MATLAB电路仿真

《MATLAB电路仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5周MATLAB电路仿真5.1MATLAB5.2MATLAB编程电路仿真5.3Simulink电路仿真7/29/202112.2MATLAB编程仿真2.2.1时间连续信号与系统的计算机仿真问题时间连续的确定信号在物理上是一个随时间变化的（电压或电流）波形，在数学上表示为一个时间连续的函数f(t)。时间连续信号也称为模拟信号。而时间离散的确定信号在数学上可以表示为一个确定的序列{fn}。如果以满足取样定理的取样速率对时间连续函数f(t)进行取样，就可以得到对应的时间离散序列{fn}，而将时间离散序列{fn}通过取样定理所规定的理

2、想低通滤波器后，就能够恢复连续信号f(t)。7/29/20212换句话说，在满足取样定理的前提下，f(t)与{fn}是一一对应的关系。对时间离散序列{fn}进行幅度值上的离散化（这个过程称为量化）就得到了数字信号{}。数字信号通常以二进制编码的形式存储在计算机中。因此，利用计算机所表达的时间连续信号f(t)实质上是其所对应的数字信号{}。本质上，计算机不能直接处理模拟信号，计算机中的信号处理均是对数字信号的处理。而由取样定理保证了它与模拟信号处理之间的一一对应关系。7/29/20213连续系统可以用微分方程来描述，离散系统可以用差分方

3、程来描述。当系统为无记忆系统时，微分方程或差分方程退化为代数方程。因此，对系统进行仿真的过程就数学意义而言，就是求解这些微分方程、差分方程或代数方程的过程。为了对连续系统进行仿真，首先需要建立其数学模型，然后利用计算机求解这些数学模型，从而得出数学模型的数值解。计算机对数学模型的求解过程就是对系统的仿真过程。由于连续系统是通过微分方程来建模的，因此对此的计算机仿真本质上就是微分方程的数值求解问题。通常，对连续系统进行计算机仿真的过程是：7/29/20214（1)建立数学模型：就是将物理模型转换为数学模型的过程。对于电子电路而言，就是利

4、用电路的拓扑、元件的属性，列出网孔方程或节点方程，并简化为标准形式的计算机可求解的一阶微分方程组（即状态方程）的过程。对于线性时不变系统来说，就是建立其传递函数模型，并简化为计算机易于求解的线性一阶微分方程组（即状态方程）的过程。而对于一般的系统，通常可建模为一组非线性的微分方程组。（2)选择适合的计算机求解方法求解仿真模型。不同的微分方程求解算法的精度和适用范围均有所不同。（3)编写MATLAB仿真程序或建立Simulink模块方框图，调试并运行程序。（4)得出数值解，即仿真结果，对仿真结果进行分析，以确定结果的可靠性和有效性。7

5、/29/20215图2-2一个二阶电路系统7/29/20216对于一个二阶系统，电路如图2-2所示，试利用MATLAB编程仿真求解：（1)零状态响应：系统在t=-1秒时刻的初状态为零,输入信号为阶跃信号f(t)=u(t)，输出为电容电压，试对时间t=[-1,10]秒的输出信号波形进行仿真求解。（2)零输入响应：系统在t=-1秒时刻电容电压为uC=1V，当t=-1秒时刻信号输入二端闭合，试对时间t=[-1,10]秒的输出信号波形进行仿真求解。（3)全响应：系统在t=-1秒时刻电容电压为uC=1V，输入信号为阶跃信号f(t)=u(

6、t)，试对时间t=[-1,10]秒的输出信号波形进行仿真求解。7/29/20217[解]（1)设电感电流为iL(t)，电容电压为uC(t)，根据电路，列出KVL方程：(2-2)改写为标准形式：7/29/20218令电路的状态变量iL(t)=x1(t)，uC(t)=x2(t)，输入信号为f(t),则微分方程简写为写出该微分方程的MATLAB函数。注意，这一组微分方程组就是该二阶电路的状态方程，对于同一个物理系统，如果选取的状态变量不同，所得到的状态方程也就不同，但都表达了该物理系统的状态信息。(2-3)7/29/20219按

7、照MATLAB的固定写法，编写出该微分方程组的MATLAB函数（函数文件名为funcforex123.m）如下：程序2-3functionxdot=funcforex123(t,x,flag,R,L,C)xdot=zeros(2,1);%矩阵初始化xdot(1)=-R/L*x(1)-1/L*x(2)+1/L*f(t);%方程1xdot(2)=1/C*x(1);%方程2functionin=f(t)%输入信号in=(t>0)*1;%阶跃信号7/29/202110然后，利用MATLAB提供的求解微分方程的指令对该微分方程组求解。

8、MATLAB提供的求解微分方程的算法有多个，如“ode45”、“ode23”、“ode15s”等，不同的算法适用的场合稍有不同。例如，通过“ode45”函数求解，MATLAB程序（程序名为ex123.m）如