基于MATLAB的电路模型仿真应用

基于MATLAB的电路模型仿真应用实验指导书
一、实验目的
1、掌握采用M文件及SIMULINK对电路进行仿真的方法。

2、熟悉POWERSYSTEM BLOCKSET 模块集的调用、设置方法。

3．进一步熟悉M脚本文件编写的方法和技巧。

二、实验原理
1、通过M文件实现电路仿真的一般仿真步骤为：
(1)分析仿真对象——电路；
(2)确定仿真思路——电路分析的方法；
(3)建立仿真模型——方程；
(4)根据模型编写出仿真程序；
(5)运行后得到仿真结果。

2、采用SIMULINK仿真模型进行电路仿真
可以根据电路图利用SIMULINK中已有的电子元件模型直接搭建仿真模块，仿真运行得到结果。

通过SIMULINK仿真模型实现仿真为仿真者带来不少便利，它免除了仿真者在使用M文件实现电路仿真时需要进行理论分析的繁重负担，能更快更直接地得到所需的最后仿真结果。

但当需要对仿真模型进行一定理论分析时，MATLAB的M 语言编程就有了更大用武之地。

它可以更令灵活地反映仿真者研究电路的思路，可更加灵活地将自身
想法在仿真环境中加以验证，促进理论分析的发展。

因此，可根据自己的实际需要，进行相应的选择：采用SINMULIN模块搭建电路模型实现仿真非常直观高效，对迫切需要得到仿真结果的用户非常适用；当用户需要深刻理解及深入研究理论的用户来说，则选择编写M文件的方式进行仿真。

注意：本节实验的电路SINMULINK仿真原理，本节实验主要是应用提供的电路仿真元件搭建仿真模型，类似于传统仿真软件PSPICE 的电路仿真方法。

采用SIMULINK进行电路仿真时元器件模型主要位于仿真模型窗口中SimPowerSystems节点下。

其中本次实验可能用到的模块如下：
●“DC Voltage Source” 模块：位于SimPowerSystems 节点下的
“Electrical Sources”模块库中，代表一个理想的直流电压源；
●“Series RLC Branch” 模块：位于SimPowerSystems 节点下的
“Elements”模块库内，代表一条串联RLC 支路。

通过对其参数的设置，可以将其变为代表单独的或电阻、或电容、或电感的支路。

如设定：电
阻值Resistance=5，电感值Inductance＝0，电容值Capacitance=inf，则表示一个电阻值为5 欧姆的纯电阻元件。

●“Parallel RLC Branch”模块：位于SimPowerSystems 节点下的
“Elements”模块库内，代表一条并联RLC 支路。

通过对其参数的设置，可以将其变为或电阻、或电容、或电感并联的支路。

●“Current Measurement” 模块：位于SimPowerSystems 节点下下的
“Measurements”模块库内，用于测量所在支路的电流值。

●“Voltage Measurement” 模块：位于SimPowerSystems 节点下下的
“Measurements”模块库内，用于测量电压值。

●“Display” 模块：位于Simulink 节点下的“Sinks”模块库内，用于
输出所测信号的
三、实验内容
1．如图所示电路，R=5Ω、Ra=25Ω、Rb=100Ω、Rc=125Ω、Rd=40Ω、Re=37.5Ω, 采用编写M 文件的方法求图中流过电阻R 的电流。

图1
解：根据基尔霍夫定律可得
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=++=+++=++=++=+=U
id *Rd ib *Rb i *R U ie *Re ia *Ra ib *Rb i *R U
ie *Re ic *Rc i *R ie ic ia id ia ib ic ib i
该数学模型是一个线性代数方程组，在MATLAB 中可用数值和符号两种方法求解。

请写出程序。

图2
解：分析电路建立数学模型。

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==++⨯⎰i
dt du C u idt C dt di L i R o i
1
消去中间变量i 并标准化得：
i o o o
u u dt du RC dt u d LC =++22
该数学模型是一个微分方程，在MATLAB中可用数值和符号两种方法求解。

请写出程序。

2．采用SINMULINK搭建题一中图1、2的仿真模型，进行仿真，求流过电阻R的电流。

3、学生练习对已经学过的典型电路采用两种方法进行仿真。

【作业】
1、
2
注：学生实验报告撰写要求
1、除运行结果图形显示外，一律手写
2、必须有源程序和实验步骤
3、必须有心得体会，主要是在做实验过程中所遇到的问题和解决的方法。