matlab中Simulink在RLC電路仿真中的應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

1、課程論文首頁(yè)院、系（部）電子信息工程學(xué)系專(zhuān)業(yè)電子信息工程專(zhuān)業(yè)班級(jí)092學(xué)號(hào)姓名Xxx課程教師黃劍航課程名稱(chēng)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)論文題目Simulink在RLC電路仿真中的應(yīng)用成績(jī)?cè)u(píng)語(yǔ) 簽字： 年 月 日復(fù)核人意見(jiàn) 簽字： 年 月 日Simulink在RLC電路仿真中的應(yīng)用 Xxx摘要：文章是基于 Simulink建立RLC電路仿真模型,敘述了其設(shè)計(jì)的仿真原理、仿真的步驟，實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，展示了方便靈活的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果。并用MATLAB編寫(xiě)M文件建模仿真分析和驗(yàn)證結(jié)果的正確性。結(jié)果表明,利用Simulink分析動(dòng)態(tài)電路具有簡(jiǎn)單、快捷、高效,實(shí)現(xiàn)了電路仿真分析的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：MATLAB Sim

2、ulink 電路建模 電路仿真一、引言計(jì)算機(jī)輔助電路分析 已經(jīng)成為電路原原理課程教學(xué)改革的一個(gè)重要方面。傳統(tǒng)的電路分析中，在電路比較復(fù)雜，方程數(shù)目比較多得情況下，手工解決問(wèn)題十分繁瑣，并且傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編制的仿真程序冗長(zhǎng)，可讀性差，調(diào)試費(fèi)時(shí)，大量的時(shí)間都被花在矩陣建立和圖形的生成分析等煩瑣易錯(cuò)的細(xì)節(jié)上。Rlc電路是電路課程和電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容，由于matlab軟件具有很強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算、符號(hào)運(yùn)算和繪圖功能，以及豐富的庫(kù)函數(shù)、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(yīng)用，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便、界面友好的用戶(hù)環(huán)境，其強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能建立在向

3、量、數(shù)組和矩陣的基礎(chǔ)上，輸出結(jié)果易于可視化。這兩個(gè)特點(diǎn)為電路的仿真分析提供了一個(gè)合適的語(yǔ)言平臺(tái)。Simulink是matlab的重要組件之一，它提供了一個(gè)動(dòng)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(wú)需書(shū)寫(xiě)大量的程序，只要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理分析Simulink 是MATLAB 的一個(gè)重要的工具箱，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和仿真工具。它以MATLAB 核心數(shù)學(xué)，圖形和語(yǔ)言為基礎(chǔ)，可以讓用戶(hù)完成從算法開(kāi)發(fā)，仿真或者模型驗(yàn)證的全過(guò)程，而不需要傳遞數(shù)據(jù)，重寫(xiě)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(diǎn)： 1.1、用方框圖的繪制代替了程序的編寫(xiě)。構(gòu)成任何一個(gè)系統(tǒng)框圖有三個(gè)步驟，即選定典型環(huán)節(jié)，相互聯(lián)結(jié)和給定環(huán)節(jié)參數(shù)。 1.2、仿真的建立和運(yùn)行是智能化的。首先，畫(huà)好了框圖并存起來(lái)，Simulink自動(dòng)建立一個(gè)仿真的過(guò)程；其次，在運(yùn)行時(shí)用戶(hù)可以不給步長(zhǎng)，只給出要求的仿真精度，軟件會(huì)自動(dòng)選擇能保證給定精度的最大步長(zhǎng)，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(hào)來(lái)源形式的多樣化。其輸入信號(hào)可以是各種信號(hào)發(fā)生器；也可以來(lái)自一個(gè)設(shè)定的記錄文件；還可以來(lái)自MATLAB的工作空間（workspace）.輸出信號(hào)也類(lèi)似，這就

5、擴(kuò)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(zhuān)門(mén)領(lǐng)域應(yīng)用的仿真模塊。研究MATLAB在電路仿真中的應(yīng)用，主要用到的是Simulink節(jié)點(diǎn)下的Commonly used Blocks ,Sinks ,Sources 等模塊以及在電路仿真中最長(zhǎng)用的Power

6、System Blockset（DSP）模塊。其中電路仿真元件庫(kù)SimPowerSystems庫(kù)，內(nèi)部有基本連接件（Connector）、電源（Electrical Sources）、基本元器件（Elements）等七個(gè)子庫(kù)，如圖1所示。 圖1 電路仿真元件庫(kù)及其子庫(kù)2.2、SimPowerSystems模塊介紹 2.2.1、DC Voltage Source直流電壓源，在 “Electrical Sources”模塊內(nèi)。 2.2.2、Series RLC Branch 串聯(lián)RLC 支路，設(shè)置參數(shù)可以去掉任一元件，將其變?yōu)閱为?dú)的電阻、電容或電感的支路。1）將Series RLC Branch

