序號設(shè)計內(nèi)容所用時間1指導(dǎo)老師就課程設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計要求、設(shè)計進(jìn)度安排和評分標(biāo)準(zhǔn)等作具體介紹。強(qiáng)調(diào)課程設(shè)計期間紀(jì)律要求。學(xué)生確定選題，明確設(shè)計要求，開始查閱資料，對選定的設(shè)計題目進(jìn)行原理分析。1天2學(xué)生根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)計程序框圖，學(xué)習(xí)并編寫matlab程序代碼2天3按設(shè)計要求，上機(jī)調(diào)試程序，修改并完善設(shè)計，完成程序調(diào)試后，記錄結(jié)果。1天4學(xué)生撰寫課程設(shè)計說明書

3、，進(jìn)行答辯。1天合 計1周指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄matlab在諾頓電路中的分析及應(yīng)用21.選擇的題目22.理論分析，原理方框圖與模型構(gòu)建32.1理論分析.32.2原理方框圖32.3建立模型43.matlab程序代碼64.實(shí)驗(yàn)結(jié)果，仿真與分析64.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果74.2 matlab仿真.74.2.1 matlab仿真波形74.2.2 matlab仿真結(jié)果84.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析總結(jié)85. 小結(jié)和體會96. 參考文獻(xiàn)10 matlab在諾頓電路中的分析及應(yīng)用1.選擇的題目如圖1所示電路，已知：=4, =2, =4, =8;is1=2a,is2 =0.5a;

4、負(fù)載為何值時能獲得最大功率？研究在020范圍內(nèi)變化時，其吸收功率的變化情況。 圖1 原理電路圖2.理論分析，原理方框圖與模型構(gòu)建2.1理論分析： 對于任意含獨(dú)立源,線性電阻和線性受控源的單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò)),都可以用一個電流源與電阻相并聯(lián)的單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò))來等效.這個電流源的電流,就是此單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò))的短路電流,這個并聯(lián)電阻就是從此單口網(wǎng)絡(luò)(二端網(wǎng)絡(luò))兩端看進(jìn)去,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源均置零以后的等效電阻。一個有電壓源、電流源及電阻構(gòu)成的二端網(wǎng)絡(luò)，可以用一個電流源ioc和一個電阻req的并聯(lián)等效電路來等效。ioc等于該二端網(wǎng)絡(luò)短路時的短路電流；req稱為諾頓等效電阻，其值是從二端網(wǎng)絡(luò)的

5、端口看進(jìn)去，該網(wǎng)絡(luò)中所有電壓源及電流源為零值時的等效電阻。電流源ioc和電阻req組成的支路叫諾頓等效電路。 要求負(fù)載rl為何值時能獲得最大功率，先將電路轉(zhuǎn)化為一個帶內(nèi)阻的電流源和負(fù)載電阻rl的串聯(lián)電路，在內(nèi)阻等于負(fù)載電阻rl的阻值的時候獲得最大功率。利用matlab，可以使原本復(fù)雜的計算過程大大簡化，在處理矩陣、復(fù)數(shù)運(yùn)算的過程中尤其明顯。本題中就要利用matlab的強(qiáng)大功能輕松地計算出結(jié)果。給各個變量賦初值根據(jù)電路的原理分析列出函數(shù)表達(dá)式2.2原理方框圖限定rl的取值范圍畫出功耗隨rl變化的曲線圖2.3建立模型先求圖1中ao端以左的諾頓等效電阻，為此斷開ao，并在ao端接入外電流源ia，如圖

6、2所示： 圖2 等效電路圖取o點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，u1，u2，ua三個結(jié)點(diǎn)列出以下結(jié)點(diǎn)方程： 寫成矩陣為a= 其中a=諾頓等效電路如圖3，其方程為：uoc=（ioc+ia）req 圖3 諾頓等效電路圖令ia=0，is1=2a,is2=0.5a,由公式（2）解得u1,u2,ua因?yàn)閕a=0，由公式（3）得 ioc=uoc/req再令is1=is2=0，ia=1a,仍由公式（2）解得另外一組值u1,u2,ua因?yàn)閮?nèi)部電源is1=is2=0，故uoc=0。由公式（3）得req=ua/ia=ua于是可作出圖1的諾頓等效電路，如圖4 rl獲得最大功率時rl=req，plmax=uoc /（4req）圖4 等效

7、電路圖由圖4可得rl吸收功率pl=rl*uoc/（req+rl）令rl=1,2,3,20,分別求得pl,并畫圖。3.matlab程序代碼對于上述電路分析之后，采用如下代碼進(jìn)行求解計算clear,format compactr1=4;r2=2;r3=4;r4=8; % 設(shè)置元件參數(shù)is1=2;is2=0.5;% 按a*x=b*is列寫此電路的矩陣方程,其中x=u1;u2;ua;is=is1; is2; iaa11=1/r1+1/r4;a12=-1/r1;a13=-1/r4; % 設(shè)置系數(shù)矩陣aa21=-1/r1;a22=1/r1+1/r2+1/r3;a23=-1/r2;a31=-1/r4;a32

