MATLAB在《電路》中的計算與仿真分析

陳泓碩

渤海大學工學院

?

MATLAB在《電路》中的計算與仿真分析

陳泓碩

渤海大學工學院

電子電路專業在電力專業中具有非常重要的地位，本文深刻地分析了電子電路的電路情況，可以通過各種 MATLAB匯編語言以及利用MATLAB可視化仿真方式，更好的進行復雜電路的分析及計算。我們都知道MATLAB可視化仿真環境有利于更好的分析電路，可以讓復雜的計算變得更加簡單，有利于電路分析提供輔助工具。

電子電路分析 仿真 MATLAB 語言 可視化仿真環境

1　引言

電子電力技術的分析關系到電能的電話控制，要對電路的原理更好地進行分析需要對電能進行變化測量，還要做好各種繪制以及分析工作，在對電路進行分析的過程中，我們可以通過手工的方式對電路圖和波形圖進行繪制，因為工作量很大，所以不夠準確，Matlab、Simulink等仿真平臺有利于技術人員更方便地開展工作，而且Matlab具有更強大的運行功能，可以進行向量以及復數的運算，還可以進行符號運算以及微積分的積分運算，這些是大量存在于可控整流以及直流電路中，整流輸出直流的平均值，電路計算以及最小力練腳，通過Matlab這種求解方法，獲得了更加快捷而準確的數據，有利于獲得比較功能強大的函數，而且可以繪制比較準確的電壓以及電流波形圖，這種圖形畫是一種實體的仿真圖形，更好地結合了電子技術中的元器件模塊，包括整流裝置電路以及利便裝置電路，這種線路更加簡單方便，而且有利于節約成本。

通過使用這種軟件，我們可以更好地對電動機的直流調速系統以及第一流調速系統進行分析，可以更好地改變仿真軟件上的比例系數，可以獲得三相交流電壓以及勵磁電壓的，可以對閉環系統的穩定性進行驗證。

2　MATLAB軟件簡介

有許多軟件公司都有自己的計算機仿真軟件，可以更好地進行電路分析及仿真計算，主要有Pspice，EDA 、Protel、MATLAB 等，他們有各種優缺點有很強大的功能。 MATLAB 源于Matrix Laboratory 一詞 ， 原意為矩陣實驗室。因為剛開始可以用于矩陣數值的計算，所以在市場化的發展過程中，不僅可以進行數值計算而且可以進行數據計算，因為這種新版本的推出獲得了自己更新的功能，有利于最大范圍地提升自身的能力，而且出現了許多工具箱，當前包括有數十個工具箱這些工具箱可以進行信號處理，虛擬現實已經模糊邏輯，而且有許多科研技術人員都在使用。

因為這種編程的規律和人們的科學運算規律是相同的，所以這種方法和其他的高級語言相比較而言，并不是很難掌握，通過這種編程方法可以獲得排列公式以及求解，所以也叫做科學算法語言，在這種情況下，對要獲得的問題答案只需按照要求得出就行了，數字表達式會以數字或者圖形方式表達。

在剛開始產生的時候，因為具備強大的功能和開放性，所以在很多軟件中得到優先使用，最新版本的軟件有利于更好的進行符號運算，和相關的工具軟件進行接口后，這種素質應戰以及符號運算和同類的軟件具有更大的優點，而且這種軟件的開放性，而且能夠更好的使用，這種軟件作為高校教師以及科研人員的實用軟件。

3　Simulink 仿真軟件

3.1Simulink的特點

軟件的前身就是 simulib，是在20世紀90年代出現的，通過數據庫的形式可以掛接在MATLAB 上，這種軟件有非常廣泛熟知的軟件名稱，在這種MATLAB4. 2x 版本時期，Simulink不能隨便的進行運行，只可以在這種環境中運行，這種軟件是軟件的拓展形式，而且有利于動態建模以及仿真，他和這種軟件語言有著明顯的區別，而且和用戶有著連接的接口，用戶更多的投入精力到模型建設上，而不是在編程上投入精力，當前公司已經發展的系列產品，可以和Stateflow 狀態流進行配合，可以獲得比較清晰的模型，最終可以進行實時仿真，通過和各種代碼進行配合使用有利于更好地進行系統的設計和仿真，這種軟件可以更好的進行通信系統以及電力系統的建模分析，這是一種動態系統分析的仿真軟件，對于線性和非線性系統有的重要的意義，這種模型實現了兩者的結合，而且可以進行多采樣，不同的系統部分有不同的采樣效率。

