电工学教学中的matlab仿真应用探讨

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1、电工学教学中的MATLAB仿真应用探讨　　【摘要】MATLAB是一种通用的科学计算和系统仿真软件，功能强大。在电工学课程中引入MATLAB仿真，可以弥补传统教学的不足。本文研究了函数编程和Simulink两种仿真方法，并通过RC电路的实例探讨了MATLAB的两种仿真方法在电工学教学中的应用。　　【关键词】MATLAB仿真电工学教学研究　　【资助项目】上海工程技术大学校级教学建设项目（k201224001）资助。　　【中图分类号】G64【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2013）09-0243-02　　1.引言　　“电工

2、学”是高校工科非电类专业必修的一门专业基础课程。该课程知识面广泛，理论性和系统性很强，且有广阔的工程背景。传统的教学模式往往只在理论上进行论述、推导和证明，并借助一些公式来阐述问题，很难给学生较直观的印象，教学效果不理想[1]。因此，在教学过程中应当借助现代教育技术来加强教学效果。　　MATLAB是Math5Works公司推出的一种科学计算软件，它是一种以矩阵为基本编程单元的程序设计语言，不但拥有强大的数值计算功能、图形表达功能，还具有可视化的仿真环境。在电工学教学中引入MATLAB，可以加强教学效果，提高教学质量[2]。一方面，通

3、过MATLAB仿真，可以使一些不易理解的抽象知识比较直观地显示出来，便于学生理解和接受。另一方面，在仿真过程中，也可以根据教学需要，随时修改电路结构和参数，实时观察输出结果，从而使学生加深对电路本质的理解，进一步掌握课堂内容。MATLAB仿真方法一般可以分为函数编程仿真和Simulink仿真[3]。本文通过实例探讨这两种仿真方法在电工学教学中的应用。　　2.函数编程仿真　　MATLAB是一种具有丰富函数资源的高效编程语言，在电路分析过程中，可以根据需要选择函数编程，而无需再去编写繁琐的程序代码，从而提高了工作效率。下面例子是通过函数

4、编程来对电路进行仿真的。　　例1在图1所示的RC电路中，开关S打向2前，电容C充电，UR+UC=U。当开关S打向2后，电压UR=UC，电容储存的能量将通过电阻以热能的形式释放出来。　　最后，使用画图函数figure和subplot函数。得到其波形如图2所示。　　注：线1（下）代表参数1下的特性曲线，线2（上）代表参数2下的特性曲线。　　从上述例子可知，采用MATLAB编程的仿真方法，求解的数学过程可以通过MATLAB来实现，使得整个计算过程十分快捷方便，这样就可以将更多的课时放在电路特性的分析上。　　3.Simulink仿真5　　S

5、imulink是基于MATLAB语言环境下的一个集成软件包，具有框图界面和交互仿真、动态系统建模、仿真和综合分析等功能[4]。用户只需在Simulink的图形用户界面（GUI）中，用鼠标对所需的系统模块进行简单的拖拉操作，即可构造得到复杂的仿真模型。下面结合例子，说明如何通过Simulink来对电路进行建模和仿真的。　　步骤二，模型创建。建立本系统用到的模块有：Continuous模型库中的TransferFen模块；Sinks模型库中的Scope模块；Sources模型库中的SignalGenerator模块。具体操作如下：　　进

6、入Simulink集成环境窗口，单击菜单项/File/New/Model创建一个Simulink模型文件。鼠标单击Simulink公共模型库中的Continous子库，选取传递函数模块TransferFcn，将其拖动到新建模型文件中的适当位置，并选中该模块，单击鼠标右键，会弹出快捷菜单，再从快捷菜单中选取“SignalGeneratorParameters”项修改传递函数参数，将传递函数分子系数“Numerator”分母系数”Denominator”分别设置为[10]和[310]，其余参数使用默认值.采用同样方法，将Sources模

7、型库中的SignalGenerator模块，Sinks模型库中的Scope模块拖入模型文件中，并修改模块参数。　　SignalGenerator模块设置：将波形Waveform、幅度Alnplitude、频率Frequeney分别设置为Square，l和0.2，以产生频率为0.2Hz、幅度为1的方波。5　　Scope模块设置：双击Scope模块，打开SCoPe显示窗口，点击Parameters图标自即可打开scope参数设置窗口，将坐标轴数目设置为2，使之成为双踪显示，这样可以同时观察系统的输入输出波形，将显示时间范围（Timera

8、nge）设置为20，其余采用默认参数.模块参数设置好后，用鼠标将三个模块连接起来，完成后的建模系统可以通过File菜单存盘为模型文件，扩展名为“mdl”，如命名为”rc1.mdl”，如图4所示。　　步骤三，系统仿真参数设置。使用Con