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基于 matlab gui 线性 动态 电路 分析 电子 优秀 优良 机械 机电 电机 毕业设计 论文 a6209

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说明书一份,36页,10500字左右.

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内容简介：

本科毕业论文（设计）中期进展情况检查表 学生姓名 刘 忠育 班级 应教 052 班 指导教师 沈宏 论文（设计）题目 基于 线性动态电路分析 目前已完成任务 务书，开始按照 要求 工作 料的搜集 作 程 是否符合任务书要求进度： 符合 尚需完成的任务 左右的中英文翻译本周交给老师 2 做一个 由老师检查指导 到符合要求 由老师指点 次审阅，直到合格 行答辩 能否按期完成论文（设计）： 能够按期完成 存在问题和解决办法 存 在 问 题 间紧迫 试太复杂 拟 采 取 的 办 法 服困难 老师请教 以前所学习的内容再复习一遍 ,查阅编程方面有关资料 论 指导教师签 字 日期 年 月 日 教学院长（主任）意 见 负责人签字： 年 月 日 毕业论文（设计）任务书 题目名称 基于 学生姓名 刘忠育 所学专业 应用电子技术教育 班级 052班 指导教师姓名 沈 宏 所学专业 电力电子技术 职称 讲 师 完成期限 2009年 2月 16日 至 2009年 5月 31日 一、 论文（设计）主要内容及主要技术指标 以 伴随网络法为分析方法，创建一种全新的线性动态电路暂态分析的模式，并且采用波形图的方式直接输出分析结果，简便而又直观。 指标 （ 1） 采用 性动态电路的参数输入采用 （ 2） 线性动态电路过渡过程的分析采用伴随网络法 ； （ 3） 电路元件要涵盖独立电压源，独立电流源，线性受控源，线性电阻、电感和电容 ； （ 4） 程序运行后，可以由 示窗口依次输入待分析电路的结点数、支路数、动态元件数以及各支路元件的类型和相关参数 ； （ 5） 最终要求得的支路电压和支路电流由操作人员指定，分析结果采用波形图的形式显示输出 。 二、 毕业论文（设计）的基本要求 400字左右的中英文摘要，正文后有 20篇左右的参考文献，正文 中要引用 5篇以上文献，并注明文献出处。 000汉字的与本课题有关的外文翻译资料。 0000字以上。 序清单和 流程图 。 三、毕业论文（设计）进度安排 2月 22日 1日，下达毕业设计任务书；寒假期间完成英文资料翻译 和开题报告。 2. 2009年 2月 16 日 日（第 1指导教师审核开题报告和设计方案。 3. 2009年 3月 2日 9日（第 3毕业设计单元部分设计。 4. 2009年 4月 20 日 6日（第 10周），毕业设计中期检查。 5. 2009年 4月 27日 4日（第 11），设计仿真、程序调试，整理并撰写毕业设计报告。 6. 2009年 5月 25日 1日（第 15周）上交毕业设计报告，由指导教师、评阅教师审查评阅设计报告，毕业设计答辩资格审查。毕业设计答辩，学生修改整理并且打印设计报告。 毕业论文（设计）开题报告 题目名称 基于 线性动态电路分析 学生姓名 刘忠育 专业 应用电子技术教育 班级 应教 052 班 一、选题的目的意义 电路 理论是 应用电子技术 专业中一门重要的必修课，是其它专业课程的理论基础 。在电路分析中，随着电路规模 日 益庞大，线路更加复杂， 电路的计算机辅助分析 应运而生。 本课题通过在线性动态电路分析中 引入 件， 简化了分析过程， 提高了 分析结果 的可视性，对人们更直观，高效地理解 动态 电路 的过渡过程 有很大帮助。 另外，通过利用 带的具箱编程，我又进一步优化了程序的输入输出界面，使其更加清晰友好。 这次设计不仅巩固了以前所学的电路理论知识，而且学会了如何通过 件来进行电路的计算机辅助分析，对今后的工作和学习定会带来有益的帮助。 二 、国内外研究现状 目前线性动态电路的分析方法主要有：经典法（根据动态电路的网络拓扑，列写时域的微分方程然后求解）；拉普拉斯变换法（ 利用拉普拉斯变换把已知的时域函数变换为频域函数，从而把时域的微分方程化为频域的代数方程。求出频域函数后，再作拉普拉斯反变换，返回时域，从而求得满足 电路初始条件的原微分方程的解 ）。这两种 方法 都 存在运算量大的问题，尤其是对于含有多个动态元件的高阶复杂动态电路，并且计算得出的结果很不直观，无法清晰地看出在过渡过程中各电量随时间变化的规律。 因此，要想对复杂的高阶动态电路进行分析，必须采用相应的计算机辅助电路分析软件来帮助人们进行方程的解算。 而 伴随网络法 ,可以将瞬态电路分析归结为一系列不同离散时刻下电阻网络的稳态分析。 在对每一个离散时刻下的电阻网络进行方程列写时采用的是改进结点法，所列出的线性方程组采用的是电路方程的矩阵型式 ，以便于采用计算机进行辅助分析 。 目 前国内外常用的 电路 仿真软件有 。这些软件都有各自强大的功能，在不同 应用 领域有 着 各自 的 特点。 