3.2Simulink 仿真建模的方法

Simulink 仿真建模的一般步驟如下：

（1）可以通過系統的對象建立各種模型；

（2）而且要建立對象的模型模塊；

（3）要對對象的模型模塊進行連接；

（4）通過仿真最終獲得系統的結果。

在建模的過程中Simulink 提供了非常個性化的用戶界面，用戶只需要點擊鼠標就可以進行建模，用戶圖形界面可以通過鉛筆進行模型繪畫，這和以前通過編程語言并且使用表達方程使用是不一樣的，這種軟件包含復雜的接收器以及線性組件，當然用戶也可以自己制定模塊，這種模型是一種分層次的，可以通過自上而下或者是自下而上的方式進行模型的建立，用戶也可以查看系統以后需要雙擊系統的模型進入到系統的層面，這種方法有利于用戶更好的建模以及各個部分更好的聯系。

對模型進行定義后，可以通過菜單或者是命令窗口的方式進行仿真處理，菜單方式有利于更好地進行交互式工作，有利于更好地處理仿真， Scopes這種示波器具有各種顯示模塊，為更好地觀察仿真的結果在仿真的時候需要改變參數，以后可以看到輸出出現的各種變化，仿真結果可以顯示在工作空間中，必須進一步的進行處理和可視化。

3.3用Smiulink中的電力系統模塊庫對動態電路進行仿真

通過圖形可以更好的分析電路問題，但是在工具箱中并沒有出現專門的函數工具箱，所以使用Simulink這種系統數據庫模塊，更好地實現電路圖的仿真，可以更好的建立電路的仿真，可以分析 RC動態電路的開關，電路情況下可以進行響應，如果開關在一點的時候，可以在相當長的時間響應，如果開關在b點的時候，會對Simulink電路中的電流和電壓產生影響，而且可以生成各種仿真波形圖。下面圖1為RC動態電路。

圖1　RC動態電路

在 Simulink這種環境下可以進行電路的仿真，畫出各種電路的仿真結構圖，反正結構圖是在這種環境中獲得的，我們建立這個圖形就可以進入到 Simulink這種仿真環境中，可以在這種命令窗口，點擊〈Simulink〉回車鍵，就可以進入到Simulink環境中，然后打開數據庫就可以找到模塊，就可以建立各種電路仿真圖 。圖2為RC電路S函數圖。

（1）兩個直流電源模塊，可以將電壓的參數分別進行設置；

（2）在各種支路中，不同的參數選擇得到的電阻以及電感是不同的，需要設置電阻的時候，電感現象就要輸入零，需要電感的時候電阻選項就是inf，需要電容的時候，電阻就是0，而電感的選項卻為零；

圖2　RC 電路 S函數框圖

圖3　仿真結果

（3）兩個開關模塊，在對參數進行 Breaker選擇的時候，這么快可以獲得參數，需要使用到這個數據庫中的線路，通過圖3可以對參數進行設置，在數據庫中菜單項的設置停止時間一般為兩秒，一般的設置時間不能夠太長，需要進行適當的選擇，只是大于過渡的時間就行了，不然的話，就不能夠顯示電路的動態過程，然后菜單項會進行仿真，得到了如下圖3所示的仿真結果，這兩種仿真結果是電容電流以及電壓的波形圖，這種軟件只可以通過軟件來改變，可以看到改變的時間常數也可以發現充電的快慢情況。

4　結論

利用 MATLAB、Simulink可以更好的分析電路中的各種問題，是比較簡單和有用的方法，這種軟件的計算能力以及仿真功能很強大，可以更好的顯示電路計算以及仿真圖形，也能夠更好的進行負載電路的分析和研究。

［1］ 侯勇嚴，孫瑜， 郭文強. MATLAB在復雜電路分析中的應用研究［J］.微計算機信息， 2004，（10）

［2］ 王沐然.MATLAB與科學計算（第二版）［M］ .北京：電子工業出版社， 2003

［3］ 劉瑞葉，任洪林， 李志民.計算機仿真技術基礎［M］.北京：電子工業出版社， 2004

［4］ 張葛祥，李娜. MATLAB 仿真技術與應用 ［M］.北京：清華大學出版社， 2003