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1、横课程丹题 目 电路仿真学院自动化学院专业自动化专业班级 自动化 0806 班 姓名孙功武指导教师徐腊梅摘要电路原理是电类专业必修的一门重要的技术基础课，它具有基础科学和技术科学 的二重性，不仅是电类学生学习后续课程的基础，也直接为解决电工电子工程中的一些实 际问题服务。大一下学期开始，通过对本课程的学习，我初步掌握了近代电路理论的一些 基本知识和概念，能分析计算一些常见的，比较简单的基本电路，初步具有了解决实际问 题的能力，并为后续课程的学习准备了必要的电路理论知识。其分析电路的常见方法有： 节点电压法，网孔电流法，叠加原理分析法，戴维宁定理和诺顿定理等等。本文主要讨论 用网口电流法来分析直
2、流电路中关于电阻电路的计算方法。在这个分析解决问题的过程中 需要运用到MATLAB软件。MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)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。本文就是 通过对MATLAB编程计算出的结果和Simulink仿真出的结果进行对比，来的出所要的结论 和效果。关键词：电路原理，网孔电流法， MATLAB， SIMULINK，AbstractThe circuit principle of electricit
3、y class specialized is compulsory course is an important technology, it has the basic science and technology is not only the scientific duality, electricity class student learning courses, and subsequent direct solution for electrical and electronic engineering of some actual problems. A semester be
4、gan, this course of study, I have mastered some modern circuit theory, the elementary knowledge and the concept of some common to analysis and calculation, the basic circuit is simple, is the ability to solve practical problems, and for subsequent course of study prepared necessary circuit theory kn
5、owledge. The analysis of the common method: circuit node voltage, current, mesh superposition principle analysis method, DaiWeiNing theorem and NORTONs theorem, etc. This paper discusses how to use the WangKou current method to analyze the dc resistance circuit in the calculation. In the analysis an
6、d problem solving process needs to apply MATLAB software. MATLAB is Matrix lab (Matrix of Laboratory), is the MathWorks company business mathematics software is used to develop, data visualization algorithm, data analysis and numerical calculation of senior technical calculation language and interac
7、tive environment, including MATLAB and Simulink two most. This paper is based on MATLAB calculation results and Simulink results, comparing to the conclusion of the effect.直流电路中电阻电路的计算1 题目分析1.1 设计题目如图 1 所示的电路，已知：R1 = 2Q, R2 = 4Q, R3 = 12Q, R4 = 4Q, R5 = 12Q, R6 = 4Q, R7 = 2Q。(1) 如 Us = 10V,求 i3, u4,
8、 u7； 如己知u4=6V,求Us, i3, u7。图11.2 理论分析如图 1 所示,该电路有 a,b,c 三个网孔,含有一个直流电压源。根据基尔霍负电压定律（KVL）,对每个网孔列网孔方程为：(R + R + R )i R i = u1 2 3 a 3 b sR i +(R + R + R )i R i = 03 a345b5 cR i +(R + R + R )i = 05 b567c对上面三个方程，可将其写成如下所示的矩阵形式：R + R + RR0i1233aRR +R +RRi33455b0RR +R+ Ri5567c将数值带入，并简写为AI = Bu的形式为:s令 u = 10V
