MATLAB在高中电路学习中的应用研究

张纪豪

摘 要：论文首先阐述了Matlab/Simulink工具的应用特点，以直流稳态电路、线性动态电路的时域分析为例，通过建模、Matlab编程、Simulink仿真对电路进行分析。实践结果表明上述方法应用到电路分析中可有效提高计算的精度和分析效率。将Matlab/Simulink应用于电路分析中能使复杂的计算变得非常简便，直观，调动学生学习的积极性。

关键词：Matlab/Simulink 电路分析 仿真

中图分类号：O24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（c）-0075-03

Abstract：First the application characteristics of Matlab/Simulink tool are illustrated. Taking the analysis of DC steady-state circuit， time domain of linear dynamic circuit as examples， the circuit is analyzed through modeling， Matlab programming， and Simulink simulation. TIt proves that these methods can effectively improve the calculation preciseness and analysis efficiency. Application of Matlab/Simulink in computing circuits is simple ，clear and it can arouse study activity.

Key Words：Matlab/Simulink； Circuit analysis； Simulation

MATLAB是一种科学计算软件，是“矩阵实验室（Matrix Laboratory）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式编程语言，专门针对科学、工程计算及绘图的需求，主要适用于矩阵运算及控制和信息处理领域的分析设计，具有计算功能强、编程效率高、使用简便、易于扩充等特点，主要包括MATLAB和Simulink两大部分，利用MATLAB编写M文件可以计算电路中的参数，也可以计算电路中的各个响应，还可以进行仿真得到直观的图形。另外利用MATLAB中的动态仿真工具箱Simulink通过搭建电路模型也可以快速实现电路的分析计算和仿真。该文以典型的直流电阻电路、二阶动态电路为例分别运用矩阵运算、MATLAB编程和Simulink建模仿真的方法对典型电路进行分析。

1 MATLAB在电路分析中的应用

电路分析一般要建立数学模型，通过求解电路方程得到所需要的参数。下面通过建模、Matlab编程、Simulink仿真对电路进行分析。

（1）直流稳态电路的分析。

电路分析的基本方法有支路电流法、网孔电流法、节点电压法等，下面以网孔电流为例进行分析。

如图1所示电路，已知uS=10V，R1=2Ω，R2=4Ω，R3=12Ω，R4=4Ω，R5=12Ω，R6=4Ω，R7=2Ω，求i3，u4，u7。

①建模。

（3）运用Matlab/Simulink建模仿真。Simulink主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析，它允许用户在屏幕上绘制框图来模拟一个系统，并能够动态地控制该系统，Simulink采用鼠标驱动方式，能够处理线性，非线性、连续、离散等多种系统。用Matlab/Simulink中的Simpower Systems的电力系统模型库，选取相应的电阻、直流电源、电压表、电流表及示波器等基本功能模块，模块按照图2建立仿真模型，设置每个模块的参数，然后进行仿真，仿真结果u4，u7如图3、4所示，与前面2种方法结果一致，Matlab中Simulink工具箱的电气系统仿真模型，可以方便、高效地仿真电路，可以对Matlab程序的计算结果进行验证。

（2）二阶动态电路如图5所示，已知L=0.5H，C=0.02 F，R=12.5 Ω，初始值uc（0）=1 V，iL（0）=0，求t≥0时的uc（t），iL（t）的零输入响应。

这道题直接用Matlab/Simulink模块搭建，如图6所示，uc（0）和iL（0）可以直接在电容电感的参数设置中输入，方法简单，所建模型直观，建模仿真后通过示波器观察t≥0时时uc（t），iL（t）的变化情况如图7、图8所示。

2 结语

在电路的学习和研究过程中，Matlab在进行计算、绘图分析时具有显著优势，而且，Simulink使电路分析变得简单、生动，可以仿真验证结果。可使学生深刻地理解电路分析中的相关理论及电路分析方法，调动学生学习的积极性。

参考文献

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