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电路系统仿真峰摘要：本文通过MATLAB软件的Simulink和M文件对RLC电路的仿真求值设计的过程及原理，实现了电路系统的动态仿真，并通过M文件的代码编写来进行理论验证仿真结果的正确性，通过Similink能够使电路的分析和计算变得更加快捷、方便，为电路分析提供了一种有效的辅助工具。关键词：MATLAB Simulink 电路仿真一、 MATLAB和Simulink的介绍1、MATLAB的概述：MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分.MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。2、Simulink的功能Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具， 是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。. 构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB® 紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。3、Simulink的工具箱仿真模块Simulink工具箱中含有大量的仿真模块集，例如Power System Blockset （PSB）,DSP Blockset ,Communication Blockset,CDMA Reference Blockset, Nonlinear Control Design Blockset 等专门领域应用的仿真模块。研究MATLAB在电路仿真中的应用，主要用到的是Simulink节点下的Commonly used Blocks ,Sinks ,Sources 等模块以及在电路仿真中最长用的Power System Blockset（DSP）模块。其中电路仿真元件库SimPowerSystems库，内部有基本连接件（Connector）、电源（Electrical Sources）、基本元器件（Elements）等七个子库，如图1所示。图1 电路仿真元件库及其子库电阻、电感和电容元件在基本元器件（Element）子库中，在MATLAB软件中，没有独立的电阻、电容和电感元件，三者是以复合元件的形式出项的，分别是并联RLC支路、并联RLC负载、串联RLC支路和串联RLC负载4种形式，如图2所示。 图2 四种复合元件如果需要独立的电阻、电感和电容元件，可双击元器件弹出如下图3所示界面进行设置。 图3 独立元件设置二、 仿真内容及理论分析计算1、仿真内容：已知电路如图4所示，其中。试求3个电阻上的电压。 图4 电路图2、理论计算：由图4可找出电路节点a、b，然后利用基尔霍夫电流（KCL）和电压定律（KVL）对回路分别列电流方程和电压方程如下：将上述电路的KCL和KVL方程写成矩阵形式如下：写成M文件求解电路，代码编写如下：clear; clc;R1=5;R2=10;R3=10;E1=15;E2=65;A=1 1 -1;R1 0 R3;0 R2 R3; B=0; E1; E2;I=AB;U1=R1*I(1)U2=R2*I(2)U3=R3*I(3)将上面代码运行，由运行结果可知，3个电阻对应的电压分别为三、 Simulink的动态仿真：打开Simulink的工作窗口，从元件库sim powersystems及其它的一些库中拖出题目要求的元器件，包括直流电压、串联RLC电阻、display及电压表（voltage measurement）、电压表（voltage measurement），按照电路图，并进行连接，建立Simulink电路仿真模型，电路布局图如图5所示， 图5 绘制的仿真电路图点击 运行，可通过“display”查看所求结果。由上图5可知，运行得出的电压值为。四、结果分析及总结通过Simulink电路系统建模，仿真出来所求的电压值和用MATLAB的M文件进行理论计算得到结果是一样的，验证了Simulink电路系统动态仿真的结果的正确性。从中我们也可以看出simulink在电路仿真的优越性：在该环境中无需书写大量的程序，只要通过简单直观的鼠标操作，就可以构造出复杂的仿真系统，从而提高了工作效率。通过Similink能够使电路的分析和计算变得更加快捷