MATLAB软件在《电路》仿真实验课程中的应用

摘 要 ：MATLAB软件已广泛应用于线性代数、电路、自动控制理论、动态系统仿真等课程的教学.本文阐述了用MATLAB软件对电路课程中的交流电路、积分环节、二阶响应等典型电路进仿真分析的过程,结果直观、精确.

关 键 词 ：MATLAB；电路；仿真

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）48-0260-03

一、MATLAB概述

MATLAB语言是1984年由美国MathWorks公司开发的一种广泛应用于工程计算及仿真的新型高级语言,历经十多年的版本升级,目前在工程计算及仿真、大学实践教学等方面得到广泛应用.特别是MATLAB的仿真功能完善、编程简单、特别是图形化的编程环境,不需要特别的计算机知识.

在我国高等院校工科类专业的实践教学中,MATLAB的仿真环境已经成为《电路分析》、《自控原理》、《动态系统仿真》等课程的基本教学工具,是工程专业类大学生必须掌握的软件.

1.MATLAB软件的功能与特点.①数值和符号计算的功能：MATLAB软件的数值和符号计算功能主要有：多项式运算、数据统计、矩阵的运算、积分等.②MATLAB软件的环境特点：MATLAB软件可以用命令行的形式操作,也可以用程序的方式操作.能实现Windows图形用户界面的设计.还可以实现FORTRAN、C语言同样的功能.③MATLAB软件应用模块的特点：MATLAB软件拥有功能模块和专业模块,其特点是：功能模块的主要功能是建立仿真模型及仿真.与电路有关的专业模块主要有通用模块、线性模块、电源模块、电力电子模快、电机模快等,学生可以调用这些模块进行相关实验项目的仿真.电路课程中很多的实验项目可以在MATLAB仿真环境中建立电路的数学模型并转化为仿真模型,然后在计算机上仿真运行.可以通过不断修改电路的结构、元器件参数和输入等方法来观察实验结果.

二、MATLAB系统运行环境的要求

1.硬件的要求：具有486微处理器、32MB内存以上的计算机、

2.软件的要求：：Windows 9x操作系统.

三、MATLAB系统的集成环境

1.MATLAB系统的启动方法.①将MATLAB程序安装在Windows 9x操作系统中.②可以用快捷方式将MATLAB程序放在桌面上.用鼠标双击MATLAB程序图标就能打开MATLAB程序.③点击Windows 9x操作系统中“开始”菜单,再选择“程序”菜单,然后再MATLAB菜单项下的MATLAB程序,也能打开MATLAB程序.

2.MATLAB系统命令窗口的使用.①MATLAB系统命令窗口的菜单栏共包含文件、编辑、窗口和帮助等几项.②文件下拉菜单：新建命令：用来建立一个新MATLAB文件.打开命令：打开一个已有的MATLAB文件.保存当前工作空间文件命令：就是把当前工作空间的文件保存起来.退出命令：退出MATLAB系统.③编辑菜单项：主要有返回、剪切、复制和粘贴等命令：其功能是完成撤销前次操作、剪切、复制和粘贴.删除命令：删除前次操作的内容.选定命令：选定所有文本内容.清除命令：清除MATLAB命令区的所有内容.④窗口菜单项：用以查看当前MATLAB打开的所有窗口项,并能实现不同窗口的转换.还可将某个窗口置为当前窗口.

3.工具栏.工具栏为了使操作更加快捷方便,工具栏提供了很多命令按钮.

4.命令窗口的编辑区.命令窗口的编辑区主要用于键入命令.当键入命令完成后,按下回车键后,MATLAB就会解释执行所输入的命令,并给出执行的结果.

四、Simulink的操作方法

Simulink是Matlab中的一个用来进行建模、仿真和分析的软件包.用户可以在Simulink中建立电路模型,修改参数并进行仿真.为学生创造了更多的实践机会.Simulink模块库主要由功能型模块库、领域型模块库组成,与电路实验相关的模块库如下表1所示.