矩阵实验室（ 简称，和 称为三大 数学软件。它在 数值计算 方面首屈一指。 以进行 矩阵 运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其 它 编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 图像处理 、 信号检测 、金融建模设计与分析等领域。 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 解算问题要比用 C， 语言完 成 相同的事情简捷得多，并且 它 也吸收了像 软件的优点 ,使 为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对 C，C+ ， 支持。可以直接调用 ,用户也可以将自己编写的实用程序导入到 外许多的 好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用 。 三、主要研究内容 本文采用的是目前电路分析领域使用较多的软件 并 且 采用伴随网络法来分析线性 动态电路 。 伴随网络法的数学模型是把动态电路的过渡过程时间 t,把动态元件电感 用相应的离散模型来代替，经过代换后的电路称为原电路的伴随网络。对于每一个时 间间隔 在伴随网络中 ,我们认为 不再含有动态元件 ,取而代之的是动态元件 L, 因而对该时间间隔下相应伴随网络的分析可视为稳态电路分析。也就是说 ,通过伴随网络法 ,可以将瞬态电路分析归结为一系列不同离散时刻下电阻网络的稳态分析。当然这种思路的背景主要是基于计算机的基础上，因为在这种 分析 过程中要 重复 计算很多次，而人是无法实现的，不过通过计算机就可以既方便又快捷的算出结果。最后再 做一个 可以使用户方便 地 查看各个支路的电压和电流波形 。 四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线 1、 仔细分 析 题目的要求和收集相关的 文献资料； 2、 复习电路知识 ,研究如何利用伴随网络法来进行动态电路分析； 3、 认真学习 件 ,掌握其中的编程技巧，尤其是 具箱的使用； 4、 依据所做的设计内容撰写论文； 5、 在 导 师的指导下完成最后设计，进行论文答辩。 五、 主要参考文献与资料 1邱关源 第四版 )M高等教育出版社 ,2003: 2892童梅 机械工业出版社 ,2005:73程少庚 ,崔杜武 ,刘小河 络分析 M西安理工大学出版社 ,2003:654楼顺天 ,陈生潭 ,雷虎民 M西安电子科技大学出版社 , 2000:116 5李培芳 ,孙盾 ,李玉玲 ,李军 M清华大学出版社 ,2006:776黄忠霖 算及仿真 M国防工业出版社 ， 2006. 7张永瑞 M科学出版社 ， 2005. 8邹玲 M中科技大学出版社， 2006. 9游磊 ,梁颖 . MJ. 2004(3) 六、 指导教师审批意见 年 月 日 文献翻译 英文原文： a a in of of a As an or in by by to of We an of by an to of we We a of s 1.1 an in of we to a at of of a on of on we to a as in to on an or it be A of in of a a is us to or A a of an be as a as a or is to a a is a n e e dD e s i g n s p e c i f i c a t i o n sC o n c e p t C i r c u i tM o d e lP h y s i c a lP r o t o t y p eC i r c u i ta n a l y s i sL a b o r a t o r ym e a s u r e m e n t sC i r c u i t w h i c h m e e t s d e s i g n s p e c i f i c a t i o n sP h y s i c a li n s i g h .1 a he An is a of an a or a It is in a to of to an of of of to is on is to of A to in in a be is an to of in to or in a it is a in is to to so in In we 00 to to of be to of a we to be we in of In we in of of in of on as a of 1.2 n of an of an of an of is is by We in =dw/ he by in on of of is as is =dq/ of of we to We do so in is up of we do to of of we of as I is as a of is we a in of at We in a 参考译文： 电路变量和电路元件 对于任何人即便是那些对应用科学和数学有真正兴趣或天赋人来说 ,电气和计算机工程学是令人振奋和具有挑战性的职业 。 