9、，由 i =i ，s 3 a bu = Ri即可得问题（1）的解为:7 7 c+ 4 + 12120i 1111212 + 4 + 1212IIa=001212 + 4 +2JLi0sci = 0.3704A,u = 2.222 2, V u 二 0.7 4 0 7 V347（2）在该直流电路中由电路的线性性质，可令i = ku，u = k u，u = k u31 s 42 s 73 s根据问题（1）的结果并根据图1所示的电路可列出下式：2u于是，可以通过下列式子求得问题（2）的解ku3sk4uku =旷，i = k u =厂 u ， u s k 31 s k 47即： i = 1A ， u
10、= 27V ， u = 2 V上面的过程，为理论上的解题方法。在整个解题的过程中，最主要的就是正确的列出 三个网孔方程，然后以这三个方程为中心求解即可。这过程中，我有意将三个方程的系数 写成矩阵形式，利用线性代数中所学的矩阵的知识来求解，其实是为了方便后面利用 MATLAB 软件来进行计算。下面将详细的来了解运用 MATLAB 软件来进行编程计算题目中的 两个问题的流程。并将运用此软件计算出来的结果和理论分析计算出来的结果进行比较，理论上应该是相同的。2 MATLAB 编程和仿真2.1 MATLAB 编程clear,close all,format compactR1=2;R2=4;R3=12
11、;R4=4;R5=12;R6=4;R7=2;% 为给定元件赋值 display(解问题1)%解问题1)a11=R1+R2+R3;a12=-R3;a13=0;a21=-R3;a22=R3+R4+R5;a23=-R5;a31=0;a32=-R5;a33=R5+R6+R7;b1=1;b2=0;b3=0;us=inpu t(us=)%输入解1)的已知条件A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33;%列出矩阵系数 AB=b1;b2;b3;I=AB*us;%I=ia;ib;icia=I(1);ib=I(2);ic=I(3);i3=ia-ib,u4=R4 *ib,u7二R7
12、*ic% 解出所需变量display(解问题2)%利用电路的线性性质及问题1)的解求解问题2) u42=input(给定 u42=)k1=i3/us;k2=u4/us;k3=u7/us;%由问题1)得出待求量与us的比例系数 us2=u42/k2,i32=k1/k2*u42,u72=k3/k2*u422.2 程序的运行运行结果为：ans =解问题1)给定 us=10i3 = 0.3704u4 =2.2222u7 =0.7407ans =解问题 2）给定 u42=6us2 =27.0000 i32 =1.0000 u72 =2MATLAB 软件程序运行的结果与理论分析出的结果一样，符合分析的结果
13、3 Simulink 进行建模仿真3.1 仿真元件的选取（1）电阻的选择由于设计电路中必须要有两个电阻R1,R2。所以我添加两个电阻R1,R2，来加入路中，并将电容值设为0,电感值设为inf,由此来设置出电阻的阻值。如图2所示：Series RLC BranchSeries R.LC Branchi图 2 电阻元件图（2）电压源的选择 由于设计电路中必须有一个电压源，所以在元件库内添加一个电压源。添 加电压源后，将电压源的相位调为90度，频率调为0HZ。这样就将交流电压源变 成了直流电压源。如图 3 所示：AC Voltage Source图3电压源图3）电流表，电压表的选择由于电路结果测量需
14、要，电流表和电压表来测量。所以添加电压表和电流表到文件内，把电流表串联到指定的位置，将电压表并联到指定的位置。就可以 完成电路的测量。如图4所示：Current Measur已e已ntVcltage Measurement图 4 电流表和电压表图3.2 Simulink 电路模型打开MATLAB软件，在Simulink中构建的电路图如下图图5所示:*AAA&r6JUGr5图 5 Simulink 中搭建的电路图在图中，分别在 Us，r4，r7 两端并联了一个测电压的原件来测量 Us，U4 和 U7 的数值；在r3出串联了一个测电流的原件来测量i3的数值。而且每一个对应的测量 元件都对应着有一个
15、显示数值原件与之相连，用来显示所测得数值的大小。3.3 Simulink 电路图的仿真结果在软件中可以修改元器件的参数值。当对所选题目的第一问的仿真中，将 Us 的大小改为 10V ，单击“开始仿真”按钮，出现的仿真结果如图 6 所示。图中显示 元件显示的仿真结果为：U4=2.222V, i3=0.374A, U7=0.7407V。AAAr2u7 Disc iir6D.37D4r40.74D7图 6 仿真结果图当对选题目的第二问的仿真中，将U4的大小改为6V,单击“开始仿真“按钮, 出现的仿真结果如图7所示。图中显示元件显示的仿真结果为:Us=27V, i3=lA,U7=2V。AAASISSSITir5c6i3 Dis-J 图7仿真结果图对Simulink仿真结果和理论
