MATLAB,SIMULINK在阻抗匹配网络中的分析与应用.docx

武汉理工大学基础技能强化训练课程设计说明书MATLAB简介 MATLAB是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境,除了具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能.MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言简捷得多.MATLAB是国际公认的优秀数学应用软件之一. 概括地讲,整个MATLAB系统由两部分组成,即MATLAB内核及辅助工具箱,两者的调用构成了MATLAB的强大功能.MATLAB语言以数组为基本数据单位,包括控制流语句,函数,数据结构,输入输出及面向对象等特点的高级语言,它具有以下主要特点: 1)运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高,MATLAB除了提供和C语言一样的运算符号外,还提供广泛的矩阵和向量运算符.利用其运算符号和库函数可使其程序相当简短,两三行语句就可实现几十行甚至几百行C或FORTRAN的程序功能. 2)既具有结构化的控制语句(如for循环,while循环,break语句,if语句和switch语句),又有面向对象的编程特性. 3)图形功能强大 它既包括对二维和三维数据可视化,图像处理,动画制作等高层次的绘图命令,也包括可以修改图形及编制完整图形界面的,低层次的绘图命令. 4)功能强大的工具箱 工具箱可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱.功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互的功能.而学科性工具箱是专业性比较强的,如优化工具箱,统计工具箱,控制工具箱,小波工具箱,图象处理工具箱,通信工具箱等. 1 含耦合电感电路的计算电路图如图1所示，已知C1=-j3，L1=j8，L2=j6，R1=4，R2=5。若Us=100v，L1、L2为反向耦合，互感阻抗为j2；求I1，I2的值。I2I1 图1 非线性电路1.1对含耦合电感电路进行原理分析： 以上电路中负载已知，且已知L1、L2反向耦合，让我们求出电流I1、I2的值。这里我们可以用回路电流法直接将其求出。我们以L1、L2、R1、C1三个元件组成的电路为树，以V1那条线为一支路，以R2负载为另外一条支路，从而组成两回路，根据这两条回路我们可以求得两个回路的回路电流，根据回路电流可求得两个回路的回路电流，即I1、I2.1.2 建模： I1、I2如图已设出，在两个回路中有一个公用的负载L2，由于在两个回路中如果流经两个回路中公用的阻抗的电流方向相同就去取正，如果流经的电流方向相反则为负，在本题中流经L2的两个电流是相反的所以应取负，在含耦合电感的电路中，电感同向耦合互感阻抗取正，电感反向耦合互感阻抗取负，这里电感反向耦合所以取负。因而根据这两个回路我们可以写出两个相关的方程；即 我们可以把这两个方程转换成矩阵，设A矩阵为I1和I2的序数，B矩阵为右边的【100，0】，设I1和I2就为要求的未知量I，由此我们可以写出一个矩阵方程AI=B；两边同时左乘A的逆，就可以得到I=A的逆乘以B. 在A矩阵中在I矩阵中在B矩阵中; 通过计算我们就可以求出两支路的电流电流的值，即I1、I2。我们求得I1 = 20.2621 + 1.2398j；I2 =8.2182 + 2.8339j1.3应用MATLAB对上面的题目编程clear;clc;V1=100:R1=4;R2=5;C1=-1i*3;L1=1i*8;L2=1i*6; %为给定原件赋值A=R1+C1+L2 -1i*2-L2;-1i*2-L2 L1+L2+1i*2*2+5;%对A矩阵各元素赋值B=V1;V1*0; %对B矩阵各元素赋值I=inv(A)*B; %方程求解I1=I(1) %解出电流值I1I2=I(2) %接触电流值I2运行程序后得到的结果如图1-2所示：图1-2 运行结果1.4 绘图 通过编程我们就可以求出I1、I2的值，但是当负载一定时流经负载的电流与电源电压有什么关系呢？为此我们可以运用MATLAB强大的绘图功能，通过设置电源电压的变化来得到各组不同的流经负载的电流值。为此我们可以这样编程：clear;clc;V1=50:100;R1=4;R2=5;C1=-1i*3;L1=1i*8;L2=1i*6;A=R1+C1+L2 -1i*2-L2;-1i*2-L2 L1+L2+1i*2*2+5;B=V1;V1*0;I=inv(A)*B;I1=I(1,V1-50+1);I2=I(2,V1-50+1);subplot(2,1,1);plot(V1,I1);xlabel(V1);ylabel(I1);title(电流I1随电源电压变化曲线);%画出电流I1随电源电压变化曲线subplot(2,1,2);plot(V1,I2);xlabel(V1);ylabel(I2);title(电流I2随电源电压变化曲线);%画出电流I2随电源电压变化曲线绘制图形如图1-3所示。图1-3 电流I1、I2随电源电压变化曲线1.5 MALAB中使用的函数功能介绍第一行，第二行：clear清理内存； clc 清屏；第八行：inv（）求出双括号内矩阵的逆矩阵；第十一行：subplot（a，b，c）创建子图，使多份图形能同时出现在一个对话框内；第十二行：plot函数用于绘制xy平面上的线性坐标曲线图，因此需要提供一组x坐标及其各点对应的y坐标，这样就可以绘制分别以x和y为横、纵坐标的二维曲线，plot函数的基本调用格式为：plot（x，y）第十三行：xlabel（），ylabel（），title（）分别定义二维曲线图的横坐标、纵坐标、标题。2对结果的对比与分析 图1-2为V1一定时计算得出的I1、I2的值，图1-3为V1变化时I1、I2随V1的变化情况。通过两者的对比我们不难发现在本题中的含耦合电感的电路中，当电源电压一定时各支路中电流的值也是一定的，而当电源电压的值变化时，各支路中电流至也随之变化且两者成正比关系。3.心得与体会 通过本次的基础强化训练，我接触到了MATLAB软件，并了解了MATLAB进行简单的编程解题以及绘制图形的方法，对它有了一个初步的了解。这也让我认识到了这个软件的强大功能，本设计是运用MATLAB求解电路题目，这只是它的一个简单的应用，MATLAB在很多方面有应用，如数学和计算机发展模型、模拟仿真和原型、数据分析开发和可视化、科学和工程图形、应用发展包括图形用户页面设计等方面。由于时间问题，不能一一举例，只有自己在以后的学习中慢慢学习，自己探索，更好的掌握这个软件。 在本次设计中，我对MATLAB的一些扩展功能也有所尝试，比如说MATLAB的自带仿真软件SIMULINK，但是由于没有进行过系统的学习，所以这种一步一步的摸索型的尝试最终没有成功，但是通过一些资料的查阅，MATLAB的强大功能已经展现在我的面前。用MATLAB来对复杂电路进行分析和计算，不仅能节约计算时间、方便地调试电路参数，而且还可以非常直观的观察和测量电路中的电压、电流和功率等物理量。结论表明，MATLAB提供了高效简洁的编程方法，其强大而简易的绘图功能、矩阵和数组运算能力以及很强的扩充性，能充分满足电路分析、计算的需要，从而可以大大地提高计算精度和工作效率，在电路理论学科研究与工程实践中具有很高的应用价值。我想，学好MATLAB可以大大方便我们的学习和以后的工作生活，会让我获益无穷。参考文献1Charles K.Alexander，电路基础，清华大学出