在过去的一个半世纪里， 电气 工程师 和计算机工 程师们 在发明创造 上扮演致关重要的角色 。许多发明出来的系统改变人们工作和生活方式。 卫星通 信 、 电话和一些电动工具是当今科技时代中 电器 系统的典型代表 ， 作为一个参与持续科技革命的电子或计算机工程师 ,他可以 通过提高或改进这些系统 ,也可以 研发 或发明新的系统来满足我们日益发展的社会的需要 。 我们通过对电路原理的 概述 来开展我们的课程 ， 下面是对电压 、 电流 、 基本的电路元件 、 电源和能量的介绍 。 随后我们还要介绍独立的和非独立的电压和电流源 。 这个 介绍性的章节从总体上概述了 绍基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律 。 路分析 :概述 在开始 深入电路分析之前 ,我们需要对电路设计有一个总的认识 ,尤其是电路的设计部分 。 这个 概述 的目的是为你提供一个关于电路分析在整个电路设计 中的作用的认识 ， 尽管这本书主要讲的是电路分析 ， 我们也会试图大量的介绍电路设计 。 所有的工程设计都是为了迎合某种需要而展开的 ， 正如图表 示 。 这种需要可能会来源于渴望对已经存在的某种产品的改进 ,也可能来源开发新的东西 。对需求的细致评估可以使得这个被提出的 设计中的那些可以测量要素的具体化 。一旦这个设计被提出来之后 ,设计的具体化可以使我们评估设计的结果是否满足需求的要求 。 下面是设计 的概念 。 这个设计的概念源自对设计具体化的彻底的理解和对需求的完全洞悉 ,同时也源自知识和经验 。 这个概念可以理解为一个纲领 ,抑或是明文描述 ,或者是一些个其他的形式 。 通常 ,下一步是将这个概念转化成数学模型 ，一个适用的电子和计算机系统的数学模型就是一个电路模型 。 设 计 的 具 体 化概 念电 路模 型物 理 模型电 路 分 析实 验 测 量满 足 涉 及 具 体 化 的 电路需 求洞 悉 物 理 原 理图 子工程设计的概念的模型 组成电路的元件被称作是理想电路元件 。 一个理想的电路原件是一个数学模型上的电子元件 ,例如一个干电池或一个白炽灯泡 。 重要的是，理想电路元件中使用的电路模型，代表的行为达到实际电气元件可接受的准确度。这本书关注的焦点是 ,电路分系的工具应用与电路分析 。 电路分析是基于数学建模的基础之上用来分析电路模型和分析电路中的理想电路元件 ， 在设计要求的行为和描述的行为之间的比较 ,可以直接导致优化电路模型和其中的电路元件 。 一旦要求的行为和电路模型描述的行为达成一致 ,一个物理模型就可以被创建了 。 根据实际的电子元件建立的物理模型其实就是一个电子系统 。 现有的测量技术其实决定着实际的物理系统的行为 ， 实际的行为与设计要求的行为和数学模型所描述的行为 相比 ， 结果可能会导致对电路模型或数学模型或者两者的进一步优化 。 最终 ,通过对这个模型中的组成部分和整个系统反复的优化 ,将可能会产生一个设计要求精确匹配的设计 ,进而满足需要 。 通过以上的描述 ,我可以清晰的认识到电路分析在电路设计过程中扮演着重要的角色 。 因为当电路分析应用于电路模式，实践工程师会努力尝试在第一次的优化过程中使用成熟的电路模型，使所产生的设计来满足设计规范 。 在本书当中 ,我们用的模型都是已经存在了二十年到一百年之间的电路模型 ;你可认为这些都是成熟的电路模型 。 这种将理想的电路元件应用到实际的电子模型当中 的能力对电子工程师来说是十分有益的 。 我们说理想电路元件之间的关系可以被用来定量的描述这个系统的行为 ,这也预示着我们能够用数学公式来描述各个元件之间的关系 。 为了能过适用数学公式 ,我们必须将各个量量化 。 在电路当中 ,这些量是我们在 学习电路分析就是理解理想电路元件的电压量和电流量的行为 ,同时也要理解各个元件之间的电压量和电流量的相互影响 。 压 ,电流和基本的电路元件 在电路理论中 ,相互分离的电荷之间就产生了电动势 (电压 ),而这些电荷的流动也就相应的产生了电流 。 从工程学的观点 上来 看电压和电流的概念是十分有用的 ,因为它们可以被量化 。 无论是分开正电荷还是分开负电荷都需要花费能量 ， 电压是单位电荷被分开所花费的能量 ， 我们用微分方程来表达这个比率 。 形式如下 ： V=dw/ (由电荷移动所产生的电荷效应取决于电荷流动的速率 ， 电荷流动的速率被称作电流 ,其表达式是 ： I=dq/ (方程 别是电压和电流的定义式 。 这些电荷变量的极性需要我们给与假 定的参考极性 。 我们将会在下节讲解这些内容 。 尽管电流是由分离移动的电荷所组成 ,但是我们不需要单独考虑他们 ,因为量太大了 。 相反 ,我们把大量电荷的效应看成是一个流动的整体 ,所以电流 利用电路模型的好处就是可以在元件终端严格将电压和电流模型化 。 因此两个不同的物理元件可以电压量和电流量建立关系 。 如果可以真的是这样 ,电路分析的目的已经相当的清晰 。 