8、=-1/r2;a33=1/r2+1/r4;a=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33;b = 1,1,0;0,0,0;0,-1,1;% 設(shè)置系數(shù)矩陣b% 令ia=0,求uoc=u(3);再令is1=is2=0,設(shè)ia=1,求req=ua/ia=ua.x1=ab*is1;is2;0;uoc=x1(3)x2=ab*0;0;1;req=x2(3)rl=req;p=uoc2*rl/(req+rl)2% 求最大負(fù)載功率% 也可設(shè)rl為一數(shù)組,求出的負(fù)載功率也為一數(shù)組,畫出曲線找極大值rl=0:20,p=(rl*uoc./(req+rl).*uoc./(req+rl), %

9、 設(shè)rl序列,求其功率figure(1),plot(rl,p),grid% 畫出功耗隨rl變化的曲線圖4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果，仿真與分析4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過matlab的求解計算得到如下結(jié)果：uoc = 8.5714vreq = 5.7143p = 3.2143w則可以得到結(jié)論 當(dāng)rl=5.7143時可以使電路獲得最大功率，為3.2143w。4.2 matlab仿真結(jié)果和波形4.2.1 matlab仿真波形4.2.2 matlab仿真結(jié)果4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析總結(jié)依據(jù)仿真波形和matlab的運(yùn)算結(jié)果，我們可以清楚地得出此道題目的結(jié)果。當(dāng)rl=5.7143時可以使電路獲得最大功率，為3.2143w 。rl在02

10、0范圍內(nèi)變化時，其吸收功率的情況如圖5所示，是一個隨rl變化而不斷變化的曲線，觀察可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)rl近似于5.7143時正好是功率最高點(diǎn)。5. 小結(jié)和體會通過本次課程設(shè)計，我深刻認(rèn)識到計算機(jī)以及應(yīng)用軟件在工科學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)和科研技術(shù)人員科技研發(fā)中的巨大作用。利用matlab可以使原本復(fù)雜的計算過程大大簡化，在處理矩陣、復(fù)數(shù)運(yùn)算的過程中尤其明顯。在電路的仿真過程中，直接利用了matlab的可視化仿真環(huán)境simulink設(shè)計模塊圖的方法來對電路進(jìn)行分析和計算。該方法不僅可以節(jié)約計算時間、方便地調(diào)試電路參數(shù),而且還可以非常直觀地觀察和測量電路中的電壓、電流和功率等物理量，故障、輸出波形、數(shù)值一目了然，各

11、種波形可以同時為我們所用，直觀地驗(yàn)證了電路中的有關(guān)定理。從而可以大大地提高計算精度和工作效率，在電路理論學(xué)科研究與工程實(shí)踐中具有很好的應(yīng)用價值。在以后的學(xué)習(xí)中，可以多利用matlab的強(qiáng)大計算功能來解決一些復(fù)雜的運(yùn)算。這次基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練讓我又掌握了一款有用的軟件，并且對電路題目的解法也有了新的認(rèn)識，這些都是寶貴的收獲。總之每一次的實(shí)踐課學(xué)習(xí)都是在給我們將來積累經(jīng)驗(yàn)，鍛煉自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力。我們應(yīng)該學(xué)會如何整理自己所學(xué)的知識，為現(xiàn)實(shí)生活服務(wù)，保證生命安全，或是讓生活更方便。同時開發(fā)了我們創(chuàng)新思維能力，以及克服困難的決心。6.參考文獻(xiàn)1 陳懷琛 吳大正 高西全 著. matl

12、ab及在電子信息課程中的應(yīng)用（第三版）. 北京：電子工業(yè)出版社, 2006年3月2 邱關(guān)源 著. 電路（第5版）. 北京：高等教育出版社，2006年5月3 黃永安、李文成、高小科 著， matlab 7.0/simulink 6.0應(yīng)用實(shí)例仿真與高效算法開發(fā)，北京：清華大學(xué)出版社，2008年6月4 梅志紅 楊萬銓 主編. matlab程序設(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用. 北京：清華大學(xué)出版社，20055 葉志前.matlablabviewsystemview仿真分析基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社,20056charles k. alexander，matthew n. o. sadiku著，fundamentals of electric circuits(電路基礎(chǔ))， 北京； 清華大學(xué)出版社本科生基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練成績評定表姓 名性 別專業(yè)、班級基礎(chǔ)強(qiáng)化訓(xùn)練題目：matlab在諾