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基础强化训练
学号:
0121011360121
基础强化训练
题目
基于MATLAB三相交流电路仿真
学院
自动化学院
专业
自动化
班级
1001
姓名
指导教师
李浩
2012
年
8
月
31
日
基础强化训练任务书
学生姓名:
专业班级:
自动化
指导教师:
工作单位:
自动化学院
题目:
已知对称三相电路的星形负载Z=165+j84Ω,端线阻抗Zt=2+j1Ω,中线阻抗ZN=1+j1Ω,电源线电压Ut=380V。
求负载的电流和线电压,并给出波形。
要求完成的主要任务:
(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
(1)熟悉Matlab的相关界面以及操作,掌握MATLAB的数值计算、符号运算、基本绘图等功能,使用文本编辑器编辑m文件,并且运行,熟悉Simulink仿真环境;
(2)对阻抗匹配网络进行原理分析、经过必要的推导建立数学模型,并求解得出正确的计算结果;
(3)编写程序代码(含注释);
(4)上机调试运行程序,给出程序运行结果和图表、以及实验结果分析和总结;
(5)采用WORD撰写课程设计说明书,说明书中涉及的表格、电路图、图形等采用Word、Visol、Autocad、Matlab、Simulink等软件绘制。
说明书不少于8页(A4),课程设计的心得体会(至少500字)。
时间安排:
具体时间
设计内容
8月25日
指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍。
学生确定选题,明确设计要求
8月27日
开始查阅资料,完成系统的分析、建模、求解,上机熟悉MATLAB相关界面与基本操作。
8月28日
采用MATLAB语言编程,上机调试,得出实验结果
8月30日
撰写课程设计说明书
8月31日
上交课程设计说明书,并进行答辩
目录
摘要1
目录2
一.MATLAB在电路中的简单应用3
1.训练要求3
2.设计分析4
3.编程及仿真6
3.1程序编写及模块分析6
3.2用simulink仿真电路7
二.设计体会与小结10
参考文献11
摘要
MATLAB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。
MATLAB是矩阵实验室(MatrixLaboratory)的简称。
它在数学类科技应用软件中在数值方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多,并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C,C++,JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。
SIMULINK是MATLAB软件的扩展,它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包,它与MATLAB语言的主要区别在于,其与用户的交互接口是基于windows模型化图形输入,使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建,而非编程上。
目前MATHWORKS公司已经把SIMULINK发展成一个一系列产品。
本实验室基于MATLAB软件,运用其解决电路基础的一些简单知识,从而学会简单运用MATLAB软件,为以后更好的掌握这款软件打下基础
。
MATLAB在电路中的简单应用
1.训练要求
运用MATLAB解决数值线性代数问题及MATLAB的实现;MATLAB在“电路工作原理”中的应用;MATLAB工具箱的运用。
要求选其中的一道作为课设的题目,学会简单运用MATLAB。
基本电路是电类专业非常重要的专业基本课,其中,线性含源一端口的戴维南定理及正弦稳态电路的分析计算是大家普遍反映难于理解的内容。
本文以基本电路理论中典型的直流电阻电路和含有复数运算的正弦稳态电路的分析计算为例,详述了如何分别运用MATLAB语言编程的方法来对电路进行仿真分析和计算。
结论表明,应用这两种方法可以使复杂电路的分析和计算变得非常快捷、方便,从而为电路分析提供了一个有效的辅助工具。
下面是运用MATLAB编程并结合simulink解决简单的电路问题。
自选题目:
已知对称三相电路的星形负载Z=165+j84Ω,端线阻抗Zt=2+j1Ω,中线阻抗ZN=1+j1Ω,电源线电压Ut=380V。
求负载的电流和线电压,并给出波形。
2.设计分析
题目所给条件是对称三相电路的求解分析,由对称三相电路的性质可以知道,只要求出其中一相的电压电流值,则可以使其相位角相差120°便可以得到其他两相的所求值。
因此在MATLAB仿真中,便可仿真单相的电流电压特性,则可以了解其他相的特征。