一旦我们知道电路某部分终端的行为 ,我们就可以在电路中对它们进行详细的分析 。 河南科技学院 2009 届本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目 基于 线 性 动 态 电 路 分 析 学生姓名： 刘 忠 育 所在院系： 机 电 学 院 所学专业： 应用电子技术教育 导师姓名： 沈 宏 完成时间： 2009 年 5 月 20 日 河南科技学院 机电 学院本科学位论文 I 摘 要 在电路分析中 ,对线性动态电路的分析方法一般是经典法和拉普拉斯变换法 。 不过对于 较 高阶的动态电路 ,用这些方法就会比较繁琐 。 而本文设计了一 种新的方法 这种方法是 把动态电路的过渡过程时间 t，把动态元件电感 用相应的离散模型来取代，经过代换后的电路称为原电路的伴随网络。因而对该时间间隔内相应伴随网络的分析可视为稳态电路分析。不过 这种方法需要多次重复 计算 ,若由人来计算就会相当的复杂 。 所以我们利用 行编程 ， 把计算工作交给计算机 。 这样就可以方便快捷 地 算出结果 。 为了使软件的界面 更加 友好 ， 我们利用 用户只需要按照界面的要求进行元件参数和 支路编号的输入，运行后即可在屏幕上显示 关键词： 伴随网络法 ， 图形用户界面 ，离散模型 of is in be to In we a T) of of a of t, to of is So of be as of so It be to it by we to By it be to At in to a I a to of of to of it on UI 南科技学院 机电 学院本科学位论文 录 1绪论 . 1 2 线性动态电路分析的常用方法 . 2 典法 . 2 普拉斯变换法 . 2 3 电路分析中常用的仿真软件 . 2 . 2 . 2 . 3 . 4 . 4 介 . 5 4 伴随网络法 . 7 态元件的离散模型 . 7 容 . 7 感 . 8 随网络法分析瞬态电路的步骤 . 8 5 伴随网络法的 程实现 . 8 序流程图 . 9 程序流程图 . 9 . 10 . 10 . 11 . 12 6结语 . 13 致谢 . 14 参考文献 . 15 附录 . 16 南科技学院机电学院本科学位论文 1 1 绪论 通常情况下，我们 对一个线性动态电路进行瞬态分析 往往采用的是经典法，即 列写 出电路的时域 微分方程并求解 ,得出电感电流或者电容 电压 ,然后再根据各支路间的约束关系进一步求得其它各支路的电压或电流。 众所周知 在经典法中， 如果电路中只含有一个动态元件 (电感或电容 ) ,那么列出 的方程是一阶 微分方程 ,其求解过程 相对简单 ; 但如果电路中含有两个或 两个 以上的动态元件，则所 列出的方程将会是二阶或高阶微分方程，其求解过程会很麻烦，工作量很大。 有鉴于此，人们又考虑采用积分变换的方法，利用拉普拉斯变换把已知的时域函数变换为频域函数，从而把时域的微分方程化为频域的代数方程。求出频域函数后，再作拉普拉斯反变换，返回时域，从而求得满足电路初始条件的原微分方程的解，且不需要确定积分常数 1。但该方法同样也存在运算量大的问题，尤其是对于含有多个动态元件的高阶复杂动态电路，并且计算得出的结果很不直观，无法清晰地看出在过渡过程中各电量随时间变化的规律。 本文就是从这个意义上出发，探索出一种线 性电路瞬态分析的新方法 伴随网络法 。 伴随网络法从建立电路方程开始，就设法避开微分方程。它把动态电路的过渡过程时间 T 划分成若干时间间隔 t，把动态元件电感 L 和电容 过代换后的电路称为原电路的伴随网络。对于每一个时间间隔 伴随网络中，不再含有动态元件，取而代之的是动态元件 L、 C 的离散模型，因而对该时间间隔下相应伴随网络的分析可视为稳态电路分析。也就是说，通过伴随网络法，可以将瞬态电路分析归结为一系列不同离散时刻下电阻网络的稳态分析。 在对每一个离散时刻下的电阻网络进行 方程列写时采用的是改进 结点法，所列出的线性方程组采用的是电路方程的矩阵型式。其中结点电压方程矩阵的建立是采用的直接添加法，方程系数矩阵及右端项的元素并非整体形成，而是采用逐次扫描电路中的每一个 支路 元件，分别添加它们对方程的贡献 的方法。建立方程伊始，方程系数矩阵及右端项全 部 为零元素所填充，每扫描一个元件，就将它对方 程 的贡献填到合适的位置，这样逐次扫描，逐次添加，直至网络中每一条支路均被扫描，网络方程便被建立起来。 当然整个网络方程的建立和求解都是 借助于计算机并 由 现的 ， 充分利用了该软件强大 的数值计算功能和图形输出能力， 力求更加方便直观。 整个电路矩阵的建立也采用的是框架式结构，即电路规模、结点数、支路数以及各支路元件参数均由使用者自行输入， 待分析支路的编号也由使用者输入，运行后即可直接显示出待求支路的电压和电流波形。 同时为了 使输入输出界面更加友好 ，我 还利用 了 一 2 个图形用户界面， 用户只需要按照界面的要求进行 网络拓扑参数和待分析支路编号的 输入 ，运行后 即可 在屏幕上显示 简单方便，清晰直观。 