Matlab/Simulink在電路分析中的應(yīng)用

趙富寧　王艷紅

摘 要： 為使學(xué)生能深刻理解電路分析方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，將Matlab/Simulink這個(gè)工具應(yīng)用于電路分析的教學(xué)過程中。具體以直流穩(wěn)態(tài)電路分析、線性動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析、線性動(dòng)態(tài)電路復(fù)頻域分析為例，通過建模、Matlab編程、Simulink仿真對(duì)電路進(jìn)行分析。闡述了Matlab/Simulink工具的應(yīng)用特點(diǎn)：利用Matlab矩陣運(yùn)算能力，可以解電路方程；利用圖形函數(shù)，可以得到簡(jiǎn)明、生動(dòng)的圖形；Matlab中的Simulink工具箱可以仿真得到結(jié)果。Matlab/Simulink若在電路分析教學(xué)中合適運(yùn)用，有利于提高電路分析的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： Matlab/Simulink； 電路分析； 教學(xué)； 仿真

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2014）04-21-03

Abstract： In order to make students understand the method of circuit analysis in depth and arouse study activity， improve the teaching quality， the Matlab/Simulink tool is used in the teaching process of circuit analysis. Taking the analysis of DC steady-state circuit， time domain of linear dynamic circuit， complex frequency domain of linear dynamic circuit as examples， the circuit is analyzed through modeling， Matlab programming， and Simulink simulation. The application characteristics of Matlab/Simulink tool are illustrated. The circuit equations can be solved by Matlab matrix operation ability. Graphics functions can get simple vivid graphics. The Simulink toolbox can obtain simulating results. The proper using of Matlab/Simulink in circuit analysis teaching will improve the teaching quality of circuit analysis.

Key words： Matlab/Simulink； circuit analysis； teaching； simulation

0 引言

電路分析是工科電子、計(jì)算機(jī)、通信等專業(yè)的一門非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容豐富，計(jì)算繁雜，學(xué)生較難理解。MATLAB是由美國(guó)Mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境[1]。使用Matlab程序進(jìn)行電路分析計(jì)算，可以簡(jiǎn)單、快捷、精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)；Matlab還有強(qiáng)大的圖形函數(shù)，可以對(duì)電路分析中的物理量繪制出準(zhǔn)確精美的圖形。不僅如此，Matlab中Simulink工具箱的電氣系統(tǒng)仿真模型，可以方便、高效地仿真電路，可以對(duì)Matlab程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

下面以電路分析中幾個(gè)典型電路為例，運(yùn)用Matlab/Simulink進(jìn)行電路分析。

1 電路的實(shí)例分析

電路分析一般要建立數(shù)學(xué)模型，通過求解電路方程得到所需要的參數(shù)。下面通過建模、Matlab編程、Simulink仿真對(duì)電路進(jìn)行分析。

1.1 直流穩(wěn)態(tài)電路分析

電路分析的基本方法有支路電流法，網(wǎng)孔電流法，節(jié)點(diǎn)電壓法等，下面以網(wǎng)孔電流為例進(jìn)行分析[2]。

如圖1所示電路實(shí)例，電路參數(shù)已標(biāo)出，求各網(wǎng)孔電流及受控源電壓u。

⑴ 建模

根據(jù)網(wǎng)孔電流法選擇網(wǎng)孔電流，列出下列方程（設(shè)電流源兩端的電壓為U）：

2 結(jié)束語

Matlab/Simulink相比于其他電路分析軟件應(yīng)用于電路分析，在進(jìn)行計(jì)算、繪圖分析時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)，而且，可以仿真驗(yàn)證結(jié)果。倘若在電路分析教學(xué)中得到運(yùn)用，將使電路分析變得簡(jiǎn)單、生動(dòng)，可使學(xué)生深刻地理解電路分析中的相關(guān)理論及電路分析方法，同時(shí)也可讓他們掌握一個(gè)強(qiáng)大的工具，軟件的使用有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和提高電路分析的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉衛(wèi)國(guó).MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].高等教育出版社，2006.

[2] 王艷紅，蔣學(xué)華，戴純春.電路分析[M].北京大學(xué)出版社，2008.

[3] 薛定宇.基于Matlab/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].清華大學(xué)

出版社，2002.

[4] 邱關(guān)源.電路[M].高等教育出版社，1999.

[5] 黃忠霖.電工原理的MATLAB實(shí)現(xiàn)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2012.