基础强化训练.doc

学学 号 号 012101136011 3 基础强化训练基础强化训练 题题 目目 MATLABMATLAB 在直流稳态电路分析中的应用在直流稳态电路分析中的应用 学学 院院自动化学院自动化学院 专专 业业自动化自动化 班班 级级1001 班班 姓姓 名名 指导教师指导教师李浩李浩 2012 年7月7日 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 基础强化训练任务书基础强化训练任务书 学生姓名学生姓名 专业班级 专业班级 自动化自动化 1001 班班 指导教师 指导教师 李浩李浩 工作单位 工作单位 自动化学院模式识别教研室 题题 目目 MATLABMATLAB 在直流稳态电路分析中的应用 初始条件 初始条件 如图所示 已知 其中 22 dd iiuu 1234123 1 1 1 1 1 1 1 1 3 sss RRRRiA uV uV 求 11121314 iiii 要求完成的主要任务要求完成的主要任务 1 分析题意 根据所给电路 用合适的电路分析方法进行分析 并建立该电路的数 学模型 2 根据解题步骤 绘制程序流程图 并编写出完整的 MATLAB 语言程序及 3 调试 修改该程序 显示并分析运行结果 4 按学校 课程设计工作规范 中的 统一书写格式 撰写总结报告一份 内容包括 包括封面 任务书 指导老师提供 目录 摘要 中 英文对照 正文 参考文献 5 篇以上 附录 程序清单 要求有注释 成绩评定表 指导老师提供 正文部分包括 训练题目 电路分析 软件设计说明 流程图设计及说明等 仿真波 形 结果分析和基础强化训练的收获及心得体会 不少于 500 字 时间安排 时间安排 序号序号设计内容设计内容所用时间所用时间 1 指导老师就课程设计内容 设计要求 设计进度安排和评分标准 等作具体介绍 强调课程设计期间纪律要求 学生确定选题 明确设计要求 开始查阅资料 对选定的设计题 目进行原理分析 1 天 2 学生根据设计要求 设计程序框图 学习并编写 MATLAB 程序 代码 2 天 3 按设计要求 上机调试程序 修改并完善设计 完成程序调试后 记录结果 1 天 4学生撰写课程设计说明书 进行答辩 1 天 合 计1 周 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 指导教师签名 指导教师签名 年年 月月 日日 系主任 或责任教师 签名 系主任 或责任教师 签名 年年 月月 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 目录目录 摘要摘要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 1 1基础强化训练的目的和要求基础强化训练的目的和要求 1 1 1 1 训练目的 1 1 2 训练要求 1 1 3 训练的内容 1 2 2 设计分析设计分析 2 2 2 1M 文件编程仿真 2 2 2SIMULINK建模仿真 2 3 3M M 程序编程程序编程 3 3 3 1电路分析 3 3 2 MATLAB 程序 4 4 4SIMULINKSIMULINK 建模仿真建模仿真 5 5 4 1SIMULINK电路模型 5 4 2仿真波形 5 5 5结果分析结果分析 6 6 5 15 1仿真结果仿真结果 6 6 5 2MATLAB 程序仿真中出现的问题 6 5 3SIMULINK建模仿真中出现的问题 7 心得体会心得体会 8 8 参考文献参考文献 9 9 附录附录 1010 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 I 摘要 本次课程设计将采用 MATLAB7 0 软件强大的图形处理功能 符号运算功能 和数值计算 着重对于线性电路中较有代表的 RLC 电路的频率响应与向量图进 行分析 首先根据题目要求列出相应的电路方程后 求解出相应所求量跟因变 量之间的数学函数关系 再根据其数学函数关系运用 MATLAB 语言编写相应的程 序 在 MATLAB 软件中输入相应程序进而图形处理得到频率响应图像与电路中各 个参数向量关系图像 MATLAB 软件在电路分析能够达到进行数学模型建立 相 关参量求解 结果呈现与分析及图像处理的目的 通过此次课程设计学习 MATLAB 软件从而达到对 MATLAB 软件及其程序编写方式的熟悉 并对相应数学 建模过程熟悉了解 关键词 MATLAB7 0程序建模 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 II ABSTRACT This course design will use MATLAB7 0 software powerful graphics processing functions symbolic operation function and numerical calculation mainly for the linear circuits more representative of the frequency response of the RLC circuit with vector diagram analysis according to the topic request list corresponding circuit after equation the solution for the corresponding with the dependent variable amount