2 线性 动态 电路分析的常用方法 我们知道， 对于动态电路的分析常用的方法有经典法和拉普拉斯变换法。对于 经典法 ，我们常用来求解一些 低阶的微分方程。运用拉普拉斯变换法可以 求 解一些较高阶的微分方程。 典法 对于仅含一个动态元件的简单电路 ,结合所给电路模型 ,根据 基尔霍夫电流定律 ) 、 基尔霍夫电压定律 )和支路的 电压电流关系 )建立描述电路的方程 ,建立的方程是以时间为自变量的线性常微分方程 ,然后求解常微分方程 ,从而得到电路所求变量 (电压或电流 )。 普拉斯变换法 对于具有多个动态元件的 高阶线性动态电路 ,用直接求解微分 方程的方法比较困难。例如对于一个 直接求解时需要知道变量及其各阶导数在 t=0+时刻的值 ,而电路中给定的初始状态是各电容电压和电感电流在 t=0+时刻的值 ,从这些值求得所需初始条件的工作量很大。于是人们通过拉氏变换 ,把已知的时域函数变换为频域函数 ,从而把时域的微分方程 组转 化为频域的代数方程组 ,求解代数方程组得到频域解后 ， 再经 拉普拉斯 反变换 返回时域， 可以 得到满足电路初始条件的原微分方程组的解 ,而不需要确定积分常数。 因此，拉普拉斯变换是求解高阶复杂动态电路的有效而 且 重要的方法之一。 3 电路分析中 常用的仿真 软件 目前国内外常用的 电路 仿真软件有 一些软件。这些软件都有各自强大的功能，在不同领域有 着 各自 的 特点 ,现在将其介绍如下 : 介 用于模拟电路仿真的 件 是 于 1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用 ，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。 975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。 河南科技学院机电学院本科学位论文 3 1985年，加州大学伯克利分校用 由 公司 在 1998年著名的 此 久之后，式推出了 传统 的 先，在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行 仿真 ，而且能够对数字电路、数 /模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果。 现在 国内 使用较多的是 能够 工作 在 ，占用硬盘空间较小，整个软件有原理图编辑，电路仿真，激励 编辑，元器件编辑，波形图等几部分组成，使用时是一个整体。虽然 目前 高校中 已经非常流行 ，但是 它 也存在着明显的缺点。 比如：仿真 模型都是针对小功率电子器件的 ； 软件采用变步长算法，对于周期 性 开关状态变化的电力电子电路而言，将耗费大量时间在步长上面 ； 输出数据 后的格式 兼容性也不理想。 由 是当今世界上功能强大的电力电子仿真软件之一 。 可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型 系统构成的混合系统仿真，这也是 以兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，便于在不同层面上分析和解决问题，我们从以下几个方面对 (1)过它可以直接进入 户能够创建自己的原理图，启动 置点分析、 态分析、温度分析、参数分析、傅立叶分析、蒙特卡诺分析、噪声分析、应力分析、失 真分析等），可以直接在原理图上查看仿真结果， 合技术（电气、液压等）系统的仿真分析。 (2)的测量工具有 50多种标准的测量功能，可以对波形进行准确的定量分析。它的专利工具 波形计算器，可以对波形进行多种数学操作。 (3)合信号、混合技术模型库， 4 它具有很大的通用模型库和较为精确的具体型号的器件模型，其元件模型库中有4700多种器件模型， 500多种通用模型，能够满足航空、汽车和电源设计的需求。 (4)同类型的设计需要不同类型的模型， 以满足各种仿真与分析的需求。其建模语言主要有 模工具包括 5维的图表建模工具 时 以通过协同仿真实现模型复用。 与 可以仿真电力电 子元件、电路和系统，不仅具有 且具有更丰富的元件库和更精致的仿真描述能力，还能结合数学控制方程模块工作。 械、热力、流体等其他运动过程。 仿真的电路到实际的电路实现，期间参数基本不用修改。 但是 软件 操作较为复杂 ， 市场 价格高昂，比较适合于 大 型 企业 和科研院所 应用，中小企业一般都是委托研究。 介 矩阵实验室（ 简称 ， 它是由 和 称为三大数学软件。它在 数值计算 方面 的功能可以说是 首屈一指。 以进行 矩阵 运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其 它 编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 图像处理 、 信号检测 、金融建模设计与分析等领域。 件 主要包括 以下 5部分： 发环境。这是一套可以帮助你使用 数和文件的工具，这些工具中的大多数都采用图形用户界面，它包括 面和命令窗口、命令历史、编辑器和调试器、帮助浏览器、工作空间、文件和查询路径。 