电磁场可视化实验平台的构建.doc

电磁场可视化实验平台的构建摘要 本设计是利用功能强大的工程计算及数值分析包MATLAB软件构建了电磁场可视化实验平台，利用MATLAB7.0为Windows提供的可视化特性，首先完成了可视化平台的硬件配置；其次在MATLAB的交互式工作环境中，基于电磁场理论，实现了电磁场的数值计算和图形可视化。从结果来看，该平台具有广泛的适用性。关键词 电磁场，可视化，实验平台，构建1 绪论科学计算可视化是将隐藏在大量数据集中的物理信息转换为有组织结构的空间几何形状、颜色、亮度等视觉信号的集合。电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科，电磁学不仅是经典物理的基本组成部分之一，具有重要的历史地位与现实意义；而且与近代自然科学、技术科学的许多领域都有着密切的联系，广泛用于电力工程、电子工程、通信工程、计算机技术、医疗卫生、地质探测等多学科领域7。本课题设计方案：基于电磁学理论、数学物理方程与特殊函数、大学物理等知识，通过MATLAB软件实现电磁场可视化实验平台的构建，进行电磁场可视化的系统配置，电磁场问题的数学建模、编程，实现了电磁场与电磁波的可视化。图2.1 设计方案2 系统配置与电磁场可视化的实现2.1 可视化系统配置框图图2.2 系统配置MATLAB作为Windows下的个应用程序，其配置要求为：1）硬件环境:一般要求486以上的处理器、16MB以上内存、足够的硬盘可用空间(随安装MATLAB组件的多少而定)、CDROM驱动器、鼠标等。2）软件环境:Windows 9598或以上版本的操作系统。单就MATLAB而言，其系统构成包括MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图形处理系统(GUI)和MATLAB应用程序接口(API)8 。2.2 电磁场与电磁场波图形可视化的实现图2.3 电磁场可视化实现的框图2.2.1 静电场的可视化静态场的基本问题是静电场和静磁场问题。相对于观测者保持静止且量值不随时间变化的电荷称为静电荷，静电荷激发的电场称为静电场。因为电荷是静止的，所以不存在电流，因而也不存在磁场4。电位和电场是电磁场与电磁波当中两个最基本的概念，通过可视化可以直观的反映出这两个概念在空间当中的分布形式以及相互之间的关系。首先，建立电位的数学模型：已知空间的电位分布：，则空间的电场等于电位场的负梯度：，其中，、为等3个方向的单位向量。在MATLAB中进行程序设计和仿真，运行结果如图2.4：图2.4 电位和电场分布曲线2.2.2 恒定磁场的可视化由恒定电流或永久磁体产生的磁场不随时间变化，称为恒定磁场，也称为静磁场4。如圆线圈的半径为，通有电流，求空间任意一点的磁感应强度。用连带勒让德函数表示的磁感应强度的解析解。首先，先解矢势的方程，再求磁感应强度，得到题的解是： （2.1）在MATLAB中进行程序设计和仿真，运行结果如图2.5和2.6：图2.5 用勒让德函数表示的解析解的图形图2.6 用勒让德函数表示的解析解的图形2.2.3 电磁波的辐射时变电磁场的能量可以脱离场源，以电磁波的形式在空间向远处传播而不再返回场源，这种现象称为电磁波的辐射。电子系统中辐射或接收电磁波的装置称为天线，它是无线电通信、导航、雷达、测控、遥感、射电天文、电子对抗及信息战等各种民用和国防系统必不可少的组成部分之一34。任何实际天线的辐射都具有方向性。离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布情况的数学表示式，称为天线的方向性函数；把方向性函数用图形表示出来，就是方向图34。下面分析天线阵方向图的三维图形在MATLAB中进行程序设计和仿真，运行结果如图2.7：9端射阵的三维方向图( 滞后时)14元端射阵的三维方向图( 滞后时)6射阵的三维方向图4端射阵的三维方向图图2.7 天线阵方向图表示的解析解的图形2.2.4 偏微分方程的图形用户界面边长为的正六边形二维场域内无电荷分布，但六条边上的电位依次为，求场域内的电位分布。1 V-1V-1V1V1V-1V图2.8 正六边形场域的边值问题1）问题分析同轴矩形金属槽中的电位函数满足拉普拉斯方程： 其边界条件满足第一类边界条件：，。2）利用PDE GUI解答，运行结果如图2.9：图2.9 正六边形场域内的等位线和电场线分布图四个电极围成一个不规则的槽，各电极的电位如图：求槽内的电位分布。图2.10 不规则槽的边值问题1）问题分析槽内的电位函数满足拉普拉斯方程：其边界条件满足第一类边界条2）利用PDE GUI解答，运行结果如图2.10：图2.11 不规则槽的等位线和电场线分布图3）结果分析MATLAB提供的图形用户界面（GUI）的偏微分方程数值求解工具主要有菜单和工具栏两部分，可以交互式地实现偏微分方程数学模型的几何模型建立、边界条件设定、三角形网剖分和加密、偏微分方程类型设置、参数给定、方程求解和结果图形显示等，可以直观、快速、准确、形象地实现偏微分方程的数值求解。2.2.5 时变场的可视化在变化的电荷、电流产生的时变电场、时变磁场中，电场和磁场不再互相独立，时变电场和时变磁场互相激发，互相转化，构成了统一的时变电磁场4。平面上有一方形金属片，被平面电磁场波所照射，散射波的定解问题是 （2.2）（其中取，）利用PDE GUI解答，运行结果如图2.12：图2.12 平面散射波3 结论本设计有效地完成了电磁场可视化实验平台的构建。在满足实验平台的基本系统配置下，利用可视化平台通过电磁场分析，获得各种分析电磁场的准确数据和精确曲线，全面地分析了电磁场的各种性能，并且显示了直观的图像。给用户进一步对电磁场问题的分析理解提供了更加形象，准确的方式。参 考 文 献1 李南南，吴清，曹辉林MATLAB7简明教程北京：清华大学出版社，20062 王曼珠，张喆民，崔红跃MATLAB在天线方向图中的应用与研究J气电子教学学报，2004-8，26(4)：24-273 宋铮，张建华，黄冶天线与电波传播M西安电子科技大学出版社，20034 王家礼电磁场与电磁波M西安电子科技大学出版社，20065 彭芳麟数学物理方程的MATLAB解法与可视化M清华大学出版社, 20046 何红雨电磁场数值计算法与MATLAB实现M华中科技大学出版社，20037 陈秉乾电磁学专题研究M高等教育出版社，2001 8 刘卫国，陈昭平，张颖MATLAB程序设计与应用高等教育出版，20029 美Bhag Singh Guru，Huseyin R.HizirogluM电磁场与电磁波.周克定，张肃文，董天临，辜承林译.北京：机械工业出版社，200010 Law Kelton.Electromagnetics with ApplicationM北京：清华大学出版社，2001Construction of the experimental platform of the electromagnetic fields visualizationElectronic and Information Engineering, Class Two Instructor: Wu GangAbstract :This design is to use the powerful engineering computing and numerical analysis software package, MATLAB, to construct the experimental platforms construction of the electromagnetic fields visualization, for MATLAB7.0 provides Windows for the visualization features , first , completing the hardware configuration of the visualization platform; next In MATLABs interactive working environment, based on electromagnetic field theory, realizing numerical calculation and graph visualization of the electromagnetic field. From the result, this platform has broad applicability. Key word ：Electromagnetic field，Visualization，Experimental platform，construct 1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！