matlab在直流电路中电阻电路的应用.doc

初始条件：
试用叠加原理计算图中所示电路中的电流I和电压Uab。

设计任务：
1. 根据已知分析电路（包括电路变换及简化）；
2. 完成在MATLAB中的参数设定及模型建立；
3. 完成仿真输出波形显示，并分析结果。
4. 整理设计过程，总结心得，完成报告。
武汉理工大学《基础技能强化训练》课程设计说明书

摘要
《电路原理》是电类专业必修的一门重要的技术基础课，它具有基础科学和技术科学的二重性，不仅是电类学生学习后续课程的基础，也直接为解决电工电子工程中的一些实际问题服务。大一下学期开始，通过对本课程的学习，我初步掌握了近代电路理论的一些基本知识和概念，能分析计算一些常见的，比较简单的基本电路，初步具有了解决实际问题的能力，并为后续课程的学习准备了必要的电路理论知识。其分析电路的常见方法有：节点电压法，网孔电流法，叠加原理分析法，戴维宁定理和诺顿定理等等。本文主要讨论用叠加原理分析法来分析直流电路中关于电阻电路的计算方法。在这个分析解决问题的过程中需要运用到MATLAB软件。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。本文就是通过对MATLAB编程计算出的结果和Simulink仿真出的结果两大部分。本文就是通过对MATLAB编程计算出的结果和

2

直流电路中电阻电路的计算

1题目分析

1.1设计题目
试用叠加原理计算图1中所示电路中的电流I和电压Uab。

图1 电路图
1.2理论分析
题图1中有一个电压源和一个电流源，根据叠加原理可以将电路图进行分解成图2和图3叠加。

a

I I
4Ω
10Ω U 20Ω
3A

b

图2 分解图一

20Ω
a
I -
12v
10Ω U +

b
图3 分解图二

列方程得
I+I=3
10 I-20 I=0
（10+20）I=-12

对上面三个方程，可将其写成如下所示的矩阵形式：

=

求解线性方程组得
I =2A I=1A I=-0.4A
由叠加原理得
I= I+I=1.6A
由电路性质得
U=10I=16V

上面的过程，为理论上的解题方法。在整个解题的过程中，最主要的就是正确的列出三个方程，然后以这三个方程为中心求解即可。这过程中，我有意将三个方程的系数写成矩阵形式，利用《线性代数》中所学的矩阵的知识来求解，其实是为了方便后面利用MATLAB软件来进行计算。下面将详细的来了解运用MATLAB软件来进行编程计算题目中的两个问题的流程。并将运用此软件计算出来的结果和理论分析计算出来的结果进行比较，理论上应该是相同的。

2 Matlab编程和仿真

2.1 Matlab编程
A=[1,1,0;10,-20,0;0,0,30];
B=[3;0;-12];
I=inv(A)*B;
I1=I(1);I2=I(2);I3=I(3);
I=I1+I3
Uab=10*I
2.2 程序的运行
I=1.6000
Uab=16

图4 Matlab编程界面图

由此可得，MATLAB软件程序运行的结果与理论分析出的结果一样，符合分析的结果。

3 Simulink进行建模仿真

3.1仿真元件的选取
（1）电阻的选择

由于设计电路中必须要有三个电阻4Ω,10Ω，20Ω。所以添加三个电阻加入仿真电路中，并将电容值设为inf，电感值设为0，由此来设置出电阻对应的阻值。
如图5所示：

图5 载入电阻

图6 电阻设定

（2）电源的选择
由于设计电路需要一个直流电压源和一个直流电流源。首先是添加电压源

图7 添加设置直流电压源

仿真库中没有直流电流源，选用交流电流源进行相应的设置实现直流电流源的功能。

图8 添加设置直流电流源

（3）电流表，电压表的选择
由于电路结果测量需要，电流表和电压表来测量。所以添加电压表和电流表到文件内，把电流表串联到指定的位置，将电压表并联到指定的位置。就可以完成电路的测量。如图9所示：

图9 电流表和电压表图

3.2 Simulink电路模型
打开MATLAB软件，在Simulink中构建的电路图如下图图10所示：

图10 Simulink中搭建的电路图

图中电压表，电流表分别测的是题中所要求的电学量。

3.3 Simulink电路图的仿真结果

搭建好电路后进行仿真，结果如图11所示：

3.4 对Simulink仿真结果和理论所得结果的比较分析
在MATLAB软件中的Simulink中进行仿真，所得出的结果和理论分析，及MATLAB软件编程计算所得出的结果完全相同。这验证了自己在Simulink仿真中操作的正确性，并且解决了本次基础技能强化训练所选的设计题目中所要解决的问题。

4 心得体会
本次强化训练中，需要运用到没有学过的MATLAB软件，在这个软件的运用中，我遇到很多操作的问题，让自己很烦躁，但是经过同学的帮助，和自己努力的查阅资料，一个一个的问题都慢慢的解决掉了。此次强化训练虽然很辛苦，需要查找各种资料，整天做在电脑面前编程仿真，但是我还是很开心很高兴的，因为我重中学到了很多很多在课堂上学不到的知识。
首先，就是自己的动手操作能力。以前做题考试，都是理论知识的运用，并没有涉及到操作，导致的结果就是虽然懂怎么做，但是动起手来却是不知道如何下手。本次强化训练，我选的题目为以前学过的《电路原理》里面的一个网孔法的题目，看着程序的正确运行仿真，大大的培养了自己的学习兴趣，提高了自己动手操作的积极性。对这些电路，自己动手实际操作了，才会有深刻理解。我认为这种兴趣和积极性的培养和建立，将对以后的学习和生活起到非常重要的影响作用。
其次，在学习知识方面，我大体上了解了MATLAB软件在电路原理中的应用，并且也学会了如何编写简单的MATLAB程序并且运行得到自己所需的结果。此次强化训练，通过用MATLAB解一道基础简单的电路题目，让我对MATLAB有了一个初步的认识，这对我以后的学习和研究打下了一定的基础。使用并不复杂手动的计算能得到的结果，可以使用MATLAB编程来解决这种并不能在一般的计算器上计算出来的问题。
最后，在排版美观方面，也有了较强的意识。在撰写实验报告的时候，格式的要求非常的严格，字体的大小要求，段距，行距也都有统一的要求，开始时候没有注意到这一点，后来发现了，需要全部更改，工作量很大。改正后，看着自己的美观排版，心中还是非常欣慰的。
MATLAB软件在生活中的运用是非常广泛的，它在以后的专业课程的学习中应用也是很广泛的，掌握好了MATLAB，这为以后的专业课程的学习将有很大的帮助。在以后的学习中，自己还要慢慢学习，慢慢探索，更好的掌握这个软件的运用

参考文献

（1）邱关源.电路（第5版）.北京：高等教育出版社，2006,5
（2）潘晓辉.MATLAB 5.1 全攻略宝典.北京：中国水利水电出版社，2000
（3）同济大学数学系.工程数学-线性代数.北京：高等教育出版社，2007
（4）梅志红. MATLAB程序设计基础及其应用.北京：清华大学出版社，2005
9

本科生课程设计成绩评定表
姓 名

性 别

专业、班级

课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

设计方案和内容

（30分）
制作与调试

（30分）
说明书内容和
规范程度
（20分）
答 辩

（10分）
考 勤

（10分）
总 分

（100分）

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年 月 日