学函数库。这是一个涵盖了从求和、正弦、余弦这样一些基本函数，到矩阵求逆、矩阵特征值、贝赛尔函数和快速傅里叶变换等这样一些复杂函数的运算法则的大集合。 言。这是一种高级矩阵语言，它具有可以控制（数据）流状态、函数、数据结构、输入 输出和面向对象编程的特征。它允许快速创建小程序，也可以创建大的复杂的应用程序。 图形处理。 方便地将矢量和矩阵用图形来显示，也可注释和打印河南科技学院机电学院本科学位论文 5 图形。它包括一些高级（绘图）函数，这些高级函数可用于二维和三维数据可视化、图像处理、动画和图像再现。它也包括一些低级函数，可使用户定制图形界面和在你的 用软件上创建完整的图形用户界面。 用程序接口。这是一个允许你将用 言编写好的程序与 序链接的库，它可以从 态链接库中调用程序、将或写 要 有以下 优点； （ 1）友好的工作平台和编程环境 ； （ 2）简单易用的程序语言 ； （ 3）强大的科学计算 及 数据处理能力 ； （ 4）出色的图形处理功能 ； （ 5）应用广泛的模块集合工具箱 ； （ 6）实用的程序接口和发布平台 ； （ 7）应用软件开发（包括用户界面） 。 汉语意思是图形用户界面。是 指 由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（ 成的一个用户界面。用户通 过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如 ：进行 计算、绘图等 。 假如读者所从事的数据分析、解方程、计算结果可视工作比较单一，那么一般不会考 虑 制作。但是如果读者想向别人提供应用程序，想进行某种技术、方法的演示，想制作一个 能够让用户 反复使用且操作简单的专用工具，那么图形用户界面也许是最好的选择之一。 这些功能是 一大亮点。本文就是将电路分析的结果做一个 以使用户很方便直观的去观看运算的结果。 图 1. 伴随网络法的 6 框的功能 如图 1所示 ,左边的一个对话框上面写着请选择支路。我们 把 它称作支路选择对话框 ,它是用 其显示是由 用户能够选择其中的一个或者 多个选项 。 在本设计中其 使 用 方 法 如下 ： 在整个程序运行时 ,会提醒 用户 将电路的相关规模和数据输入程序。然后计算机将会自动 地 运算 ,并且把运算的结果存储起来。当程序运行到调用 面时。支路选择对话框会自行回调已经存储 好 的电路中各个支路的编号。即支路对话框中将会 列出各个支路的编号。在本设计中我们定义一次只能选择列表项中的一个选项 ， 来避免选项间的冲突。所以用户在查看电路的波形 时 只能选择其中的一个支路。如果选择多个的话 ,系统会提示你选择方式错误。 功能 在 右边的是一个坐标平面 ,我们称它 为 坐标图。坐标图是用 将其画成波形 。 坐标轴的横轴为时间轴 ,其纵轴的单位是电压 。画出的波形一般比较的平滑。用户可以清楚的看到各个时刻的电压或电流值 ,并且总体的电压或电流走向也一 目 了然。当然具体是电压波形还是电流的波形 ,这就要看你选择了。 其调用的数据是经过运算保存后的所选择支路的数据 ,这些数据可以通过一个命令 且通过选择 程序将自动改变坐标轴的单位。 电压电流选择对话框的功能是选择所要查看的电压波形或电流波形。该对话框是由一个 合框是一个图形封闭区域 ,它可以把相关的控件 (单选按钮 或多选按钮等 )组合在一起 ,使得界面的按钮功能和相互间的关系更容易理解。 包含了两个 选按钮一般是以组出现的。一组单选按钮之间的关系是相互排斥的 ,也就是说任何时候只有一个按钮有效。在本设计中只用到了两个单选按钮。上面的一个是电流波形选择按钮 ,下面一个是电压波形选择按钮。在用户没有做出选择的时候 ,系统默认的是电压波形。让 并给坐标轴辅以电压单位。当用户点击选择电流波形时 ,将触动 调所选支 路的电流数据 ,并给坐标轴以电流单位。 河南科技学院机电学院本科学位论文 7 4 伴随网络法 伴随网络法的数学模型是把动态 电路的过渡过程时间 t,把动态元件电感 用相应的离散模型来代替，经过 代换后的电路称为原电路的伴随网络 电路 。对于每一个时间间隔 在伴随网络中 ,我们认为 不再含有动态元件 ,取而代之的是动态元件 L, 因而对该时间间隔下相应伴随网络的分析可视为稳态电路分析。也就是说 ,通过伴随网络法 ,可以将瞬态电路分析归结为一系列不同离散时刻下电阻网络的稳态分析。 当然这种思路的背景主要是基于计算机 辅助分析 的基础上，因为在这种过程中要 重复 计算很多次， 单靠 人 工 是无法实现的，不过通过计算机就可以既方便又快捷的算出结果。 态元件的离散模型 容 C 的伴随网络模型 图 及其伴随网络模型 如图 2 所示，图中左边电容 C 的电压 u（ t）与电流 i(t)为关联参考方向，则： i(t)=t)/ （ 1） 在某一离散时刻 , = （ 2） 我们采用梯形积分公式： =un+)h/2 （ 3） 故而由式（ 2）、（ 3）可得： =2C/h-(h+ （ 4） 由此得出图 2 中右边所示电容的伴随网络模型，该离散模型是由一个电导和一个电流源并联而成。