MATLAB在高中電路學習中的應用研究

張紀豪

摘 要：論文首先闡述了Matlab/Simulink工具的應用特點，以直流穩態電路、線性動態電路的時域分析為例，通過建模、Matlab編程、Simulink仿真對電路進行分析。實踐結果表明上述方法應用到電路分析中可有效提高計算的精度和分析效率。將Matlab/Simulink應用于電路分析中能使復雜的計算變得非常簡便，直觀，調動學生學習的積極性。

關鍵詞：Matlab/Simulink 電路分析 仿真

中圖分類號：O24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0075-03

Abstract：First the application characteristics of Matlab/Simulink tool are illustrated. Taking the analysis of DC steady-state circuit， time domain of linear dynamic circuit as examples， the circuit is analyzed through modeling， Matlab programming， and Simulink simulation. TIt proves that these methods can effectively improve the calculation preciseness and analysis efficiency. Application of Matlab/Simulink in computing circuits is simple ，clear and it can arouse study activity.

Key Words：Matlab/Simulink； Circuit analysis； Simulation

MATLAB是一種科學計算軟件，是“矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的縮寫，它是一種以矩陣運算為基礎的交互式編程語言，專門針對科學、工程計算及繪圖的需求，主要適用于矩陣運算及控制和信息處理領域的分析設計，具有計算功能強、編程效率高、使用簡便、易于擴充等特點，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分，利用MATLAB編寫M文件可以計算電路中的參數，也可以計算電路中的各個響應，還可以進行仿真得到直觀的圖形。另外利用MATLAB中的動態仿真工具箱Simulink通過搭建電路模型也可以快速實現電路的分析計算和仿真。該文以典型的直流電阻電路、二階動態電路為例分別運用矩陣運算、MATLAB編程和Simulink建模仿真的方法對典型電路進行分析。

1 MATLAB在電路分析中的應用

電路分析一般要建立數學模型，通過求解電路方程得到所需要的參數。下面通過建模、Matlab編程、Simulink仿真對電路進行分析。

（1）直流穩態電路的分析。

電路分析的基本方法有支路電流法、網孔電流法、節點電壓法等，下面以網孔電流為例進行分析。

如圖1所示電路，已知uS=10V，R1=2Ω，R2=4Ω，R3=12Ω，R4=4Ω，R5=12Ω，R6=4Ω，R7=2Ω，求i3，u4，u7。

①建模。

（3）運用Matlab/Simulink建模仿真。Simulink主要功能是實現動態系統建模、仿真與分析，它允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個系統，并能夠動態地控制該系統，Simulink采用鼠標驅動方式，能夠處理線性，非線性、連續、離散等多種系統。用Matlab/Simulink中的Simpower Systems的電力系統模型庫，選取相應的電阻、直流電源、電壓表、電流表及示波器等基本功能模塊，模塊按照圖2建立仿真模型，設置每個模塊的參數，然后進行仿真，仿真結果u4，u7如圖3、4所示，與前面2種方法結果一致，Matlab中Simulink工具箱的電氣系統仿真模型，可以方便、高效地仿真電路，可以對Matlab程序的計算結果進行驗證。

（2）二階動態電路如圖5所示，已知L=0.5H，C=0.02 F，R=12.5 Ω，初始值uc（0）=1 V，iL（0）=0，求t≥0時的uc（t），iL（t）的零輸入響應。

這道題直接用Matlab/Simulink模塊搭建，如圖6所示，uc（0）和iL（0）可以直接在電容電感的參數設置中輸入，方法簡單，所建模型直觀，建模仿真后通過示波器觀察t≥0時時uc（t），iL（t）的變化情況如圖7、圖8所示。

2 結語

在電路的學習和研究過程中，Matlab在進行計算、繪圖分析時具有顯著優勢，而且，Simulink使電路分析變得簡單、生動，可以仿真驗證結果。可使學生深刻地理解電路分析中的相關理論及電路分析方法，調動學生學習的積極性。

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