matlab中Simulink在RLC電路仿真中的應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

課程論文首頁院、系（部）電子信息工程學(xué)系專業(yè)電子信息工程專業(yè)班級092學(xué)號姓名Xxx課程教師黃劍航課程名稱計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)論文題目Simulmk在RLC電路仿真中的應(yīng)用成績評語簽字：年月 日復(fù)核人意見簽字：年月 日SimuIink在RLC電路仿真中的應(yīng)用摘要：丈章是基于Simulink建立RLC電路仿真模型，敘述了其設(shè)計(jì)的仿真原理、仿真的步驟，實(shí)現(xiàn)電路系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，展示了方便靈活的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果。并用MATLAB編寫M丈件建模仿真分析和驗(yàn)證結(jié)果的正確性。結(jié)果表明，利用Sunulink分析動(dòng)態(tài)電路具有簡單、快捷、高效,實(shí)現(xiàn)了電路仿真分析的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：MATLABSimulink電路建模電路仿真―、引言計(jì)算機(jī)輔助電路分析已經(jīng)成為電路原原理課程教學(xué)改革的一個(gè)重要方面。傳統(tǒng)的電路分析中，在電路比較復(fù)雜，方程數(shù)目比較多得情況下，手工解決問題十分繁瑣，并且傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言編制的仿真程序冗長，可讀性差，調(diào)試費(fèi)時(shí)，人量的時(shí)間都被花在矩陣建立和圖形的生成分析等煩瑣易錯(cuò)的細(xì)節(jié)上。Rlc電路是電路課程和電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容，由于matlab軟件具有很強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算、符號運(yùn)算和繪圖功能，以及豐富的庫函數(shù)、工具箱和仿真模塊，在電路的分析和仿真中得到了廣泛的應(yīng)用，它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便、界面友好的用戶環(huán)境，其強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能建立在向量、數(shù)組和矩陣的基礎(chǔ)上，輸出結(jié)果易于可視化。這兩個(gè)特點(diǎn)為電路的仿真分析提供了一個(gè)合適的語言平臺。Simulink是matlab的重要組件之一，它提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成壞境。在該環(huán)境中無需書寫人屋的程序，只要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的仿真系統(tǒng)，從而提高了工作效率皿。二、similink電路仿真原理1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理分析Simulink是MATLAB的一個(gè)重要的工具箱，是結(jié)合了框圖界面和交互仿真能力的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)和仿真工具。它以MATLAB核心數(shù)學(xué)，圖形和語言為基礎(chǔ)，可以讓用戶完成從算法開發(fā)，仿真或者模型驗(yàn)證的全過程，而不需要傳遞數(shù)據(jù)，重寫代碼或改變軟件壞境。Smiulnik作為面向框圖的仿真軟件，具有以卞的功能和優(yōu)點(diǎn)：1.1、 用方框圖的繪制代替了程序的編寫。構(gòu)成任何一個(gè)系統(tǒng)框圖有三個(gè)步驟，即選定典型環(huán)節(jié)，相互聯(lián)結(jié)和給定環(huán)節(jié)參數(shù)。1.2、 仿真的建立和運(yùn)行是智能化的。首先，畫好了框圖并存起來，Simulink自動(dòng)建立一個(gè)仿真的過程：其次，在運(yùn)行時(shí)用戶可以不給步長，只給出要求的仿真精度，軟件會(huì)自動(dòng)

選擇能保證給定精度的最人步長，使得在給定的精度要求卜系統(tǒng)仿真具有最快的速度。1?3、輸入輸出信號來源形式的多樣化。其輸入信號可以是各種信號發(fā)生器；也可以來自一個(gè)設(shè)定的記錄文件；還可以來自MATLAB的工作空間(workspace).輸出信號也類似,這就擴(kuò)犬了仿真系統(tǒng)與各種外部軟件和硬件的接II能力。2、sunuluik匸具箱仿真模塊2.1、Simulink匚具箱中含有人屋的仿真模塊集，例如PowerSystemBlockset(PSE)QSPBlockset.ConmiunicationBlockset,CDMAReferenceBlockset.NonlmeaiControlDesignBlockset等專門領(lǐng)域應(yīng)用的仿真模塊。研究MATLAB在電路仿真中的應(yīng)用，主要用到的是Simulink節(jié)點(diǎn)卜?的CommonlyusedBlocks,Sinks.Sources等模塊以及在電路仿真中最長用的PowerSystemBlockset(DSP)模塊。其中電路仿真元件庫SimPowerSystems庫，內(nèi)部有基木連接件(Connector)、電源(ElectricalSources)^基本元器件(Elements)等七個(gè)子庫，如圖1所示。HSimlowerSystems+5|ExtraLiirary+ApplicationLibraries