电导 G 的取值为 2C/h，电流源的取值为 (2C/h)un+中参数 拉）， t（秒）。 + t )u ( t )+-U n + 1I n + 1G = 2 C / h( 2 C / h ) U n + I n 8 感 L 的伴随网络模型 图 及其伴随网络模型 如图 3 所示，图中左边电容 L 的电压 u（ t）与电流 i(t)为关联参考方向，则： u(t)=t)/ （ 5） 在某一离散时刻 ， = （ 6） 我们再次采用梯形积分公式： =in+)h/2 （ 7） 故而由式（ 6）、（ 7）可得： =h/2L+(L+ （ 8） 由此得出图 3 中右边所示电感的伴随网络模型，该离散模型同样是由一个电导和一个电流源并联而成。电导 h/2L，电流源的取值为 (h/2L)un+中参数 利）， t（秒）。 随网络法分析瞬态电路的步骤 (1)根据所给电路的网络数据 ,对初始状态进行分析 ; (2)根据网络结构预估过渡过程时间 T,并将 通常可等分 )为若干时间间隔 t = h,取时间步长为 h,形成 计算出 (3)根据上一时刻计算出的结果 ,修正伴随网络的参数 ,从而获得下一时刻的伴随网络 ; (4)利用步骤 (3)形成的伴随网络 ,建立电路方程并求解 ,得出该时刻的响应 ; (5)如果 T,分析结束 ,输出结果 ;否则增加时间步长 h,转向步骤 (3) 。 5 伴随网络法的 程实现 本文 编程 采用的是目前电路分析领域使用较多的软件 软件具有强大的数学运算功能和图形处理能力 ,其数据处理十分有效、精细 ,运行速度较快 ,且数据格式兼容性较好 ,便于数据的后处理与分析。 +U n + 1I n + 1G = h / 2 L( h / 2 L ) U n + I t )u ( t )河南科技学院机电学院本科学位论文 9 序流程图 程序流程图 图 伴随网络法主程序流程图如图 4 所示，另外还有高斯消元子程序这里就不再赘述了，所对应的 t = 0 ？ t = p ?t T ?是否是否否是启动m a t l a 输入电路规模 ： 节点数 n ， 支路数b ， 动态元件数 q 以及预估的过渡过程时间 e _ n e t ， 并将各元件参数 ： 始节点 ， 终节点 ， 元件类型 ， 参数 1 ， 参数 2 ， 控制支路始节点 ， 终节点 （ 没有则置零 ） 依次输入单元阵列中 ，注意输入时的顺序应为 ： 电阻（ 导 ）， 独立电源 ， 受控电源 ， 电容 （ 感 ）。将含有各支路元件参数的单元阵列转换成结构阵列 ， 并建立支路元件数据库用改进节点法建立待求网络的方程 ， 并将非动态元件的贡献添入伴随网络方程中改进节点法建立待求网络的方程 ， 并将动态元件的贡献添入伴随网络方程中给定伴随网络法迭代的时间间隔 （ 步长 ） p ， 从 t = 0 开始以步长p 进入循环 ， 循环变量 t 的终值为 从而得出各节点电压和困难支路电流将动态元件电容 C 、 电感 L 分别视为以初始值 （ 参数 2 ） 为参数的独立电压源和独立电流源 ，将其贡献写入伴随网络方程用 t = 0 时刻第一次求解伴随网络方程时的运算结果建立动态元件 C 、 L 的离散模型 ，并将其贡献写入新的伴随网络方程中依据上一次运算的结果 ， 修正元件 C 、 L 的离散模型参数 ， 并将其贡献写入伴随网络方程根据运算结果求取各支路电压和电流将每次运算结果存入单元阵列 A 中 ， 以免运算结果被冲掉调用已经编好的面将各个支路的编号回调给 l i s t b o a x e s 并画出波形当选择所要查看的支路后 ， 将默认的电压值回调给 a x e s 并显示波形 。 若选泽电流波形 ， 则回调电流值并画出波形 。查看完之后点击返回完毕 10 +_E+_ g m 图 例分析 有一线性网络如图 4所示 ,如果电容元件的初始值为 +)= 0V,电感元件的初始值 +)=0A, 2=, S, L=1H, C=2F。开关 K在 t=0时刻闭合 ,且 : t 0时各支路的电压和电流。 图 开始调用已经编好的 x e s 回调选择支路的电流数据并画出波形将纵轴单位改变成电流单位 A , 横轴为时间轴将各个支路的编号回调给支路选择对话框是否点击支路编号否是否选择电流波形是否选择电流波形将纵轴单位改变成电流单位 A ,横轴为时间轴完毕A x e s 回调默认第一支路的电流数据并画出波形将纵轴单位改变成电电压单位 V , 横轴为时间轴A x e s 回调默的认第一支路的电压数据并画出波形是是是否否将纵轴单位改变成电电压单位 V , 横轴为时间轴A x e s 回调选择支路的电压数据并画出波形是否点击返回按钮否是河南科技学院机电学院本科学位论文 11 入参数 从网络结构我们可以看出 ,该电路共有 5个 结 点 , 7个支路 (每个元件均算作一个支路 )。其中包含 3个电阻 , 1个独立电压源 , 1个受控 电流源 ,另外还有两个动态元件电容 。