第6章 MATLAB在电路中

MATLAB在电路理论课程教学中的应用MATLAB是美国MathWorks公司开发的大型科学计算软件，已经广泛地应用于科学研究和工程技术的众多领域，将MATLAB软件引入理工科专业的教学中显得越来越重要。

电路理论课程是电气信息类专业的一门重要基础课程，该课程以分析电路中的电磁现象、研究电路的基本规律及电路的分析方法为主要内容。

电路理论课程的学习对树立学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点，培养学生的科学思维能力、分析计算能力、实验研究能力和科学归纳能力都有重要的作用。

[1]让学生了解一种电路分析软件，并能用其求解电路理论课程的习题，是电路理论课程的教学要求之一，因此有必要将MATLAB软件引入电路理论课程的教学中。

[2]本文通过几个具体电路来介绍用MATLAB软件计算和仿真电路的方法，以供大家参考。

一、基于MATLAB的电路计算命令文件就是命令行的简单叠加，MATLAB会自动按顺序执行文件中的命令。

命令文件中定义或使用的变量都是全局变量，在退出文件后仍是有效变量，且被保留在工作空间中，其他命令文件和函数可以共享这些变量。

命令文件在运行过程中可以调用MATLAB工作空间中的所有数据。

在程序设计中，命令文件常作为主程序来设计。

function [输出变量1，输出变量2，…]=函数名[输入变量1，输入变量2，…]其中，函数名由用户自己定义，通常取其存储文件的文件名与函数名一致。

若不一致，则在调用时应使用文件名。

下面通过3个例子[3]来分别说明利用MATLAB软件计算电阻性电路、正弦稳态电路和动态电路的过程。

例1 电路如图1所示，已知，，，，，，。

试用节点电压法求电压u和电流i1。

（4）运行exm3b.m，得到如图4所示的计算结果。

通过上面的3个例子可以看出：只有在学生能够分析电路的前提下，才能写出相应的方程；编写MATLAB程序是很简单的；MATLAB软件仅仅起到辅助计算的作用，但可以使学生从繁琐的计算中解脱出来，节省做电路习题的时间，将节省的时间用来学习电路的基本概念、基本原理和基本分析方法。

matlab在电路中的应用
MATLAB是一种功能强大的数学软件工具，广泛应用于科学、工程和技术领域。

在电路原理中，MATLAB可以用于解决电路的分析、建模和仿真问题。

它提供了丰富的函数库和工具箱，能够帮助工程师快速有效地进行电路设计和优化。

具体来说，MATLAB在电路分析中的应用包括但不限于以下几个方面：
1.电路建模：MATLAB提供了各种电路元件和电路模型，可以根据实际需求建立电路模型。

2.电路分析：MATLAB可以对电路进行时域和频域分析，计算电流、电压、功率等参数，以及进
行稳定性分析。

3.电路仿真：MATLAB可以进行电路仿真，模拟电路的工作过程，帮助工程师更好地理解电路的
工作原理，优化电路设计。

4.信号处理：MATLAB可以进行信号处理，如滤波、频谱分析等，帮助工程师更好地处理电路中
的信号。

5.控制系统设计：MATLAB可以进行控制系统设计和分析，如PID控制、状态反馈控制等，帮助
工程师设计更高效的控制系统。

总之，MATLAB在电路分析中具有广泛的应用，可以帮助工程师更好地理解和设计电路。

MATLAB在电路中的应用院系：电子与信息科学工程学院专业：电子信息科学与技术班级:电技11-1班姓名：陈曦学好：MATLAB在电路中的应用0 引言MATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratoy）的缩写，它是以矩阵运算为基础的交互式程序语言，能够满足科学、工程计算和绘图的需求。

与其它计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。

它用解释方式工作，键入持续后立即得出结果，人机交互性能好，易于调试并被科技人员所乐于接受。

特别是它可适应多种平台，并且随着计算机硬软件的更新及时升级，因此MATLAB语言在国外的大学工学院中，特别是频繁进行数值计算的电子信息类学科中，已经成为每个学生都掌握的工具了。

