MATLAB在直流电路中的分析及应用Word文档格式.doc
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电路基础、模拟电路、数字电路、Matlab应用实践及信号处理类等。
(4)主要涉及的知识点:
电阻电路的计算、含受控源的电阻电路、含受控源的电阻电路、戴维南定理、FFT变换、一阶动态电路、正弦激励的一阶电路、过阻尼零输入响应、简单正弦稳态电路、受控源、戴维南定理、一阶低通电路的频响、二阶低通/带通电路频率响应、网络参数的计算与变换。
集成运放、门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路。
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.课程设计时间:
1周;
2.课程设计内容:
根据指导老师给定的题目,按规定选择其中1套完成;
3.本课程设计统一技术要求:
研读辅导资料对应章节,对选定的设计题目进行理论分析,针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析,画出程序设计框图,编写程序代码(含注释),上机调试运行程序,记录实验结果(含计算结果和图表),并对实验结果进行分析和总结。
具体设计要求包括:
①复习Matlab的相关界面以及操作;
②掌握MATLAB的数值计算:
创建矩阵、矩阵运算、多项式运算、线性方程组、数值统计;
③基本绘图函数:
plot,plot3,mesh,surf等,要求掌握以上绘图函数的用法、简单图形标注、简单颜色设定等;
④使用文本编辑器编辑m文件,函数调用;
⑤能进行简单的电路,信号与系统相关的Matlab编程;
4.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写,具体包括:
①目录;
②与设计题目相关的理论分析、归纳和总结;
③与设计内容相关的原理分析、建模、推导、可行性分析;
④程序设计框图、程序代码(含注释);
⑤给出程序中主要Matlab函数的功能说明和使用说明;
⑥给出程序运行结果和图表、以及实验结果分析和总结;
⑦课程设计的心得体会(至少500字)
指导教师签名:
2013年7月8日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
目录
摘要 1
1Matlab软件介绍 2
1.1基本功能 2
1.2仿真环境 2
1.3相关应用 3
2线性电路频率响应的理论知识 4
2.1网络函数 4
2.1.1网络函数H(jw)的定义 4
2.1.2网络函数H(jw)的物理意义 4
2.2RLC串联电路的频率响应 5
2.3题目分析 5
3、解析(建模) 6
3.1、理论计算 6
3.2程序设计 7
3.3程序流程图 7
3.4、MATLAB程序语言 8
3.4.1语言编写 8
3.4.2步骤解析 8
4、结果分析及分析 10
5、小结 10
参考文献 12
摘要
MATLAB语言具备高效、可视化及推理能力强等特点,是目前工程界流行最广的科学计算语言。
特别是在电子通信领域,MATLAB常常被用于进行电路、信号与系统、数字信号处理等多个方面的理论验证与演算求解。
将MATLAB软件引入到电路分析中,大大地提高了计算精度和工作效率,为电路分析提供了一个有效的辅助工具,是电子工程人员不可或缺的辅助工具软件。
本次课程设计基于MATLAB强大的图形处理功能、符号运算功能和数值计算,着重对于线性电路中较有代表的RLC串联电路的频率响应进行分析,着重训练MATLAB在电路分析的应用,能够运用相关软件进行数学模型建立、相关参量求解、结果呈现与分析。
从而达到对MATLAB软件及其程序编写方式的熟悉。
关键字:
MATLAB;
线性电路;
频率响应
1Matlab软件介绍
MATLAB是矩阵实验室(MatrixLaboratory)的简称,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。
1.1基本功能
MATLAB是由美国Mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
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等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB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,FORTRAN,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。
1.2仿真环境
本题借助MATLAB软件环境解答,MATLAB(矩阵实验室)为MATrixLABoratory的缩写,是一种用于算法开发、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。
