MATLAB在网孔回路法中的应用

摘要MATLAB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。MATLAB是矩阵实验室（MatrixLaboratory）的简称。它在数学类科技应用软件中在数值方面首屈一指。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。正是由于MATLAB软件在数字方面的应用很是广泛，并且可以进行矩阵运算，基于这个方面的应用，可以将MATLAB用于我们曾经学过的电路基础中，因为在电路基础的知识系统中，有一部分是需要用到矩阵的方法来处理的，而矩阵的计算比较复杂，但是通过MATLAB软件，编写相应的程序，我们可以很快、准确地计算出需要的结果。而起还可以在MATLAB软件环境中搭建电路图，带入电路参数就可以进行仿真，通过仿真结果与编程结果的比较，可以确保我们的结果准确。本次基础强化训练基于MATLAB软件，运用其解决电路基础的一些简单知识，从而学会简单运用MATLAB软件，为以后更好的掌握这款软件打下基础。武汉理工大学《基础强化训练》说明书1目录MATLAB在电路原理中的应用........................................................................................................21基础强化训练的训练要求与内容.............................................................................................22MATLAB在网孔回路法中的应用................................................................................................32.1待解决的电路问题...........................................................................................................32.2设计分析...........................................................................................................................43编写程序.....................................................................................................................................63.1程序代码如下..........................................................................................................................63.2仿真...................................................................................................................................73.3仿真结果与编程结果比较与分析.................................................................................10小结...............................................................................................................................................11参考文献.......................................................................................................................................12武汉理工大学《基础强化训练》说明书2MATLAB在电路原理中的应用1基础强化训练的训练要求与内容根据专业培养计划，本环节安排在第四学期的暑假进行，为期一周。基础强化训练的选题范围规定如下：数值线性代数方法及MATLAB实现MATLAB在“电路原理”中的应用MATLAB工具箱的应用通过训练，使学生掌握相关的理论知识及实际处理方法，熟练使用MATLAB语言编写所需应用程序，上机调试，输出实验结果，并对实验结果进行分析。武汉理工大学《基础强化训练》说明书32MATLAB在网孔回路法中的应用2.1待解决的电路问题已知电路图如图2-1所示，求各网孔的电流I1、I2、I3、I4的值。其中R1=R2=R6=R8=2Ω，R3=R4=R5=R7=4Ω，U1=10V,U2=8V。图2-1武汉理工大学《基础强化训练》说明书42.2设计分析首先构建流程图，然后再根据流程图逐步实施，最终达到求解电路方程的目的。流程图如图2-2所示，图2-2由电路图可以知道，这是一个简单的电路，求解的方法很多，我选择用网孔回路法，下面就根据流程图一步步开始做。网孔1：10I1-4I2-4I3=0网孔2：10I2-4I1-4I4+8=0网孔3：10I3-4I1-4I4-10=0网孔4：10I4-4I3-4I2=0根据电路列出方程式将方程式写成矩阵方程的形式由AX=B求的答案得到想要的结果武汉理工大学《基础强化训练》说明书5整理四个方程式得到：10I1-4I2-4I3=0-4I1+10I2-4I4=-8-4I1+10I3-4I4=10-4I2-4I3+10I4=0将整理得到的这四个方程写成矩阵形式AI=B：10-4-40I10-4100-4I2-8-4010-4I3=100-4-410I40通过MATLAB算出I1、I2、I3、I4的值。武汉理工大学《基础强化训练》说明书63编写程序3.1程序代码如下A=[10,-4,-4,0；-4,10,0,4；-4,0,10,-4；0,-4,-4,10]；B=[0;-8;10;0]；I=inv（A）*B；运行得到I=0.2222-0.62221.1780.2222所以得到I1=0.2222A，I2=-0.6222A，I3=1.178A，I4=0.2222A。武汉理工大学《基础强化训练》说明书73.2仿真打开MATLAB软件，在Simulink中构建的电路图如图3-1所示,然后进行仿真。图3-1武汉理工大学《基础强化训练》说明书8仿真结果图如图所示，I1的仿真值I2的仿真值武汉理工大学《基础强化训练》说明书9I3的仿真值I4的仿真值武汉理工大学《基础强化训练》说明书103.3仿真结果与编程结果比较与分析在MATLAB中通过编程求解的结果和通过Simulink构建电路图仿真求解的结果是一致的，说明用MATLAB编写的程序是正确无误的，没有出现错误的地方，仿真的电路图的原件的选择、电路的连接、各个参数的设置都是正确可行的，这才会得到两个一致的结果。两种方法比较可知，通过Simulink来求解电路问题具有一定的优越性，它无需繁琐的编程，只需根据电路将电路图连接正确，然后在设置参数，就可以仿真，然后得到自己想要的数据。武汉理工大学《基础强化训练》说明书11小结经过这段时间的基础强化训练，我收获很多实用的知识，还加强了我自己的动手能力与思考问题的能力及学习新知识的能力，这些都是以后工作中需要的实用能力。总结这次基础强化训练，让我学会怎样去使用MATLAB软件来解决学习遇到的一些问题。MATLAB是一款功能强大的软件，因为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。这就使得MATLAB具有多功能性及应用的广泛性。虽然这次的强化训练仅仅用到MATLAB的简单功能，但至少让我认识了MATLAB这款软件。特别对于我们学习自动化专业的人来说，掌握MATLAB的功能更是有必要的，因为我们会遇到许多的电路方面的问题，如果能用MATLAB去解决就会轻松很多，也会节省时间。对于MATLAB这款软件，我还一知半解，我会在大三这一学年认真学习MATLAB的，学习这一软件并不困难，难的是怎样用它去解决实际的问题，所以我会注重理论与实战的结合，好好掌握MATLAB这一软件。基础强化训练不仅要求我们在短时间内完成任务，注重时间的重要性，也是一个锻炼个人能力的好机会。因为对我们自动化专业而言，很多任务都是要求时间的，这就很好的锻炼了自己的时间观念。因为对于电子行业，产品的更新很快，不把握好时间，就只有被淘汰。所以这样的机会对于我来说是很好的锻炼自己，不仅可以学习新的东西，还能加强自己的能力。我还是比较喜欢这样的训练。尽管这次的基础强化训练接近尾声，但给我的感受颇深，收获颇多。我还要在这条路上继续前行，以便早日掌握MATLAB这款功能强大的软件，把MATLAB软件用于解决更多的问题。经过这次的基础强化训练，对于以后的基础强化训练，我知道了拿到任务书的时候，第一步需要做些什么，形成了一个加清晰的思路，这样在以后的学习与生活中，知道自己该做些什么。感谢老师的指导，让我学到了新的知识，锻炼了自己的能力。武汉理工大学《基础强化训练》说明书12参考文献［１］蒲俊，等。MATLAB7.0教学手册。上海：浦东电子出版社，2002［２］刘志俭，等。MATLAB应用程序接口用户指南。北京：科学出版社，2000［３］李国勇。智能控制及其MATLAB实现。北京：电子工业出版社，2005［４］陈洪亮，王蔼.基本电路理论.上海科学技术文献出版社.2002［５］于歆杰.《电路基础》.第三版.清华大学出版社，2008［６］康光华.《电子电工基础》.高等教育出版社，2006［７］王正林.《精通MATLAB》.北京：电子工业出版社.2006［８］邱关源.《电路》.高等教育出版社.2006.5［９］吴传生.《线性代数》.高等教育出版社.2009