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文檔簡介
1、課程論文首頁院、系(部)電子信息工程學系專業(yè)電子信息工程專業(yè)班級092學號姓名Xxx課程教師黃劍航課程名稱計算機仿真技術論文題目Simulink在RLC電路仿真中的應用成績評語 簽字: 年 月 日復核人意見 簽字: 年 月 日Simulink在RLC電路仿真中的應用 Xxx摘要:文章是基于 Simulink建立RLC電路仿真模型,敘述了其設計的仿真原理、仿真的步驟,實現電路系統(tǒng)的動態(tài)仿真,展示了方便靈活的動態(tài)仿真結果。并用MATLAB編寫M文件建模仿真分析和驗證結果的正確性。結果表明,利用Simulink分析動態(tài)電路具有簡單、快捷、高效,實現了電路仿真分析的優(yōu)越性。關鍵詞:MATLAB Sim
2、ulink 電路建模 電路仿真一、引言計算機輔助電路分析 已經成為電路原原理課程教學改革的一個重要方面。傳統(tǒng)的電路分析中,在電路比較復雜,方程數目比較多得情況下,手工解決問題十分繁瑣,并且傳統(tǒng)的計算機語言編制的仿真程序冗長,可讀性差,調試費時,大量的時間都被花在矩陣建立和圖形的生成分析等煩瑣易錯的細節(jié)上。Rlc電路是電路課程和電路實驗教學的重要內容,由于matlab軟件具有很強的數值運算、符號運算和繪圖功能,以及豐富的庫函數、工具箱和仿真模塊,在電路的分析和仿真中得到了廣泛的應用,它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體,構成了一個方便、界面友好的用戶環(huán)境,其強大的數值計算功能建立在向
3、量、數組和矩陣的基礎上,輸出結果易于可視化。這兩個特點為電路的仿真分析提供了一個合適的語言平臺。Simulink是matlab的重要組件之一,它提供了一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中無需書寫大量的程序,只要通過簡單直觀的鼠標操作,就可以構造出復雜的仿真系統(tǒng),從而提高了工作效率1。二、similink電路仿真原理1、實驗設計原理分析Simulink 是MATLAB 的一個重要的工具箱,是結合了框圖界面和交互仿真能力的系統(tǒng)級設計和仿真工具。它以MATLAB 核心數學,圖形和語言為基礎,可以讓用戶完成從算法開發(fā),仿真或者模型驗證的全過程,而不需要傳遞數據,重寫代碼或改變軟件環(huán)境
4、。Simulink 作為面向框圖的仿真軟件,具有以下的功能和優(yōu)點: 1.1、用方框圖的繪制代替了程序的編寫。構成任何一個系統(tǒng)框圖有三個步驟,即選定典型環(huán)節(jié),相互聯結和給定環(huán)節(jié)參數。 1.2、仿真的建立和運行是智能化的。首先,畫好了框圖并存起來,Simulink自動建立一個仿真的過程;其次,在運行時用戶可以不給步長,只給出要求的仿真精度,軟件會自動選擇能保證給定精度的最大步長,使得在給定的精度要求下系統(tǒng)仿真具有最快的速度。1.3、輸入輸出信號來源形式的多樣化。其輸入信號可以是各種信號發(fā)生器;也可以來自一個設定的記錄文件;還可以來自MATLAB的工作空間(workspace).輸出信號也類似,這就
5、擴大了仿真系統(tǒng)與各種外部軟件和硬件的接口能力。2、simulink工具箱仿真模塊2.1、Simulink工具箱中含有大量的仿真模塊集,例如Power System Blockset (PSB),DSP Blockset ,Communication Blockset,CDMA Reference Blockset, Nonlinear Control Design Blockset 等專門領域應用的仿真模塊。研究MATLAB在電路仿真中的應用,主要用到的是Simulink節(jié)點下的Commonly used Blocks ,Sinks ,Sources 等模塊以及在電路仿真中最長用的Power
6、System Blockset(DSP)模塊。其中電路仿真元件庫SimPowerSystems庫,內部有基本連接件(Connector)、電源(Electrical Sources)、基本元器件(Elements)等七個子庫,如圖1所示。 圖1 電路仿真元件庫及其子庫2.2、SimPowerSystems模塊介紹 2.2.1、DC Voltage Source直流電壓源,在 “Electrical Sources”模塊內。 2.2.2、Series RLC Branch 串聯RLC 支路,設置參數可以去掉任一元件,將其變?yōu)閱为毜碾娮?、電容或電感的支路?)將Series RLC Branch
7、模塊設置成單一電阻時,應將參數:“Resistance”設置為所仿真電阻的真實值,“Inductance”設置為0,“Capacitance”設置為inf;2)將Series -RLC Branch模塊設置單一電感模塊時,應將參數:“Inductance”設置為所仿真電感的真實值,“Resistance”設置為0,“Capacitance”設置為inf; 3)將Series RLC Branch設置單一電容模塊時,應將參數“Capacitance”設置為所仿真電感的真實值,“Resistance”和“Inductance”均設置為0。 2.2.3、Parallel RLC Branch 并聯R