糾ElectricalSourcesHSimlowerSystems+5|ExtraLiirary+ApplicationLibraries

糾ElectricalSources弐Elements卻llachinesBeasui-ements劃PowerElectronicsExtraLibraryApplicationLibrarie：ElectricalSourcesElementsMachinesMeasurementsPowerEloctronicz|powergui|powergui圖1電路仿真元件庫及其子庫2.2、 SuiiPowerSvstems模塊介紹2.2.1xDCVoltageSource直流電壓源，在“ElectiicalSources”模塊內(nèi)。2.2.2、 SenesRLCBranch串聯(lián)RLC支路，設(shè)置參數(shù)可以去掉任一元件，將其變?yōu)閱为?dú)的電阻、電容或電感的支路。1〉將SenesRLCBranch模塊設(shè)置成單一電阻時(shí)，應(yīng)將參數(shù):“Resistance”設(shè)置為所仿真電阻的真實(shí)值，“Inductance”設(shè)置為0,“Capacitance”設(shè)置為inf；2)將Senes-RLCBranch模塊設(shè)置單一電感模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)："Inductance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，"Resistance"設(shè)置為0,"Capacitance"設(shè)置為inf：3)將SeriesRLCBranch設(shè)置單一電容模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)"Capacitance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，"Resistance”和"Inductance”均設(shè)置為0。223、ParallelRLCBranch并聯(lián)RLC支路，設(shè)置參數(shù)可以去掉任一元件，將其變?yōu)閱为?dú)的電阻、電容或電感的支路。1）將ParallelRLCBranch模塊設(shè)置成單一電阻時(shí)，應(yīng)將參數(shù)：“Resistance”設(shè)置為所仿真電阻的真實(shí)值，“Inductance”設(shè)置為uif,“Capacitance”設(shè)置為0；2）將Parallel-RLCBranch模塊設(shè)置單一電感模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)："Inductance”設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值,"Resistance"設(shè)置為mf,"Capacitance"設(shè)置為0:3）將ParallelRLCBiancli設(shè)置單一電容模塊時(shí)，應(yīng)將參數(shù)^Capacitance"設(shè)置為所仿真電感的真實(shí)值，“Resistance”和"Inductance"均設(shè)置為info2.2.4、 CuirentMeasurementsVoltageMeasuiement在"Measumirnts"模塊內(nèi)，可以用來測量所在支路的電流值和電壓值。2.2.5、 ControlledVoltageSource受控電壓源、ConuolledCurrentSource受控電流源，在"ElectricalSources"模塊內(nèi)，其參數(shù)一般采用默認(rèn)值。2.2.6、 Break（開關(guān)）兩模塊。在Elements模塊庫內(nèi)。Break模塊內(nèi)有一個(gè)名為Externalcontrolofswitchingtimes的選項(xiàng)，在默認(rèn)的選中狀態(tài)時(shí)，Switchmgtimes（開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間）和SampletimeofthemternaltimerTs兩個(gè)選項(xiàng)將被隱藏，這里需要將Externalcontiolofswitchingtunes設(shè)為非選中狀態(tài)，展開隱藏選項(xiàng)。3、 Simulink的模塊庫Simulink的模塊庫能夠?qū)ο到y(tǒng)模塊進(jìn)行有效的管理與組織，使用Simulink模塊庫瀏覽器可以按照類型選擇合適的系統(tǒng)模塊、獲得系統(tǒng)模塊的簡單描述以及查找系統(tǒng)模塊等，并且可以直接將模塊庫中的模塊拖動(dòng)或者拷貝到用戶的系統(tǒng)模型中以構(gòu)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型。常見的模塊有連續(xù)系統(tǒng)模塊，離散系統(tǒng)模塊，信號模塊，數(shù)學(xué)操作模塊等。4、 MATLAB的M文件建模仿真在MATLAB中建立腳本文件編寫程序進(jìn)行建模仿真，通過結(jié)呆的對比可進(jìn)一步驗(yàn)證對Simulink的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的正確性。三、電路仿真設(shè)計(jì)步驟：1、 在MATLAB的Conmiand窗II直接鍵入Simulink即可打開Simulink匸作窗II,或者直接點(diǎn)擊工具欄上的smiulnik菜單。2、 從元件庫Simpowersystems及其它的一些庫中拖出題目要求的元器件，包括直流電壓、串聯(lián)RLC電阻、scope及電壓表（voltagemeasurement〉、電流表（cuirentmeasurement）,按照電路圖，并進(jìn)行連接，建立Simulink電路仿真模型，電路布局圖如圖2所示：Continuouspoweroui>nV?logoMaacurcmant24v12VCurrentMceaj-cmcrt<w-3?rnSsopc—A/VV—SeriesRLCBrsrch5SSSI,>nV?logoMaacurcmant24v12VCurrentMceaj-cmcrt<w-3?rnSsopc—A/VV—SeriesRLCBrsrch5SSSI,圖2Simulink電路布局圖3、點(diǎn)擊k'運(yùn)行，雙擊示波器Scope（或查看display），得到仿真出來I的電流值為-2.4A,得到電流I的simuluik仿真波形圖，如圖3所示：圖3圖3電流I的simuluik仿真波形四、MATLAB的M文件建模仿真電路建模：如圖4所示，首先規(guī)定各支路電流及參考方向，規(guī)定回路方向（全為順時(shí)針方向），然后利用基爾霍夫電流定律KCL和基爾霍夫電壓定律KVL列出網(wǎng)孔電流法，所列的方程如下所示：R12二R21二-0.2;Rl1二6+6+0.2=12.2; R33R12二R21二-0.2;R22=4+4+0.2=8.2;