运行程序后 ,屏幕提示信息如下 : 请输入电路规模 请输入待求网络的节点数 : 5 n = 5 请输入待求网络的支路数 : 7 b = 7 请输入待求网络的动态元件数 : 2 q = 2 请输入过渡过程的时间 (单位 :秒 ) : 15 T = 15 请输入第 1支路的始节点 ,终节点 ,元件类型 ,参数 1,参数 2,控制支路始节点 ,终节点 (没有则置零 ) : - 1, 2, R , 2, 0, 0, 0 请输入第 2支路的始节点 ,终节点 ,元件类型 ,参数 1,参数 2,控制支路始节点 ,终节点 (没有则置零 ) : - 2, 3, R , 2, 0, 0, 0 请输入第 3支路的始节点 ,终节点 ,元件类型 ,参数 1,参数 2,控制支路始节点 ,终节点 (没有则置零 ) : - 3, 0, R , 2, 0, 0, 0 请输入第 4支路的始节点 ,终节点 ,元件类型 ,参数 1,参数 2,控制支路始节点 ,终节点 (没有则置零 ) : - 1, 0, E , 5, 0, 0, 0 请输入第 5支路的始节点 ,终节点 ,元件类型 ,参数 1,参数 2,控制支路始节点 ,终节点 (没有则置零 ) : - 2, 0, , 1, 0, 2, 3 请输入第 6支路的始节点 ,终节点 ,元件类型 ,参数 1,参数 2,控制支路始节点 ,终节点 (没有则置零 ) : - 4, 0, C , 2, 0, 0, 0 请输入第 7支路的始节点 ,终节点 ,元件类型 ,参数 1,参数 2,控制支路始节点 ,终节点 (没有则置零 ) : - 3, 4, L , 1, 0, 0, 0 12 当所有支路元件信息均输入后 ,程序开始进入循环 ,并给出各时间间隔内所对应的结点电压和困难支路电流 。 最后 ,程序会 调用 显示各个 支路的编号 ，以便供用户查看各个支路。 本题以电容 结果图 7和图 8所示。左边为所有支路，我们选中了第六支路，右边为电压电流的波形图。用户可以根据需要进行选择所要查看的电压或电路波形，图下方有一个返回健。用户在查看完之后就可以返回。 根据实际的计算 ,我们发现仿真的结果和实际计算的结果完全一致。当然我们还可以把该方法应用到实际的教学过程中， 相信 教学的效率和效果 将会大大的提高 ， 这就是多媒体教学的特色。 图 7. 河南科技学院机电学院本科学位论文 13 图 形 仿真图 6 结语 本文是 以 应用微积分的数学思想，把 高阶线性动态电路 的瞬态分析 转化为 若干个连续的微小时间段内的线性电阻 电路 的稳态分析 。单就 方法而言 ,伴随网络法 更 方便 、 直观 。而且将 程序中，可以使用户直观 体验到电网络 分析 的最终结果 ， 程序独到的编写使得网络拓扑可以由使用者自行输入 ,因此也具有较好的灵活性。电路元件涵盖了电路分析中常见的电阻 (导 ) ,独立电压源 ,独立电流源 ,四种受控源 ,电感和电容等元件 ,过渡过程的时间以及采样间隔亦由使用者自行 定义 ,并且可以由使用者选择需要分析的支路进而输出该支路的 电 压、电流波形 ,波形显示清晰直观。在程序调试过程中 ,可以根据所选电路的网络 拓扑 结构预先估计一下过渡过程的时间和对应的采样间隔 ,选取几组不同的值试运行一下 ,从中挑出最优解。 当然设计中也存在着一些不足和需要进一步完善的地方，如：支路元件中没有考虑到耦合电感元件，所采用的激励源均为直流电源等。今后可考虑将交流电源也添加进来，再加入耦合电感，这样的话该设计就将更加完美。 14 致谢 首先感谢我的 指导老师 。从论文的选题，研究思路，知识的创新，论文的开题，撰文和 修改等过程，无不浸透着 导 师的心血和汗水，也蕴含着 导 师对我的深切关怀。论文所取的成果渗透着导师的辛劳，也凝聚着导师的智慧。 导师渊博的学识，敏锐的科学洞察力，严谨的治学态度，强烈的创新思想和对科研教育事业的执著追求都给我留下难忘的印象，并将激励我在今后的工作中勇敢地面对困难和挑战。 此外本论文的顺利完成也离不开各位同学和朋友的关心和帮助，在此感谢他们一直以来对我的支持和帮助。 河南科技学院机电学院本科学位论文 15 参考文献 1 邹玲 M中科技大学出版社， 2006 2 楼顺 天 ,陈生潭 ,雷虎民 . . M西安电子科技大学出版社 , 2000:116 3 程少庚 ,崔杜武 ,刘小河 M西安理工大学出版社 , 2003: 654 童梅 机械工业出版社 , 2005:75 李培芳 ,孙盾 ,李玉玲 ,李军 . 电路学习辅导与题解 M清华大学出版社 , 2006:776 游磊 ,梁颖 成 都航空职业技术学院学报 J) : 7 黄忠霖 M防工业出版社， 2006 8 张永瑞 M学出版社， 2005 9 邱关源 第四版 )M高等教育出版社 ,2003:28910清华大学出版社 ,2000. 11周金萍 实践与提高 M中国电力 出版社 ,2002. 12陈怀琛 M电子工业出版社 ,2000. 13施阳 ,李俊 M清华大学出版社 ,1998. 14薛定宇 ,陈阳泉 清华大学出版社 ,2002 15007. 16 17 18 19 20 16 附录 1. 伴随网络法 程序： %*用伴随网络法（梯形公式）对线性电路进行瞬态分析 *% %清除命令窗口，并使光标返回 %清除工作空间的变量 %*原始数据的输入和数据库的建立 （各支路电压和电流均取关联参考方向 *% %输入格式：