1、matlab軟件在電路分析和仿軟件在電路分析和仿真中的應用真中的應用第一章 matlab簡介第二章 電路分析：m文件第三章 電路仿真：simulink目目 錄錄 MATLAB (matrix laboratory，矩陣實驗室)，最初是由Cleve Moler用Fortran語言設計的，有關矩陣的算法來自Linpack和Eispack課題的研究成果；現在的MATLAB程序是MathWorks公司用 C語言開發的。 MATLAB作為美國 MathWorks公司開發的用于概念設計，算法開發，建模仿真，實時實現的理想的集成環境。是目前最好的科學計算類軟件。 第一章第一章 MATLAB 簡介簡介2022

2、-5-8MATLAB的主要應用領域（1）數值分析。（2）數值和符號計算。（3）工程與科學繪圖。（4）控制系統的設計與方針。（5）數字圖像處理。（6）數字信號處理。（7）通訊系統設計與仿真。（8）財務與金融工程。2022-5-8MATLAB基本組成8個主要部分 MATLAB 開發環境 MATLAB數學函數庫 編程與數據類型 文件I/O 圖形處理 三維可視化 創建圖形用戶界面 MATLAB應用程序接口(API) 2022-5-8MATLAB兩個重要部件 Toolboxes（工具箱函數） 適用于各個應用領域，它包含幾十個工具箱函數（見下頁） Simulink（動態仿真工具） 可利用方框圖構造系統，并

3、進行交互式的動態仿真。2022-5-8在MATLAB產品家族中，MATLAB工具箱是整個體系的基座，它是一個語言編程型(M語言)開發平臺，提供了體系中其它工具所需要的集成環境(比如M語言的解釋器)。同時由于MATLAB對矩陣和線性代數的支持，使得工具箱本身也具有強大的數學計算能力。目前MATLAB 產品的工具箱有四十多個，分別涵蓋了數據采集、科學計算、控制系統設計與分析、數字信號處理、數字圖像處理、金融財務分析以及生物遺傳工程等專業領域。2022-5-8MATLAB包括擁有數百個內部函數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科工具包。功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算，

4、可視化建模仿真，文字處理及實時控制等功能。學科工具包是專業性比較強的工具包，控制工具包，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。開放性使MATLAB廣受用戶歡迎。除內部函數外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構造新的專用工具包。 Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱 Control System Toolbox控制系統工具箱 Communication Toolbox通訊工具箱 Financial Toolbox財政金融工具箱 System Identification Toolbox系統辨識工具箱 Fuz

5、zy Logic Toolbox模糊邏輯工具箱 Higher-Order Spectral Analysis Toolbox高階譜分析工具箱 Image Processing Toolbox圖象處理工具箱 computer vision system toolbox-計算機視覺工具箱 LMI Control Toolbox線性矩陣不等式工具箱 Model predictive Control Toolbox模型預測控制工具箱 -Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱 Neural Network Toolbox神經網絡工具箱 Optimization Toolb

6、ox優化工具箱 Partial Differential Toolbox偏微分方程工具箱 Robust Control Toolbox魯棒控制工具箱 Signal Processing Toolbox信號處理工具箱 Spline Toolbox樣條工具箱 Statistics Toolbox統計工具箱 Symbolic Math Toolbox符號數學工具箱 Simulink Toolbox動態仿真工具箱 Wavele Toolbox小波工具箱 DSP system toolbox-DSP處理工具箱you2022-5-8MATLAB/SIMULNK的主要產品及其相互關系2022-5-8MATL

7、AB的優點 1. 容易使用 2. 可以由多種操作系統支持 3. 豐富的內部函數 4. 強大的圖形和符號功能 5. 可以自動選擇算法 6. 與其他軟件和語言有良好的對接性2022-5-8 MATLAB的缺點 在MATLAB產品家族中，MATLAB工具箱是整個體系的基座，它是一個語言編程型(M語言)開發平臺，提供了體系中其它工具所需要的集成環境(比如M語言的解釋器)。同時由于MATLAB對矩陣和線性代數的支持，使得工具箱本身也具有強大的數學計算能力。目前MATLAB 產品的工具箱有四十多個，分別涵蓋了數據采集、科學計算、控制系統設計與分析、數字信號處理、數字圖像處理、金融財務分析以及生物遺傳工程等