of mathematical function relation between again according to the function between the mathematics with MATLAB language to write the corresponding procedures in the MATLAB software corresponding input in program and graphics get frequency response and circuit of various parameters image vector relation image MATLAB software in the circuit analysis can achieve mathematical model relative parameters the results presented with solving the purpose of analysis and image processing Through this course design MATLAB software to study so as to achieve the MATLAB software and its programming the familiar way and to the corresponding mathematical modeling to be familiar with the process Key words MATLAB7 0mathematicalprogram 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 1 1 基础强化训练的目的和要求 1 1 训练目的 1 本环节通过 MATLAB 语言的学习与强化训练 使学生能掌握 MATLAB 软件 从分析和解决 线性代数 电路原理 等课程中的基本理论问题入手 力图做到在后续专业课程学习中 能熟练应用 MATLAB 工具来分析和设计 2 通过本环节巩固和深化已学课程的知识 培养学生综合运用这些知识 分析和解决实际问题 逐步树立正确的设计思想 培养严谨认真的科学态 度和严谨务实的工作作风 1 2 训练要求 通过训练 使学生掌握相关的理论知识及实际处理方法 熟练使用 MATLAB 语言编写所需应用程序 上机调试 输出实验结果 并对实验结果进行分析 1 3 训练的内容 1 数值线性代数方法及 MATLAB 实现 2 MATLAB 在 电路原理 中的应用 3 MATLAB 工具箱的应用 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 2 2 设计分析 2 1M 文件编程仿真 Matlab 编写程序仿真时 我的整体思路如图框图 1 所示 即首先利用所学 电路知识等相关知识分析电路 在确定电路类型后即可列出电路方程 化简得 到它的矩阵 最后编写程序求解 分析电路 确定电路 类型 列写电路 方程组 化解方程 写出矩阵 方程 编写程序 求解 图 1 2 2Simulink 建模仿真 图 2Simulink 模块仿真电路图 Simulink 建模仿真的电路图如图 2 所示 电路中用到的元器件有 AC Current Source Current Measurement DC Voltage Source Gain Controlled Current Source Controlled Voltage Source Scope Series RLC Branch 等 由于 simulink 中没有现成直流电流 源 故采用将交流电流源修改参数后当做直流电流源来使用 同样在没有现成 的电阻的情况下修改 Series RLC Branch 的参数后就可得到电阻 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 3 3 M 程序编程 3 1电路分析 如图 1 所示 已知 其中 22 dd iiuu 1234123 1 1 1 1 1 1 1 3 1 sss RRRRiA uV uV 求 11121314 iiii 图 3 解 取独立回路如图 3 所示 使无伴电流源和无伴受控源都只有一个回路电 流流过 前者为 后者为 这样就可不再列回路 1 和回路的 KVL 方程 把 11 i 13 i 控制量用有关回路电流表示有 212 221112 ii uR ii 根据 KVL 列出回路 2 和回路 4 的方程 回路 2 2231213143 0 ss uuR iiiu 回路 4 331412134 14 0 sd uR iiiRiu 代入 有 2211122 d uR iiuu 21112312131423 31412134 14211123 ss s R iiR iiiuu R iiiRiR iiu 经整理后 得 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 4 1 21123123 133 1423 2 1123123 1334143 ss s RiRR iRiRiuu RiRR iRiRR iu 附加方程为 2 111 1312 s ii ii 联立 1 和 2 可得到仅含的两个方程 1214 ii 23123 142123 2323414213 1 1 sss sss RRiRiRiuu RRiRR iRiu 可写成如下所示的矩阵形式 233122321 233414321 1 1 