7、模塊設(shè)置成單一電阻時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Resistance”設(shè)置為所仿真電阻的真實(shí)值，“Inductance”設(shè)置為0，“Capacitance”設(shè)置為inf；2）將Series -RLC Branch模塊設(shè)置單一電感模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Inductance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”設(shè)置為0，“Capacitance”設(shè)置為inf； 3）將Series RLC Branch設(shè)置單一電容模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)“Capacitance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”和“Inductance”均設(shè)置為0。 2.2.3、Parallel RLC Branch 并聯(lián)R

8、LC 支路，設(shè)置參數(shù)可以去掉任一元件，將其變?yōu)閱为?dú)的電阻、電容或電感的支路。1）將Parallel RLC Branch 模塊設(shè)置成單一電阻時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Resistance”設(shè)置為所仿真電阻的真實(shí)值，“Inductance”設(shè)置為inf ，“Capacitance”設(shè)置為0 ；2）將Parallel -RLC Branch模塊設(shè)置單一電感模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Inductance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”設(shè)置為inf ，“Capacitance”設(shè)置為0 ；3)將Parallel RLC Branch設(shè)置單一電容模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)“Capacitance”設(shè)置為所仿真

9、電感的真實(shí)值，“Resistance”和“Inductance”均設(shè)置為inf。2.2.4、Current Measurement、Voltage Measurement 在“Measurmrnts”模塊內(nèi)，可以用來(lái)測(cè)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(nèi)，其參數(shù)一般采用默認(rèn)值。2.2.6、Break（開(kāi)關(guān)）兩模塊。在Elements模塊庫(kù)內(nèi)。Break模塊內(nèi)有一個(gè)名為 External control of switch

10、ing times 的選項(xiàng)，在默認(rèn)的選中狀態(tài)時(shí)，Switching times（開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間）和Sample time of the internal timer Ts 兩個(gè)選項(xiàng)將被隱藏，這里需要將External control of switching times設(shè)為非選中狀態(tài)，展開(kāi)隱藏選項(xiàng)。3、Simulink的模塊庫(kù)Simulink的模塊庫(kù)能夠?qū)ο到y(tǒng)模塊進(jìn)行有效的管理與組織，使用Simulink模塊庫(kù)瀏覽器可以按照類(lèi)型選擇合適的系統(tǒng)模塊、獲得系統(tǒng)模塊的簡(jiǎn)單描述以及查找系統(tǒng)模塊等，并且可以直接將模塊庫(kù)中的模塊拖動(dòng)或者拷貝到用戶(hù)的系統(tǒng)模型中以構(gòu)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。常見(jiàn)的模塊有連續(xù)系統(tǒng)模塊，離散

11、系統(tǒng)模塊，信號(hào)模塊，數(shù)學(xué)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(xiě)程序進(jìn)行建模仿真，通過(guò)結(jié)果的對(duì)比可進(jìn)一步驗(yàn)證對(duì)Simulink的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的正確性。三、電路仿真設(shè)計(jì)步驟:1、在MATLAB的 Command窗口直接鍵入Simulink即可打開(kāi)Simulink工作窗口，或者直接點(diǎn)擊工具欄上的simulink菜單。2、從元件庫(kù)Sim powersystems及其它的一些庫(kù)中拖出題目要求的元器件，包括直流電壓、串聯(lián)RLC電阻、scope及電壓表（voltage measurement）、電流表（current measurement），按照電路圖，并進(jìn)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(diǎn)擊 運(yùn)行，雙擊示波器Scope（或查看display）,得到仿真出來(lái)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(shí)針?lè)较颍?，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(wǎng)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(xiě)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(yùn)行仿真得到各參數(shù)和運(yùn)行結(jié)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(yīng)該為I=I2-I1=-2.4，與simuliink計(jì)算出來(lái)的數(shù)值一樣，證明了Simulink的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的正確性。 圖5 MATLAB建模仿真結(jié)果五、 結(jié)果分析及總結(jié)：通過(guò)Simulink電路系統(tǒng)建模，仿真出來(lái)所求的電流值和MATLAB的建模仿真得到結(jié)果是一樣的，驗(yàn)證了Simulink電路系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的結(jié)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(wú)需書(shū)寫(xiě)大量的程序，只要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)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(lái)的波形平行于x軸，滿(mǎn)足電路原理中直流電流、電壓的數(shù)值為某一固定常數(shù)的特性。參考文獻(xiàn)