基础强化训练 直流电路含受控源的电阻电路.docx
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基础强化训练直流电路含受控源的电阻电路
学号：
课程设计
题目
直流电路-含受控源的电阻电路
学院
自动化
专业
自动化
班级
自动化
姓名
指导教师
刘红丽
2012
年
07
月
07
日
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
自动化1007
指导教师：
刘红丽工作单位：
自动化学院
题目:
直流电路-含受控源的电阻电路
初始条件：
（1）Matlab6.5以上版本软件；
（2）课程设计辅导资料：
“Matlab语言基础及使用入门”、“Matlab教程”、“Matlab宝典”、“Matlab及在电子信息课程中的应用”、MATLAB及其在理工课程中的应用指南等。
（3）先修课程：
电路基础、模拟电路、数字电路、Matlab应用实践及信号处理类课程等。
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、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）。
（3）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；
（4）采用WORD撰写课程设计说明书，说明书中涉及的表格、、图形等采用WORD、visol、autocad、matlab、simulink等软件绘制。
电路图采用PROTEL绘制，公式采用公式编辑器编辑。
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
7月2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
7月3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。
7月4日
采用MATLAB语言编程，上机调试，得出实验结果
7月5日
撰写课程设计说明书
7月6日
上交课程设计说明书，并进行答辩
指导教师签名：
2012年7月2日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
目录
1绪论1
1.1MATLAB的应用1
1.2SIMULINK与MATLAB的区别2
2系统分析与计算2
2.1题目2
2.2解题与分析3
3建模与仿真4
3.1建模4
3.2用Matlab进行仿真5
3.2.1用MATLAB进行编程5
3.2.2用MATLAB进行仿真6
4仿真结果分析7
4.1仿真结果7
4.2结果分析9
5小结10
参考文献
1绪论
MATLAB是MATrixLABoratory的缩写，是一款由美国TheMathWorks公司出品的商业数学软件。
MATLAB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。
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。
MATLAB的主要提供以下功能：
∙可用于技术计算的高级语言
∙可对代码、文件和数据进行管理的开发环境
∙可以按迭代的方式探查、设计及求解问题的交互式工具
∙可用于线性代数、统计、傅立叶分析、筛选、优化以及数值积分等的数学函数
∙可用于可视化数据的二维和三维图形函数
∙可用于构建自定义的图形用户界面的各种工具
∙可将基于MATLAB的算法与外部应用程序和语言（如C、C++、Fortran、Java、COM以及MicrosoftExcel）集成的各种函数
1.1MATLAB的应用
本次基础强化训练,我将利用MATLAB软件进行对阻抗匹配网络进行原理分析、建模、必要的推导和可行性分析。
通过这一过程，掌握MATLAB软件的基本操作，体会MATLAB在实际中的应用价值，并且在以后的学习工作中利用MATLAB为自己服务，解决自己遇到的问题。
1.2SIMULINK与MATLAB的区别
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，他的实现功能是图像模拟，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
而MATLAB实现功能主要依靠编程，它是由美国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。
2系统分析与计算
2.1题目
如图所示电路，己知R1=R2=R3=4，R4＝2，控制常数K1=0.5，K2=4，is=2A,求i1和i2。
图1电路图
2.2解题与分析
图中所示电路图中含有一个直流源is和两个受控源（一个是流控电流源K1，其受i2控制；一个是流控电压源K2，其受i1控制），还有四个电阻。
上题要求求出i1和i2，已知四个电阻的阻值和直流源的is=2A，可以用多种方式求出。
我们可以用网孔电流法和节点电压法，由于使用网孔电流法（如图2所示）时会有四个网孔电流，所列出的方程超出四个了，而使用节点电压法，则只需要四个方程即可，所以在这里用节点电压法要相对简单一些。
如图1-1所示，设接地点电势为零，取V1和V2这两个节点，则可建立两个节点方程，再利用电势差，由V1和V2与i1和i2的关系得出两个方程，可构成了一共四个方程的方程组。
Im4
Im3
Im1
Im2
图2电路分析图
3建模与仿真
3.1建模
如图1-1所示的电路图，以接地点为零电势，取图中的两个圈点为节点，设节点的电势分别为V1和V2，这样流入节点V1的有源电流就只有i2和is，而流入节点V2的有源电流有
和
，然后利用节点电压法建立方程两个方程
（1）和
（2）。
在根据V1与V2的电势差和V2与接地点的电势差可得出其与未知量i1、i2之间的公式关系，建立另外两个方程（3）、（4）。
即：
…………………………………
（1）
……………
（2）
………………………………………………………………………（3）
…………………………………………………………………（4）
