matlab基础强化训练含受控源的电阻直流电路Word格式.docx
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题目:
MATLAB/SIMULINK在阻抗匹配网络中的分析与应用
初始条件：
（2）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；
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、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
7月1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6日
撰写课程设计说明书
7月7日
上交课程设计说明书，并进行答辩
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
目录
MATLAB简介1
1.含受控源的电阻直流电路2
1.1对含受控源的电阻直流电路原理的分析2
1.2建模3
1.3应用MATLAB对上面的题目编程4
1.4绘图5
1.5MATLAB中函数功能介绍7
2.对结果的对比与分析8
3.心得与体会9
参考文献10
MATLAB简介
MATLAB是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境,除了具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能.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等语言简捷得多.MATLAB是国际公认的优秀数学应用软件之一。
概括地讲,整个MATLAB系统由两部分组成,即MATLAB内核及辅助工具箱,两者的调用构成了MATLAB的强大功能.MATLAB语言以数组为基本数据单位,包括控制流语句,函数,数据结构,输入输出及面向对象等特点的高级语言,它具有以下主要特点:
1）运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率高,MATLAB除了提供和C语言一样的运算符号外,还提供广泛的矩阵和向量运算符.利用其运算符号和库函数可使其程序相当简短,两三行语句就可实现几十行甚至几百行C或FORTRAN的程序功能。
2）既具有结构化的控制语句（如for循环,while循环,break语句,if语句和switch语句）,又有面向对象的编程特性。
3）图形功能强大,它既包括对二维和三维数据可视化,图像处理,动画制作等高层次的绘图命令,也包括可以修改图形及编制完整图形界面的,低层次的绘图命令。
4）功能强大的工具箱，工具箱可分为两类:
功能性工具箱和学科性工具箱.功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互的功能.而学科性工具箱是专业性比较强的,如优化工具箱,统计工具箱,控制工具箱,小波工具箱,图象处理工具箱,通信工具箱等。
1.含受控源的电阻直流电路
如图1-1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。
V2
V1
图1-1：
含受控源的电阻直流电路图
1.1对含受控源的电阻直流电路原理的分析
图1-1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1-2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
Im2
Im3
Im1
图1-2：
电路图的网孔电流法示意图
1.2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。
1.3应用MATLAB对上面的题目编程
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];
%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1-3所示：
图1-3：
运行程序后的结果
1.4绘图
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）;
受i1控电压源'
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
图1-4：
受控电流源K1随直流源Is变化曲线图
图1-5：
受控电压源K2随直流源Is变化曲线化图
图1-4和图1-5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。
1.5MATLAB中函数功能介绍
Clear：
从内存中删除
Clc：
清空命令窗口
For：
重复命令
Xlabelx轴标签
Ylabely轴标签
Title图线标题
2.对结果的对比与分析
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。
3.心得与体会
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。
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。
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。
电子工业出版社，2005
［6］李国勇。
智能控制及其MATLAB实现。
［7］陈洪亮，王蔼.基本电路理论.上海科学技术文献出版社.2002
本科生课程设计成绩评定表
性别
男
专业、班级
Xxxxxxxx
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：
升级会员 