1.利用Simulink进行系统建模、仿真.①先启动Matlab.②点击新建按钮,建立一个新的文件,这时Simulink会弹出一个空白窗口.③鼠标右键单击Simulink库,弹出Open the Simulink Library菜单；左键单击打开Simulink库窗口.④调整窗口,使电脑屏幕上同时出现模块库和窗口的内容.⑤标准模块选取、编辑、修改属性

2.模块选取的方法.构建Simulink模型有许多办法,可以拷贝模块、删除、连线,也可按住Shift键,选取多个对象,将模块逐一拖入窗口内.另外,模型窗口的菜单Edit|SelectAll命令可选择模型窗口中所有的对象.

3.模块编辑的方法.模块拖入窗口后可进行拷贝、移动、旋转、剪切、粘贴、删除等操作.

4.属性修改的方法.首先可对模块设置多种格式,格式设置操作均由菜单Format中的命令完成.改变模块的方向：菜单命令“Format|Flip Block'；b改变模块的尺寸：先选中模块,再将其移动到合适区域；如果要改变名称,可点击相关模块名称,在名称方框内,可删除现有名称,重新输入新名称；参数的修改：运行Block properties对话框,然后在相应的栏中重新输入相关的参数.

5.运行Simulink.首先在仿真参数对话框中对各种参数进行设置：设置仿真的起动时间和结束时间；Workspace I/O设置,Diagnostics页：一致性检查和边界检查.Advanced页：设置各种影响仿真性能的选项,模型文件的保存及其格式.构建好一个模型后,选择菜单命令File|Se或File|SeAs将模型存盘.文件是以ASCII形式存储的.mdl文件,

五、交流电路参数的测量仿真实验 1.先启动Matlab.

2.点击新建模型工具条按钮,Simulink打开一个名为untitled的空白窗口.

3.启动Simulink库的窗口界面.

4.在模块库中.分别找到交流电源模块、阻抗模块、交流电流测试模块、交流电压测试模块、测试显示模块.并将它门分别拖到模型型窗口中,然后进行模块间连线.该模型的框图如图1所示.

5.运行Simulink仿真.首先对各模块的属性进行设置,然后在仿真参数对话框中对各种参数进行设置.最后点击Simulink菜单下的start按钮进行仿真,仿真结果如下图2所示.

六、积分环节的阶跃响应仿真实验

1.先启动Matlab.

2.点击新建模型工具条按钮,Simulink打开一个名为untitled的空白窗口.

3.启动Simulink库的窗口界面.

4.在模块库中.分别找到阶跃信号模块、积分环节模块、示波器显示模块,并将它门分别拖到模型窗口中,然后进行模块间连线.该模型的框图如图3所示.

（2）阶跃信号积分仿真结果如下图4所示.

七、二阶电路阶跃响应仿真实验

1.先启动Matlab.

2.点击新建模型工具条按钮,Simulink打开一个名为untitled的空白窗口.

3.将鼠标指针移到Simulink库之上,点击鼠标右键,将出现弹出菜单Open the Simulink Library；点击左键选择打开,则启动Simulink库的窗口界面.

4.在模块库中.分别找到阶跃信号模块、受控源模块、电阻、电感、电容模块、电压测试模块、示波器模块,并将它门分别拖到模型窗口中,然后进行模块间连线.该模型的框图如图5所示.

5.运行Simulink仿真.首先对各模块的属性进行设置,然后在仿真参数对话框中对各种参数进行设置.最后点击Simulink菜单下的start按钮进行仿真,仿真结果即显示在示波器模块的显示框中.如下图6所示.

通过上述用MATLAB软件对交流电路、积分环节、二阶响应的仿真实验,可以看出MATLAB软件是一个非常实用的仿真工具,其界面直观、操作简单,能够准确地查看和分析电路的各项性能指标.