我们可以把这四个方程转换成矩阵，设A矩阵为未知量i1、i2、V1、V2的序数，B矩阵方程为右边的常量，设i1、i2、V1、V2就为要求的未知量X，由此我们可以写出一个矩阵方程AX=B；两边同时左乘A的逆，就可以得到X=A的逆乘以B。
即我们可以得出如下的矩阵方程：
通过计算我们就可以求出两支路的电流i1、i2及两节点的电势值V1、V2。
3.2用Matlab进行仿真
3.2.1用MATLAB进行编程
clear;
clc;
R1=4;R2=4;R3=4;R4=2;Is=2;K1=0.5;K2=4;%为给定元件赋值
A=[0-K11/R1+1/R2-1/R2;-K2/R3K1-1/R21/R2+1/R3+1/R4;0-101/R4;-101/R1-1/R2];
B=[Is;0;0;0];%对A和B矩阵各元素赋值
I=A\B;%方程求解
V1=I（3）;%解出节点V1的电势
V2=I（4）;%解出节点V2的电势
i1=I
（1）%解出i1的电流
i2=I
（2）%解出i2的电流
运行程序后得到的结果如图3所示：
图3：
运行程序后的结果
3.2.2用MATLAB进行仿真
通过编程我们就可以求出i1、i2，但是该电路当负载一定时流经负载的电流i1、i2与直流源Is有什么关系呢？
而此时受控电流源K1和电压源K2与直流源Is的关系又是如何？
为此我们可以运用MATLAB强大的绘图功能，通过设置直流源Is的变化来得到各组不同的流经负载的电流值和受控电流源K1和电压源K2的变化。
为此我们可以这样编程：
Is=0:
0.5:
10;%确定直流源Is变化范围
i1=Is/2;%由方程组确定i1与Is关系式
i2=Is/2;%由方程组确定i2与Is关系式
forn=1:
11
I=0.5*i2;
V=4*i1;
end
plot（I,Is）;
xlabel（'直流源Is'）;
ylabel（'受i2控电流源'）;
title（'受控电流源K1随直流源Is变化曲线'）;%受控电流源K1随直流源Is变化曲线
figure;
plot（V,Is）;
xlabel（'直流源Is'）;
ylabel（'受i1控电压源'）;
title（'受控电压源K2随直流源Is变化曲线'）;%受控电压源K2随直流源变化曲线
4仿真结果分析
4.1仿真结果
图4：
受控电流源K1随直流源Is变化曲线图
图5：
受控电压源K2随直流源Is变化曲线化图
图4和图5即为受控电流源K1随直流源Is变化曲线图和受控电压源K2随直流源Is变化曲线图，由此可见MATLAB的便捷与准确。
4.2结果分析
此题由MATLAB得出的结果是
，即i1=1A、i2=1A，而节点V1=6V、V2=2V（接地点为0V），带入方程组之后验证正确，与自己计算的结果也相一致。
在这个题目中，建立正确的方程组是关键，同时矩阵列式也必须正确无误。
总结起来就是我们需要解一个矩阵方程。
如果我们自己动手来计算这个方程的话，虽不是很困难，但计算量也不小，也不能保证准确率。
总之，如果手动计算的话，没有比较长的一段时间是做不出来的，而且人的运算能力有限，还很容易出错。
但是我们用MATLAB解这个矩阵方程就会非常方便，所需要调用的函数也并不多，计算速度又非常地快，而且电脑的计算精度比人的高多了。
还有就是我们可以利用MATLAB来绘制图片，而且方便、快捷、无误。
通过MATLAB软件马上就可以解决。
而且形成直观图，使得我们能够更加直观地了解该电路。
5小结
通过这次的基础强化训练，我接触到了MATLAB这个实用性很强软件，并且学会了它的基本使用。
MATLAB是一个强大的数学工具,它的应用广泛,涉及到各个领域.使用起来十分方便。
特别是minulink模块，通过对电路的连接及其参数的设置就可以实现许多的功能，省去了大量书写程序的时间，提高了工作效率。
它的语法简单,像我学过C语言的学起来还是蛮容易的。
在软件刚开始的学习阶段，因为软件是英文界面，操作起来很有难度，也一度让我心灰意冷。
后来我在图书馆借了书去自学，不懂的在互联网上查询，请教同学，才让我的设计得以继续下去。
在最初的试验中，我犯了无数次错误，并且在元器件查找，参数设置等方面遇到了很多的困难，但最后经过我的努力和同学们的帮助，我解决了这些问题，并且在这些问题上有了更多的体会，加深了自己的印象。
在学习过程中，通过发现问题，解决问题，我逐渐熟练的掌握了MATLAB的一些基本操作，也深深体会到了这个软件的实用性，我认为，学会这个软件对我以后的学习应用会有很大的帮助，所以对MATLAB的学习过程还应该继续下去。
同时，通过对MATLAB的学习，我也掌握了一些学习软件应用的技巧。
例如在软件安装方面，因为win7操作系统的兼容性不强，MATLAB难以在win7的环境下运行，可以通过改变软件的兼容性来解决这个问题，其次，在软件应用方面出现了故障困难，可以浏览软件论坛，论坛里有许多前辈分享自己软件的使用经验，对我的帮助很大。
总之，学习软件是检验和提高动手能力的好方法，多实践是学好一个软件的最好的方法。
参考文献
[1]邱光源，《电路》，高等教育出版社
[2]CharlesKAlexder,《电路基础》，清华大学出版社
[3]刘志俭，《MATLAB应用程序接口用户指南》，北京科学出版社
[4]蒲勇，《MATLAB6.0教学手册》，上海浦东电子出版社
[5]李国勇，《智能控制机器MATLAB实现》，北京电子工业出版社
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录：
1:
根据自己选择的题目，说明建立数学模型的步骤
2：
在仿真过程中，你遇到了哪些问题？
你是如何解决的？
3：
通过本次课程设计，如何理解MATLAB/SIMULINK在本专业领域的应用？
成绩评定依据：
序号
评定项目
评分成绩
1
选题合理、目的明确（10分）
2
设计方案正确，具有可行性、创新性（20分）
3
设计结果可信（例如：
系统建模、求解，仿真结果）（25分）
4
态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）
5
设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）
6
答辩（20分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
升级会员 