8、專業領域。圖1-2所示為MATLAB/SIMULNK的主要產品及其相互關系。you 運行效率較低 由于MATLAB是一種合成語言，因此，與一般的高級語言相比，用MATLAB編寫的程序運行起來時間往往要長一些。 價格比較貴 一般的用戶可能支付不起它的高昂費用。但是，購買MATLAB的昂貴費用在很大程度上可以由使用它所編寫的程序的價值抵消。MATLAB的缺點2022-5-8 Matlab 的安裝的安裝安裝步驟：1 運行matlab安裝軟件的setup.exe文件2022-5-8 Matlab 的安裝的安裝2 輸入名字和公司名稱3 在第三個空白處(PLP)輸入軟件的序列號sn4 繼續安裝，直到安裝完

9、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2022-5-8MATLAB 7用戶界面概述MATLAB 7的用戶界面主要包括以下三個方面的內容： MATLAB 7的主菜單 MATLAB 7的工具欄 MATLAB 7的窗口2022-5-8使用幫助系統MATLAB 7.0為用戶提供了非常完善的幫助系統，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。2022-5-8第二章第二章 電路分析：電路分析：m文件文件2022-5-8m文件簡介 用戶如想靈活應用matlab去解決實際問題，充分調用matla

10、b的科學技術資源，就需要編輯m文件 包含matlab語言代碼的文件稱為m文件，其擴展名為m。 編輯m文件可使用各種文本編輯器。2022-5-8 m文件的創建 m文件的類型是普通的文本文件，我們可以使用系統認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。具體的創建方法：1. 在matlab命令窗 口點擊file 菜單 new m-file2022-5-82022-5-8 m文件類型 m文件的語法類似于c語言，但又有其自身特點。它只是一個簡單的ASCII碼文本文件，執行程序時逐行解釋運行程序，matlab是解釋性的編程語言。 m文件有兩類獨立的m文件 稱

11、命令文件 可調用m文件 稱函數文件(略)(1). 命令文件 簡單的m文件 命令文件實際上是一串指令的集合，與在命令窗口逐行執行文件中的所有指令，其結果是一樣的。沒有輸入輸出參數。2022-5-8 命令文件包括兩部分：注釋文件和程序文件%RANKNumber of linearly independent rows or columns.% K = RANK(X) is the number of singular values of X% that are larger than MAX(SIZE(X) * NORM(X) * EPS.% K = RANK(X,tol) is the numb

12、er of singular values of X that% are larger than tol.% Copyright (c) 1984-94 by The MathWorks, Inc.s = svd(x);if (nargin = 1) tol = max(size(x) * max(s) * eps;endr = sum(s tol);程序部分2022-5-8 (2).matlab內置函數文件 matlab自定義的函數文件稱內置函數文件 調用內置函數的方法：使用函數名并給出相應的入口、出口參數即可。 例如：sin.m函數用type sin查不到。 調用格式：y=sin(2*x)

13、 實際應用中： x=0:2*pi/180:2*pi; y=sin(2*x) plot(x,y)01234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.812022-5-814221017340008517340001)(ssssRCLCssRCsH取R=255歐，L=125uH，C=6800pF，則：m文件如下：% LCR串聯諧振電路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=1734000 0;den=85 1734000 1014

14、;Hs=tf(num,den)figure(1);bode(num,den); % s域傳遞函數對應的波特圖2022-5-8RsCsLRsH1)(C1/wCRRLwLUsVo 傳遞函數模型傳遞函數模型 【調用格式】【調用格式】sys = tf(num,den)sys = tf(num,den)【說明】【說明】numnum和和denden分別是傳遞函數的分子多項式系數和分母多項式系數，按分別是傳遞函數的分子多項式系數和分母多項式系數，按s s的降的降冪排列。冪排列。tftf函數的返回值是一個對象，稱之為函數的返回值是一個對象，稱之為TFTF對象，對象，numnum和和denden是是TFTF對象

