matlab中Simulink在RLC電路仿真中的應用課程設計

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