matlab在電路分析和仿真中的應(yīng)用

matlab軟件在電路分析和仿真中的應(yīng)用2/4/2023第一章matlab簡(jiǎn)介第二章電路分析：m文件第三章電路仿真：simulink目錄2/4/2023

◎MATLAB(matrixlaboratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室)，最初是由CleveMoler用Fortran語言設(shè)計(jì)的，有關(guān)矩陣的算法來自Linpack和Eispack課題的研究成果；現(xiàn)在的MATLAB程序是MathWorks公司用C語言開發(fā)的。

◎MATLAB作為美國(guó)MathWorks公司開發(fā)的用于概念設(shè)計(jì)，算法開發(fā)，建模仿真，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的理想的集成環(huán)境。是目前最好的科學(xué)計(jì)算類軟件。

第一章MATLAB簡(jiǎn)介2/4/2023MATLAB的主要應(yīng)用領(lǐng)域（1）數(shù)值分析。（2）數(shù)值和符號(hào)計(jì)算。（3）工程與科學(xué)繪圖。（4）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與方針。（5）數(shù)字圖像處理。（6）數(shù)字信號(hào)處理。（7）通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。（8）財(cái)務(wù)與金融工程。2/4/2023MATLAB基本組成8個(gè)主要部分MATLAB開發(fā)環(huán)境MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)編程與數(shù)據(jù)類型文件I/O圖形處理三維可視化創(chuàng)建圖形用戶界面MATLAB應(yīng)用程序接口(API)

2/4/2023MATLAB兩個(gè)重要部件Toolboxes（工具箱函數(shù)）適用于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，它包含幾十個(gè)工具箱函數(shù)（見下頁）Simulink（動(dòng)態(tài)仿真工具）可利用方框圖構(gòu)造系統(tǒng)，并進(jìn)行交互式的動(dòng)態(tài)仿真。2/4/2023

在MATLAB產(chǎn)品家族中，MATLAB工具箱是整個(gè)體系的基座，它是一個(gè)語言編程型(M語言)開發(fā)平臺(tái)，提供了體系中其它工具所需要的集成環(huán)境(比如M語言的解釋器)。同時(shí)由于MATLAB對(duì)矩陣和線性代數(shù)的支持，使得工具箱本身也具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有四十多個(gè)，分別涵蓋了數(shù)據(jù)采集、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。

2/4/2023MATLAB包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來擴(kuò)充MATLAB的符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包，控制工具包，信號(hào)處理工具包，通信工具包等都屬于此類。開放性使MATLAB廣受用戶歡迎。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對(duì)源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。MatlabMainToolbox——matlab主工具箱ControlSystemToolbox——控制系統(tǒng)工具箱CommunicationToolbox——通訊工具箱FinancialToolbox——財(cái)政金融工具箱SystemIdentificationToolbox——系統(tǒng)辨識(shí)工具箱FuzzyLogicToolbox——模糊邏輯工具箱Higher-OrderSpectralAnalysisToolbox——高階譜分析工具箱ImageProcessingToolbox——圖象處理工具箱computervisionsystemtoolbox----計(jì)算機(jī)視覺工具箱LMIControlToolbox——線性矩陣不等式工具箱ModelpredictiveControlToolbox——模型預(yù)測(cè)控制工具箱μ-AnalysisandSynthesisToolbox——μ分析工具箱NeuralNetworkToolbox——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱OptimizationToolbox——優(yōu)化工具箱PartialDifferentialToolbox——偏微分方程工具箱RobustControlToolbox——魯棒控制工具箱SignalProcessingToolbox——信號(hào)處理工具箱SplineToolbox——樣條工具箱StatisticsToolbox——統(tǒng)計(jì)工具箱SymbolicMathToolbox——符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱SimulinkToolbox——?jiǎng)討B(tài)仿真工具箱WaveleToolbox——小波工具箱DSPsystemtoolbox-----DSP處理工具箱you2/4/2023MATLAB/SIMULNK的主要產(chǎn)品及其相互關(guān)系2/4/2023MATLAB的優(yōu)點(diǎn)1.容易使用2.可以由多種操作系統(tǒng)支持3.豐富的內(nèi)部函數(shù)4.強(qiáng)大的圖形和符號(hào)功能5.可以自動(dòng)選擇算法6.與其他軟件和語言有良好的對(duì)接性2/4/2023MATLAB的缺點(diǎn)在MATLAB產(chǎn)品家族中，MATLAB工具箱是整個(gè)體系的基座，它是一個(gè)語言編程型(M語言)開發(fā)平臺(tái)，提供了體系中其它工具所需要的集成環(huán)境(比如M語言的解釋器)。同時(shí)由于MATLAB對(duì)矩陣和線性代數(shù)的支持，使得工具箱本身也具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算能力。目前MATLAB產(chǎn)品的工具箱有四十多個(gè)，分別涵蓋了數(shù)據(jù)采集、科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、金融財(cái)務(wù)分析以及生物遺傳工程等專業(yè)領(lǐng)域。