15、的屬性。對象的屬性。1. SISO系統的系統的TF數學模型數學模型例 如右圖，電路的傳遞函數為：2022-5-8運行結果2022-5-8運行結果2022-5-8第三章第三章 電路仿真：電路仿真：simulink2022-5-8SIMULINK的特點的特點 SIMULINK是一種強有力的仿真工具，它能讓使用者在圖形方式下以最小的代價來模擬真實動態系統的運行。SIMULINK準備有數百種預定義系統環節模型、最先進有效的積分算法和直觀的圖示化工具。依托SIMULINK強健的仿真能力，用戶在原型機制造之前就可建立系統的模型，從而評估設計并修補瑕疵。SIMULINK具有如下特點：(1) 建立動態系統的模

16、型并進行仿真。SIMULINK是一種圖形化的仿真工具，用于對動態系統建模和控制規律的研究制定。由于支持線性、非線性、連續、離散、多變量和混合式系統結構，SIMULINK幾乎可分析任何一種類型的真實動態系統。2022-5-8(2) 以直觀的方式建模。利用SIMULINK可視化的建模方式，可迅速地建立動態系統的框圖模型。只需在SIMULINK元件庫中選出合適的模塊并拖放到SIMULINK建模窗口，鼠標點擊連接就可以了。SIMULINK標準庫擁有的模塊超過150種，可用于構成各種不同種類的動態系統。模塊包括輸入信號源、動力學元件、代數函數和非線性函數、數據顯示模塊等。SIMULINK模塊可以被設定為

17、觸發和使能的，能用于模擬大模型系統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模塊庫是可定制的，能夠擴展以包容用戶自定義的系統環節模塊。用戶也可以修改已有模塊的圖標，重新設定對話框，甚至換用其它形式的彈出菜單和復選框。SIMULINK允許用戶把自己編寫的C、FORTRAN、Ada代碼直接植入SIMULINK模型中。2022-5-8SIMULINK的模塊庫介紹 整個Simulink模塊庫是由各個模塊組構成，標準的Simulink模塊庫中，包括：信號源模塊組(Source)、儀器儀表模塊組(Sinks)、連續模塊組( Continuous)、離散模塊組(Dis

18、crete)、數學運算模塊組(Math)、非線性模塊組(Nonlinear)、函數與表格模塊組(Function&Tables )、信號與系統模塊組(Signals&Systems)和子系統模塊組(Subsystems)幾個部分，此外還有和各個工具相與模塊集之間的聯系構成的子模塊組，用戶還可以將自己編寫的模塊組掛靠到整個模型庫瀏覽器下。2022-5-8電力系統模塊庫的介紹 進入MATLAB系統后打開模塊庫瀏覽窗口，用鼠標左鍵雙擊其中的Power System Blocks即可彈出電力系統工具箱模塊庫，它包括連接元件庫(Connectors)，電源庫(Electrical Sou

19、rces)，基本元件庫(Elements)，元件庫(Extra Library)，電機元件庫(Machines)，測量元件庫(Measurements)和電力電子元件庫(Power Electronics)。這些模塊庫包含了大多數常用電力系統元件的模塊。利用這些庫模塊及其它庫模塊，用戶可方便、直觀地建立各種系統模型并進行仿真。2022-5-8 電路電路simulink仿真仿真演示演示下面用一個簡單的例子，說明利用SIMULINK進行電力系統仿真的最基本方法。對于初入門的讀者而言，可以按本節步驟搭建系統，也可以不進行搭建，以了解過程和仿真結果。【例【例1.1】半橋逆變器和無極燈的等效模型為電路，進行仿真。電路如下所示。2022-5-81 打開simulink 1) 打開matlab 2) 在command window中輸入simulink 后回車。或使用圖標即可打開simulink的模塊庫瀏覽器。 3) 鼠標點擊主菜單的新建按鈕，即彈出simulink的mdl文件2022-5-82 放置元器件1) 放置R、L、C和地：在模型庫瀏覽器中找到SimPowerSystems，點擊其前面的+號，將它展開。點擊Elements子模塊，在其中找到“Parallel RLC Branch”或G