1、 MATLAB 程序设计论文题 目： matlab 在电路分析中的应用分 院： 理工分院班 级： 15 电子信息工程本一姓 名： 宣陈波学 号： 15219112138完成日期： 2016 年 4 月 20 日指导教师： 朱海涛 温州大学瓯江学院教务部二一六年四月制1 Matlab 与在电路分析中的优势1.1Matlab 基础MATLAB 桌面包括以下部分： （1）命令窗口（Command windows）：是主要交互窗口，用于输入命令并显示除图形以外的一切执行结果。“”是命令提示符，表示 MATLAB 处于准备状态，可以在该符号后面输入命令。如果一个命令很长，一个物理行写不下，可以在第一个物
2、理行之后加上 3 个小黑点（续行符）按回车键，然后下一个物理行接着写命令的其余部分。 （2）工作空间窗口（Workspace）：是MATLAB 用于存储各种变量和结果的内存空间。在该窗口中显示所有变量的名称、取值，可以对变量进行观察、编辑、保存和删除。注意，工作空间中的变量只是驻留在内存中，如果要将数据长期保留备用，必须用 MAT 文件对数据进行保存。 （3）当前目录窗口（Current Directory）：主要为用户提供目录结构，方便组织管理文件，不同类型的文件在不同目录下，可以通过路径搜索文件。 （4）命令历史窗口（Command History）：默认情况下，会自动保留自安装起所有用过
3、的命令的历史记录，还标明了使用时间，方便查询。通过双击命令可进行历史命令的再运行。要清楚这些命令，可以选择“Edit”菜单中的“Clear Command History”命令或者选择该窗口的快捷菜单中的“Clear Command History”命令。1.2 在电路分析中的特点在电路分析中，随着电路规模的加大，微分方程的阶数以及联立方程的个数势必增多，给解算带来困难。传统的计算机编程语言等在处理高阶微分方程和大规模联立方程组的问题时，大量的时间和精力都花在矩阵处理和图形的生成分析等繁琐易错的细节上。MATLAB 在矩阵处理和图形处理等方面有着得天独厚的优势。利用 MATLAB的 M 文件来
4、求解电路方程，只需一个或几个语句即可完成。1.3 实际应用电阻电路：由电阻，受控源，独立电源组成的电路称为电阻电路。 MATLAB 具有数学方程强大的数学方程求解功能，运用这一功能，可以手工建立电路方程，表示为Ax=B（A 是系数矩阵，取决于电路元件的值；x 是由电路中一些电压和电流构成的列向量；B 是右端列向量，与电压源电压和电流源电流有关）再用 MATLAB 求解线性代数方程，指令为 x=AB。 分析电路的基本依据是 KVL 和 KCL，列方程的基本原则是利用节点（包括广义节点）和回路（包括假设回路）的相互约束关系，建立含未知数最少求解方程最容易的方程组。2 MATLAB 在不同电路中的作
5、用21 频域分析用拉普拉斯变换分析线性动态电路，与相量法分析正弦稳态电路的基本思想是类似的。先构造时域电路对应的运算电路，然后用复频域分析求解响应，最后将响应反变换到时域。 在频域分析中常要对传递函数的零点极点进行分析。MATLAB 提供了以下函数进行处理。 z,p,k=tf2zp(n,d)，其中 n 由传递函数分子多项式元素按降幂排列的系数构成，d 由传递函数分母多项式按降幂排列的系数构成，该函数将传递函数的零点返回给 z，将传递函数的极点返回给 p，增益返回给 k。 r,p,k=residue(n,d)，其中 n，d 的意义同上，该函数将传递函数按部分分式展开后的留数返回给 r，极点返回给
6、 p，直接项返回给 k。该函数还可以进行反向运算。格式为n,d=residue(r,p,k)接下来是一例例: 如图 C1=1.73F,C2=C3=0.27F,L=1H,R=1 试以 U2 为响应分析电路的频率响应2-1 频率响应电路解：在正弦稳态下，对 C1 和电流源.I2 的并联支路可以等效为电压源，U2 可以根据分压计算。图 2-1取=0，0.01，10为横坐标作图。MATLAB应用程序如下： C1=1.73;C2=0.27;C3=0.27;R=1;L=1; w=0:0.01:10;%产生频率数组 Zc1=1./(j*w*C1); Zrc3=1./(1/R+j*w*C3); Zlc2=1.