圖1-2所示為MATLAB/SIMULNK的主要產(chǎn)品及其相互關(guān)系。you運(yùn)行效率較低由于MATLAB是一種合成語言，因此，與一般的高級(jí)語言相比，用MATLAB編寫的程序運(yùn)行起來時(shí)間往往要長(zhǎng)一些。價(jià)格比較貴一般的用戶可能支付不起它的高昂費(fèi)用。但是，購(gòu)買MATLAB的昂貴費(fèi)用在很大程度上可以由使用它所編寫的程序的價(jià)值抵消。MATLAB的缺點(diǎn)2/4/2023

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的安裝安裝步驟：1運(yùn)行matlab安裝軟件的setup.exe文件2/4/2023

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的安裝2輸入名字和公司名稱3在第三個(gè)空白處(PLP)輸入軟件的序列號(hào)sn4繼續(xù)安裝，直到安裝完成。5安裝幫助將安裝目錄中的help文件夾替換為安裝包中的help文件夾2/4/2023MATLAB7用戶界面概述MATLAB7的用戶界面主要包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容：MATLAB7的主菜單MATLAB7的工具欄MATLAB7的窗口2/4/2023使用幫助系統(tǒng)

MATLAB7.0為用戶提供了非常完善的幫助系統(tǒng)，例MATLAB的在線幫助、幫助窗口、幫助提示、HTML格式的幫助、pdf格式的幫助文件及MATLAB的示例和演示等。2/4/2023第二章電路分析：m文件2/4/2023m文件簡(jiǎn)介用戶如想靈活應(yīng)用matlab去解決實(shí)際問題，充分調(diào)用matlab的科學(xué)技術(shù)資源，就需要編輯m文件包含matlab語言代碼的文件稱為m文件，其擴(kuò)展名為m。編輯m文件可使用各種文本編輯器。2/4/2023

m文件的創(chuàng)建m文件的類型是普通的文本文件，我們可以使用系統(tǒng)認(rèn)可的文本文件編輯器來建立m文件。如dos下的edit，windows的記事本和word等。具體的創(chuàng)建方法：在matlab命令窗口點(diǎn)擊file菜單newm-file2/4/20232/4/2023m文件類型

m文件的語法類似于c語言，但又有其自身特點(diǎn)。它只是一個(gè)簡(jiǎn)單的ASCII碼文本文件，執(zhí)行程序時(shí)逐行解釋運(yùn)行程序，matlab是解釋性的編程語言。m文件有兩類獨(dú)立的m文件—稱命令文件可調(diào)用m文件—稱函數(shù)文件(略)(1).命令文件—簡(jiǎn)單的m文件命令文件實(shí)際上是一串指令的集合，與在命令窗口逐行執(zhí)行文件中的所有指令，其結(jié)果是一樣的。沒有輸入輸出參數(shù)。2/4/2023命令文件包括兩部分：注釋文件和程序文件%RANK Numberoflinearlyindependentrowsorcolumns.% K=RANK(X)isthenumberofsingularvaluesofX% thatarelargerthanMAX(SIZE(X))*NORM(X)*EPS.% K=RANK(X,tol)isthenumberofsingularvaluesofXthat% arelargerthantol.% Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc.s=svd(x);if(nargin==1)tol=max(size(x))*max(s)*eps;endr=sum(s>tol);程序部分2/4/2023

(2).matlab內(nèi)置函數(shù)文件matlab自定義的函數(shù)文件稱內(nèi)置函數(shù)文件調(diào)用內(nèi)置函數(shù)的方法：使用函數(shù)名并給出相應(yīng)的入口、出口參數(shù)即可。例如：sin.m函數(shù)——用typesin查不到。調(diào)用格式：y=sin(2*x)實(shí)際應(yīng)用中：x=0:2*pi/180:2*pi;y=sin(2*x)plot(x,y)2/4/2023取R=255歐，L=125uH，C=6800pF，則：m文件如下：%LCR串聯(lián)諧振電路R=255;L=125*10^(-6);C=6800*10^(-12);wo=1/sqrt(L*C),%wo=1/sqrt(L*C)諧振角頻率fo=wo/2/pi,%諧振頻率num=[17340000];den=[85173400010^14];Hs=tf(num,den)figure(1);bode(num,den);%s域傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的波特圖2/4/2023傳遞函數(shù)模型

【調(diào)用格式】sys=tf(num,den) 【說明】num和den分別是傳遞函數(shù)的分子多項(xiàng)式系數(shù)和分母多項(xiàng)式系數(shù)，按s的降冪排列。tf函數(shù)的返回值是一個(gè)對(duì)象，稱之為TF對(duì)象，num和den是TF對(duì)象的屬性。1.SISO系統(tǒng)的TF數(shù)學(xué)模型例如右圖，電路的傳遞函數(shù)為：2/4/2023運(yùn)行結(jié)果2/4/2023運(yùn)行結(jié)果2/4/2023第三章電路仿真：simulink2/4/2023SIMULINK的特點(diǎn)