8、LC 支路,設置參數可以去掉任一元件,將其變?yōu)閱为毜碾娮?、電容或電感的支路?)將Parallel RLC Branch 模塊設置成單一電阻時,應將參數:“Resistance”設置為所仿真電阻的真實值,“Inductance”設置為inf ,“Capacitance”設置為0 ;2)將Parallel -RLC Branch模塊設置單一電感模塊時,應將參數:“Inductance”設置為所仿真電感的真實值,“Resistance”設置為inf ,“Capacitance”設置為0 ;3)將Parallel RLC Branch設置單一電容模塊時,應將參數“Capacitance”設置為所仿真
9、電感的真實值,“Resistance”和“Inductance”均設置為inf。2.2.4、Current Measurement、Voltage Measurement 在“Measurmrnts”模塊內,可以用來測量所在支路的電流值和電壓值。2.2.5、Controlled Voltage Source受控電壓源、Controlled Current Source受控電流源,在“Electrical Sources”模塊內,其參數一般采用默認值。2.2.6、Break(開關)兩模塊。在Elements模塊庫內。Break模塊內有一個名為 External control of switch
10、ing times 的選項,在默認的選中狀態(tài)時,Switching times(開關轉換時間)和Sample time of the internal timer Ts 兩個選項將被隱藏,這里需要將External control of switching times設為非選中狀態(tài),展開隱藏選項。3、Simulink的模塊庫Simulink的模塊庫能夠對系統(tǒng)模塊進行有效的管理與組織,使用Simulink模塊庫瀏覽器可以按照類型選擇合適的系統(tǒng)模塊、獲得系統(tǒng)模塊的簡單描述以及查找系統(tǒng)模塊等,并且可以直接將模塊庫中的模塊拖動或者拷貝到用戶的系統(tǒng)模型中以構建動態(tài)系統(tǒng)模型。常見的模塊有連續(xù)系統(tǒng)模塊,離散
11、系統(tǒng)模塊,信號模塊,數學操作模塊等。4、MATLAB的M文件建模仿真在MATLAB中建立腳本文件編寫程序進行建模仿真,通過結果的對比可進一步驗證對Simulink的動態(tài)仿真結果的正確性。三、電路仿真設計步驟:1、在MATLAB的 Command窗口直接鍵入Simulink即可打開Simulink工作窗口,或者直接點擊工具欄上的simulink菜單。2、從元件庫Sim powersystems及其它的一些庫中拖出題目要求的元器件,包括直流電壓、串聯RLC電阻、scope及電壓表(voltage measurement)、電流表(current measurement),按照電路圖,并進行連接,建
12、立Simulink電路仿真模型,電路布局圖如圖2所示: 圖2 Simulink電路布局圖3、點擊 運行,雙擊示波器Scope(或查看display),得到仿真出來I的電流值為-2.4A ,得到電流I的simulink仿真波形圖,如圖3所示: 圖3 電流I的simulink仿真波形 四、MATLAB的M文件建模仿真 電路建模:如圖4所示,首先規(guī)定各支路電流及參考方向,規(guī)定回路方向(全為順時針方向),然后利用基爾霍夫電流定律KCL和基爾霍夫電壓定律KVL列出網孔電流法,所列的方程如下所示:R11=6+6+0.2=12.2; R22=4+4+0.2=8.2; R33=6+4+2=12;R12=R21
13、=-0.2; R13=R31=-6; R23=R32=-4;US11=12; US22=-12; US33=-24; 圖4 電路圖將上述的方程組寫成矩陣AI=B的形式:A=12.2 -0.2 -6;-0.2 8.2 -4;-6 -4 10 B=12;-12;-24 I=AB。列出M文件求解電路方程,運行仿真得到各參數和運行結果如圖5所示:clc;clear;R11=12.2;R22=8.2;R33=12;R12=-0.2;R21=-0.2;R13=-6;R31=-6;R23=-4;R32=-4;US11=12;US22=-12;US33=-24;A=R11 R12 R13;R21 R22 R2
14、3;R31 R32 R33;B=US11;US22;US33;I=AB從圖中和題意我們可以知道I=I2-I1,而可知I2=-3.1543, I1=-0.7543所以電路中所求的電流應該為I=I2-I1=-2.4,與simuliink計算出來的數值一樣,證明了Simulink的動態(tài)仿真結果的正確性。 圖5 MATLAB建模仿真結果五、 結果分析及總結:通過Simulink電路系統(tǒng)建模,仿真出來所求的電流值和MATLAB的建模仿真得到結果是一樣的,驗證了Simulink電路系統(tǒng)動態(tài)仿真的結果的正確性。從中我們也可以看出simulink在電路仿真的優(yōu)越性:在該環(huán)境中無需書寫大量的程序,只要通過簡單直觀的鼠標操作,就可以構造出復雜的仿真系統(tǒng),從而提高了工作效率。從文章的圖3可知電路電路仿真出來的波形平行于x軸,滿足電路原理中直流電流、電壓的數值為某一固定常數的特性。參考文獻
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