7、/(j*w*C2+1./(j*w*L);H=Zrc3.*Zc1./(Zrc3+Zlc2+Zc1); figure(1) %绘制线性频率特性 subplot(2,1,1),plot(w,abs(H);%绘制幅频特性 grid;xlabel(w),ylabel(abs(H); subplot(2,1,2);plot(w,angle(H)*180/pi)%绘制相频特性 grid,xlabel(w);ylabel(angle(H); figure(2); %绘制对数频率特性 subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(abs(H);grid,xlabel(w),ylabel(
8、DB); subplot(2,1,2);semilogx(w,angle(H)*180/pi); grid,xlabel(w),ylabel(angle(H); 运行后绘制曲线如下：22 拉普拉斯变换法国数学家Pierre-Simon Laplace 引入的积分变换可以巧妙的把一般常系数微分方程映射成代数方程，奠定了电路分析、自动控制原理的数学模型基础。 MATLAB 语言求解的步骤如下： （1） 定义符号变量t，如此就可以描述时域表达式函数。申明符号变量用syms 命令。 （2） 直接调用laplace()函数。调用格式为： （a） F=laplace(xt)注意xt 是函数x(t)的符号表
9、达式。默认时间变量t，复频域变量s。 （b） F=laplace(xt,v,u)用户指定时域变量v 和复频域变量u。 （3） 对于复杂的问题，得出的结果形式还需要pretty()函数或者latex() 函数对结果进一步处理。 如果已经知道了拉普拉斯变换式子，则可以用ilaplace()函数进行反变换， 调用格式为： （a） f=ilaplace(Fun)用默认变量s、t。（b） f=ilaplace(Fun,u,v)由用户指定时域变量v 和复频域变量u3 结论通过以上论点，我们可以知道应用MATLAB建立M文件或用Simulink进行电路分析的模拟可充分发挥MATLAB编程教率高、语言简单、
10、绘图方便以及模型生成直现等特点。模拟结果表明： 1)MATLAB以不预先规定维数的复数矩阵作为基本的运算单元，并提供了大量的矩阵生成及运算函数，摒弃了传统C语言或汇编语言的程序冗长、可读性差、调试费时等缺点，从而使得电路分析的模拟运算更加方便、快捷，提高了效率。 2) MATLAB提供的Simulink是用来进行建模、模拟和分析的软件包。它可以用鼠标点击或拖拉模块的图标建模，这是与以前需要用编程语吉明确地用公式表达微分方程的模拟软件包所远远不能比拟的。它还可以任模拟随时改变参数并用Scope随时地观察模拟波形，用Display可显示模拟结果。使得模拟更加具有实时性、直观性。 3)从教学实践来看
11、，将MATLAB应用于实验数据的处理是一种非常行之有效的方法，具有广阔的应用前景；其编程语言简洁易懂，用几条简单的命令就可以代替繁琐的计算，且准确率高-同时它也可以激发学生做实验的兴趣，让他们摆脱传统的枯燥无味的重复计算的苦恼，也锻炼了他们使用计算机的能力，提高了他们的计算机水平。参考文献1陈晓平，李长杰，MATLAB 程序设计及其在电路与控制理论中的应用|M|.合肥：中国科学技术大学出版社 2004.2海欣.电路原理学习及考研辅导|M|.北京：国防工业出版社，2008.3李瀚荪.电路分析基础（上、下册） （第四版）|M|.北京：高等教育出版社，20065同济大学应用数学系.高等数学（下册）|M|第二版.西安电子科技大学出版社，2007