SIMULINK是一種強(qiáng)有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價(jià)來模擬真實(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行。SIMULINK準(zhǔn)備有數(shù)百種預(yù)定義系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進(jìn)有效的積分算法和直觀的圖示化工具。依托SIMULINK強(qiáng)健的仿真能力，用戶在原型機(jī)制造之前就可建立系統(tǒng)的模型，從而評(píng)估設(shè)計(jì)并修補(bǔ)瑕疵。SIMULINK具有如下特點(diǎn)：

(1)建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模型并進(jìn)行仿真。SIMULINK是一種圖形化的仿真工具，用于對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和控制規(guī)律的研究制定。由于支持線性、非線性、連續(xù)、離散、多變量和混合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，SIMULINK幾乎可分析任何一種類型的真實(shí)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。2/4/2023

(2)以直觀的方式建模。利用SIMULINK可視化的建模方式，可迅速地建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的框圖模型。只需在SIMULINK元件庫(kù)中選出合適的模塊并拖放到SIMULINK建模窗口，鼠標(biāo)點(diǎn)擊連接就可以了。SIMULINK標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)擁有的模塊超過150種，可用于構(gòu)成各種不同種類的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。模塊包括輸入信號(hào)源、動(dòng)力學(xué)元件、代數(shù)函數(shù)和非線性函數(shù)、數(shù)據(jù)顯示模塊等。SIMULINK模塊可以被設(shè)定為觸發(fā)和使能的，能用于模擬大模型系統(tǒng)中存在條件作用的子模型的行為。

(3)增添定制模塊元件和用戶代碼。SIMULINK模塊庫(kù)是可定制的，能夠擴(kuò)展以包容用戶自定義的系統(tǒng)環(huán)節(jié)模塊。用戶也可以修改已有模塊的圖標(biāo)，重新設(shè)定對(duì)話框，甚至換用其它形式的彈出菜單和復(fù)選框。SIMULINK允許用戶把自己編寫的C、FORTRAN、Ada代碼直接植入SIMULINK模型中。2/4/2023SIMULINK的模塊庫(kù)介紹

整個(gè)Simulink模塊庫(kù)是由各個(gè)模塊組構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)的Simulink模塊庫(kù)中，包括：信號(hào)源模塊組(Source)、儀器儀表模塊組(Sinks)、連續(xù)模塊組(Continuous)、離散模塊組(Discrete)、數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組(Math)、非線性模塊組(Nonlinear)、函數(shù)與表格模塊組(Function&Tables)、信號(hào)與系統(tǒng)模塊組(Signals&Systems)和子系統(tǒng)模塊組(Subsystems)幾個(gè)部分，此外還有和各個(gè)工具相與模塊集之間的聯(lián)系構(gòu)成的子模塊組，用戶還可以將自己編寫的模塊組掛靠到整個(gè)模型庫(kù)瀏覽器下。2/4/2023電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的介紹

進(jìn)入MATLAB系統(tǒng)后打開模塊庫(kù)瀏覽窗口，用鼠標(biāo)左鍵雙擊其中的PowerSystemBlocks即可彈出電力系統(tǒng)工具箱模塊庫(kù)，它包括連接元件庫(kù)(Connectors)，電源庫(kù)(ElectricalSources)，基本元件庫(kù)(Elements)，元件庫(kù)(ExtraLibrary)，電機(jī)元件庫(kù)(Machines)，測(cè)量元件庫(kù)(Measurements)和電力電子元件庫(kù)(PowerElectronics)。這些模塊庫(kù)包含了大多數(shù)常用電力系統(tǒng)元件的模塊。利用這些庫(kù)模塊及其它庫(kù)模塊，用戶可方便、直觀地建立各種系統(tǒng)模型并進(jìn)行仿真。2/4/2023

電路simulink仿真演示

下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，說明利用SIMULINK進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真的最基本方法。對(duì)于初入門的讀者而言，可以按本節(jié)步驟搭建系統(tǒng)，也可以不進(jìn)行搭建，以了解過程和仿真結(jié)果。

【例1.1】半橋逆變器和無極燈的等效模型為電路，進(jìn)行仿真。電路如下所示。2/4/20231打開simulink1)打開matlab2)在commandwindow中輸入simulink后回車?；蚴褂脠D標(biāo)即可打開simulink的模塊庫(kù)瀏覽器。3)鼠標(biāo)點(diǎn)擊主菜單的新建按鈕，即彈出simulink的mdl文件2/4/20232放置元器件1)放置R、L、C和地：在模型庫(kù)瀏覽器中找到SimPowerSystems，點(diǎn)擊其前面的+號(hào)，將它展開。點(diǎn)擊Elements子模塊，在其中找到“ParallelRLCBranch”或Ground，鼠標(biāo)選擇它不