除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外,MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言(包括C,C++和FORTRAN)编写的程序。
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等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB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。
尽管MATLAB主要用于数值运算,但利用为数众多的附加工具箱(Toolbox)它也适合不同领域的应用,例如控制系统设计与分析、图像处理、信号处理与通讯、金融建模和分析等。
另外还有一个配套软件包Simulink,提供了一个可视化开发环境,常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。
1.3相关应用
MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作:
1)数值分析
2)数值和符号计算
3)工程与科学绘图
4)控制系统的设计与仿真
5)数字图像处理技术
6)数字信号处理技术
7)通讯系统设计与仿真
8)财务与金融工程
MATLAB应用范围非常广,包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。
附加的工具箱(单独提供的专用MATLAB函数集)扩展了MATLAB环境,以解决这些应用领域内特定类型的问题。
2线性电路频率响应的理论知识
2.1网络函数
当电路中激励源的频率变化时,电路中的感抗、容抗将跟随频率变化,从而导致电路的工作状态亦跟随频率变化。
因此,分析研究电路和系统的频率特性就显得格外重要。
频率特性:
电路和系统的工作状态跟随频率而变化的现象,称为电路和系统的频率特性,又称频率响应。
2.1.1网络函数H(jw)的定义
在线性正弦稳态网络中,当只有一个独立激励源作用时,网络中某一处的响应(电压或电流)与网络输入之比,称为该响应的网络函数。
2.1.2网络函数H(jw)的物理意义
(1)驱动点函数,如图1所示。
图1驱动点函数
激励是电流源,响应是电压策动点阻抗;
激励是电压源,响应是电流策动点导纳。
(2)转移函数(传递函数),如图2。
图2转移函数
激励是电压源激励是电流源
转移导纳转移阻抗
转移电压比转移电流比
2.2RLC串联电路的频率响应
电路的输出对不同频率的正弦激励有不同的响应,这一特性称为电路的频率特性或频率响应。
由于
当激励源的幅值和初相位不变,只改变其频率时,为常数,输出随电源频率而变化的特性完全由网络函数H(jw)反映出来,因此将H(jw)称为电路(在指定输入输出下)的频率特性或频率响应。
称为电路的幅频特性,有。
称为电路的相频特性,有。
2.3题目分析
题目如下:
写出U1到I2的传递函数,令R=1,,画出Q=5,10,20,50,100的幅频和相频响应。
图如图3所示。
图3
本题是一个典型的二阶带通电路。
在下面的RLC电路中,由于电路中存在着电感和电容,当电路中激励源的频率发生变化时,电路中的感抗和容抗随频率变化,从而导致电路的工作状态也跟随频率变化。
当频率的变化超出一定的范围时,电路将偏离正常的工作范围,并可能导致电路失效,甚至损坏电路。
电路和系统的工作状态随频率而变化的现象称为电路和系统的频率特性,又称为频率响应。
电路在单一独立激励作用下,其零状态响应r(t)的象函数R(s)与激励e(t)的象函数E(s)之比定义为该电路的网络函数H(s)。
如果另网络函数H(s)中复频率s等于j,分析H(j)随变化的情况,就可以预见相应的转移函数或者驱动点函数在正弦稳态情况下随变化的特性。
对于某一个固定的角频率,H(j)通常是一个复数,可以表示为:
其中为网络函数在角频率处的模值,随变化的关系称为幅值频率响应,简称幅频特性;
而随变化的关系称为相位频率响应,简称相频特性。
在MATLAB中,abs(H)和angle(H)函数可以用来直接计算幅频响应和相频响应。
其图形的频率坐标(横坐标)可以根据需要设定为线性坐标(用plot函数)或对数函数坐标(用semilogx函数),这大大方便了计算和绘制幅频特性和相频特性。
3、解析(建模)
3.1、理论计算
令,,则电路的阻抗为:
Y(j)=
对数幅频响应为:
G
相频响应为:
3.2程序设计
在MATLAB中freqs函数可以分析连续系统的频率响应,其格式如下:
H=freqs(b,a,w)计算系统在指定频率点向量w上的频率响应H,b=[bm,bm-1,…
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- MATLAB 直流 电路 中的 分析 应用