sss ss RRRiuuRi RRRRiuRi 代入数值 并简写为 AI B 3 12 13 1 11 11131 1 1 1 11 1 1131 1 1 i i 由 2 3 即可求出的解 11121314 iiii 3 2MATLAB 程序 clear close all format compact a 1 b 1 R2 1 R3 1 R4 1 is1 1 us2 3 us3 1 为给定元件赋值 display 解 解问题 1 a11 R2 1 b R3 a12 R3 a21 a R2 1 b R3 a22 R3 R4 b1 us2 us3 R2 is1 b2 us3 a R2 is1 A a11 a12 a21 a22 列出矩阵系数 A B b1 b2 I A B I i12 i14 i11 is1 i12 I 1 is3 b i12 i14 I 2 1 程序运行结果 解 I11 1i12 2 I13 2I14 3 答案 11 1iA 12 2iA 13 2iA 14 3iA 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 5 4 Simulink 建模仿真 4 1Simulink 电路模型 仿真电路图如图 4 所示 图 4仿真电路图 4 2仿真波形 在 simulink 仿真时 得到的所求的波形图结果如图 11121314 i i i i 5 6 7 8 所示 图 5 仿真波形图 6仿真波形 11 i 12 i 11 1iA 12 2iA 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 6 图 7仿真波形图 8仿真波形 13 i 14 i 13 2iA 14 3iA 5 结果分析 5 1仿真结果 用 MATLAB 程序仿真时得到的结果为 11 1iA 12 2iA 13 2iA 14 3iA 用 simulink 建模仿真得到的结果为 11 1iA 12 2iA 13 2iA 14 3iA 故两种仿真的结果相同 故虽然解法不同但最后得到的结果完全一样 编写程 序需要极强的逻辑思维能力而 Simulink 建模仿真需要熟练的电路连接能力 这 锻炼了我们的动手和思维 5 2MATLAB 程序仿真中出现的问题 编写程序时由于未注意到符号的转换导致无法得到结果 如图 9 所示 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 7 图 9符号错误图 10正确程序 切换输入法后 改正符号输入得到正确程序 如图 10 所示 5 3Simulink 建模仿真中出现的问题 在连接电路时 AC current source 未正确设置参数导致电路出现故障 如 图 11 所示 图 11错误设置图 12正确设置 改正后如图 12 所示 问题解决 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 8 心得体会 本次基础强化训练让我更熟悉地掌握 MATLAB 软件的功能 加强了对 MATLAB 软件强大的图形处理功能 符号运算功能和数值计算功能 掌握利用 MATLAB 进行建模并做出相关函数曲线 从而运用 MATLAB 进行电路分析 在熟 悉掌握 MATLAB 程序和操作的同时培养了我的独立思考能力 钻研精神 解决问 题能力和动手能力 并且在这极短的时间内要完全学会 matlab 几乎是不可能的 但是在充分了解和分析题目后 需要掌握到什么程度自己还是非常明确的 虽然在此之前 在这之前没有过多的接触 MATLAB 软件 对软件的功能不是 很了解 但在这一个周的自学 MATLAB 软件过程中 我了解了基本的应用 特别 是 MATLAB 在图像处理上的应用 在这之中我通过查阅资料 阅读程序并读写程 序对 MATLAB 电路分析应用有了一定的了解 我同时也认识到了 MATLAB 功能并 不只是图形的绘制及波形的处理 有着很多方面的运用 如绘制函数 处理音 频 图像数据 创建用户界面等功能 实为一个功能强大的软件 基础强化训练给了我一种新的体验与感受 平时都是啃课本 很单调很 乏味 但是 这次训练给了我们动手和自主学习的机会 当然 在这过程中不 免会遇到困难 当时也会很困惑 沮丧 但问题总要解决的 所以自己还是会 去想办法 我想这也是一种收获 还有 经过了这次训练 我也深刻体会到 MATLAB 功能的强大以及学好 MATLAB 的重要性 在今后的学习生活中 我会继 续学习使用它 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 9 参考文献 1 邱关源 电路原理 第五版 北京 高等教育出版社 2006 2 Charles K Alexander Matthe N O Sadiku Fundamental of Electrical Circuits Third Edition 北京 清华大学出版社 2008 3 吕同富 康兆敏 数值计算方法 北京 清华大学出版社 2007 4 陈晓平 李长杰 MATLAB 及其在电路与控制理论中的应用 合肥 中国科学 技术大学出版社 2004 5 张德丰 Matlab 数值分析与应用 北京 国防工业出版社 2007 6 MATLAB 入门与提高龚剑清华版 2000 3 7 基于 MATLAB 的系统分析与设计楼顺天 西安电子科大1999 4 8 精通 MATLAB6 5张志涌 上海交大2002 2 武汉理工大学 基础强化训练 设计说明书 10 附录 MATLAB 仿真程序 clear close all f