R13二R31二-6;R23二R32二-4;USU=12;US22二-12;US33二-24;12.2/1-0.2/2-6/3=12;-0.2/1+&2/2-4/3=-12；-6/1-4/2+12/3=24；6Q4Q將上述的方程組寫成矩陣AI=B的形式：6Q4QA=[12.2-0.2-6;-0.28.2-4;-6-410] B二[12;-12;-24] I二A\B°列出M文件求解從圖中和題意我們可以知道1=12-11,而可知clear;Rll=12.2;R22=8.2;R33=12;R12=-0.2;R21=-0.2;R13=-6;R31=-6;R23=-4;R32=-4;US11=12;US22=-12;US33=-24;從圖中和題意我們可以知道1=12-11,而可知clear;Rll=12.2;R22=8.2;R33=12;R12=-0.2;R21=-0.2;R13=-6;R31=-6;R23=-4;R32=-4;US11=12;US22=-12;US33=-24;A=[R11R12R13；R21R22R23;R31R32R33];B=[US11;US22;US33];12=一3?1543,Il=-0.7543所以電路中所求的電流應(yīng)該為I=I2-Il=-2.4,與simuliink計(jì)算出來的數(shù)值一樣，證明了Simulink的動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的正確性。CommandWindow擁1擁2>1[以叭，趾.冊[IW]3x13d122?68.2kiiiii(ii(ii(ii(ihlkl-0.75431543-14286圖5MATLAB建模仿真結(jié)果I=A\B五、結(jié)果分析及總結(jié)：通過Simulink電路系統(tǒng)建模，仿真出來所求的電流值和MATLAB的建模仿真得到結(jié)果是一樣的，驗(yàn)證了Simulink電路系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的結(jié)果的正確性。從中我們也可以看出simulink在電路仿真的優(yōu)越性：在該壞境中無需書寫人量的程序，只要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的仿真系統(tǒng)，從而提高了工作效率。從文章的圖3可知電路電路仿真出來的