流程图如下所示:
(2) 用simulink仿真以上电路,并观测波形,测量数据。
I1,U2的测量结果再和程序的结果相比较,若相同,则说明电路仿真和程序编写多是正确的;若不同,则说明电路的仿真与程序编写至少一个有问题,认真检查程序及电路的仿真,找出错误,认真分析,纠正错误,在比较结果。
使用simulink进行仿真一般分为两步:
用户首先需要在仿真模型编辑窗口中搭建好自己的模型,设置好具体模型参数和仿真参数;然后用户就可以开始仿真,simulink将根据用户搭建的模型,模型系统在用户设定条件下的具体行为。
对于建模,simulink提供了一个图形化的用户的界面(GUI),用户可以像用铅笔在纸上画图一样画模型图。
simulink的所有模型是分级的,因此可以通过自上而下或者自下而上来建立模型。
3.编程及仿真
3.1程序编写及模块分析
程序如下:
>>UntitlFIR
Z1=165+1+2+j*(84+1+1)
U=380/1.732
I1=220/[(165+2+1)+j*(84+1+1)]
U1=I1*(165+j*84)
I2=I1*[-0.5+j*(1.732/2)]
U2=U1*[-0.5+j*(1.732/2)]
I3=I2*[-0.5+j*(1.732/2)]
U3=U2*[-0.5+j*(1.732/2)]
运行结果显示有
>>UntitlFIR
Z1=
1.6800e+02+8.6000e+01i
U=
219.3995
I1=
1.0376-0.5312i
U1=
2.1582e+02-4.8175e-01i
I2=
-0.0588+1.1642i
U2=
-1.0750e+02+1.8715e+02i
I3=
-0.9788-0.6330i
U3=
-1.0832e+02-1.8666e+02i
3.2用simulink仿真电路
总体电路如下:
图表1总体电路模拟图
图表2一相负载线电压波形图
由上图可以得知一相的负载线电压的初始相位,则可以推知下面两相的线电压波形的大概分布。
图表3二相负载线电压波形图
由上面两相波形图分析可以验证对称三相星形负载的线电压特性。
图表4三相负载线电压波形图
图表5中线电阻的属性设置
由以上电路仿真可见,电路的编程求解及仿真所得结果一样。
都达到了预期的效果,可见编程及电路仿真没有问题。
MATLAB与simulink的结合运用是电路求解问题得以简化,使电路求解问题省时且精炼,精简。
4.设计体会与小结
MATLAB软件功能强大,本设计是运用MATLAB求解电路题目,这只是它的一个简单的应用,MATLAB还在多方面有应用,如数学和计算算术发展模型;模拟仿真和原型;数据分析,开发和可视化;科学和工程图形;应用发展包括图形用户界面设计等方面。
由于时间问题,不能一一举例,只有自己在以后的学习中慢慢学习,自己探索,更好的掌握这款软件。
MATLAB语言是一种简单,高效,功能极强的高级语言,且具有强大的矩阵运算能力和极高的编程效率,这一方面使得MATLAB程序可以被高度向量化,另一方面使得程序易读易写。
MATLAB已变得非常普及。
通过这几天对MATLAB的学习,对其有了一个大致的认识并能简单的应用,解决一些简单的线性代数及电路问题,当然在今后的学习中,还会加强自己对这款软件的学习,应为这款软件应用太广,且自己对C语言会,而且有线性代数的基础,个人认为掌握MATLAB这款软件不是问题。
快要进入大四,MATLAB这款软件在以后的专业课学习中的应用很广泛,掌握好MATLAB,为以后的专业课学习将有很大的帮助。
通过基本电路理论中的典型题目介绍了如何应用MATLAB语言编程的方法来对复杂电路进行分析和计算。
该方法不仅可以节约计算时间、方便地调试电路参数,而且还可以非常直观地观察和测量电路中的电压、电流和功率等物理量。
结论表明,MATLAB提供了高效简洁的编程方法,其强大而简易的绘图功能、矩阵和数组运算能力以及很强的扩充性,能充分满足基本电路分析、计算的需要,从而可以大大地提高计算精度和工作效率,在电路理论学科研究与工程实践中具有很好的应用价值。
参考文献
[1]张志勇,等。
精通MATLAB6.5版。
北京北京航空航天大学出版社,2003
[2]蒲俊,等。
MATLAB6.0教学手册。
上海:
浦东电子出版社,2002
[3]刘志俭,等。
MATLAB应用程序接口用户指南。
北京:
科学出版社,2000
[4]吴新宇,周金泉,沈元隆。
信号与系统——时域与系统分析及MATLAB软件的应用。
北京:
电子工业出版社。
1999
[5]飞思科技产品研发中心。
MATLAB7辅助控制系统设计与仿真。
北京:
电子工业出版社,2005
[6]李国勇。
智能控制及其MATLAB实现。
北京:
电子工业出版社,2005
[7]陈洪亮,王蔼.基本电路理论.上海科学技术文献出版社.2002
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