它大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。

MATLAB特点：一、  起点高1、  每个变量代表一个矩阵，它可以有n×m个元素。

2、  每个元素都看作复数，比其它语言优越。

3、  所有的运算都对矩阵和复数有效。

二、  人机界面适合科技人员1、语言规则与笔算式相似：MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此易写易读，易于在科技人员之间交流。

2、矩阵行数、列数无需定义：若要输入一个矩阵，在其它语言编程时必须先定义相应的阶数，而用MATLAB语言则不必有阶数的定义语句，输入数据的行列数就决定了它的阶数。

3、键入算式立即得结果，无需编译：MATLAB是以解释方式工作的，即它对每条语句解释后立即执行。

若有错误也立即作出反应，便于编程者马上改正。

这都大大减轻了编程和调试的工作量。

三、  强大而简易的作图功能1、能根据输入数据自动确定坐标绘图。

MATLAB在电路原理中的应用一、电路分析MATLAB可以进行电路分析，包括电路的直流分析和交流分析。

在直流分析中，可以计算电路中各个元件的电压和电流，利用Ohm's Law和基尔霍夫定律等电路定律进行计算。

在交流分析中，可以计算电路中各个元件的复数电压和复数电流，包括相位和幅值等信息。

通过电路分析，可以得到电路的基本参数，如不同元件的功率、电流、电压等。

二、电路建模MATLAB可以用于电路的建模。

通过建立电路模型，可以分析和预测电路的行为和性能。

例如，可以建立电阻、电容、电感等元件的模型，并将它们组合成电路模型。

可以基于元件参数和电路拓扑，采用MATLAB的符号矩阵计算功能，将电路转化为方程组，然后进行求解。

通过求解方程组，可以得到电路的各个节点的电压和电流值。

三、电路仿真MATLAB可以进行电路的仿真，包括直流仿真和交流仿真。

仿真是指在计算机上模拟电路的行为和性能。

通过仿真，可以快速、灵活地测试和验证电路设计的正确性和可行性。

在直流仿真中，可以模拟电路中各个元件的电压和电流，在不同工作条件下进行分析。

在交流仿真中，可以模拟电路中各个元件的相位和幅值，进行频率特性分析。

通过仿真，可以预测电路的工作状态，并进行性能评估和参数优化。

四、电路优化MATLAB可以进行电路的优化，包括元件参数优化和电路拓扑优化。

通过优化，可以改善电路的性能和效率。

在元件参数优化中，可以通过调整元件参数，例如电阻值、电容值等，来达到特定的设计目标。

在电路拓扑优化中，可以通过改变电路的结构，例如电路的连接方式和拓扑结构等，来改善电路的性能。

通过优化，可以提高电路的效率、减小功耗，以及满足特定的设计要求。

五、电路控制MATLAB可以用于电路的控制设计和分析。

在电路中，控制是指通过改变一些信号或参数，来实现对电路行为的控制。

例如，可以通过调整电源电压或负载电流，来改变电路的工作状态。

在MATLAB中，可以使用控制工具箱进行电路的控制设计和分析。

序言 (2)1 基础强化训练的要求 (3)2 基础强化训练的内容 (3)2.1 所选择要解决的问题 (3)2.2 问题解决分析 (4)2.2.1 设计分析 (4)2.2.2 程序编写 (5)2.2.3 程序分析 (6)2.3 用simulink仿真 (6)2.3.1 仿真 (6)2.3.2 仿真过程中遇到的问题及分析解决 (8)3 心得体会 (9)参考文献 (10)MATLAB 在电路原理中的应用序言MATLAB是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境,除了具备卓越的数值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真和实时控制等功能.MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言简捷得多.MATLAB是国际公认的优秀数学应用软件之一。

由于MATLAB的基本数据单位是矩阵，所以其可以运用于线性代数、电路基础等课程中解决复杂的矩阵方程，而且用MATLAB编程比用C编程更为灵活简单，所以许多电路原理上需要解复杂矩阵方程的问题用MATLAB可轻松地得到解决。

本次基础强化训练的目的即在此。

通过学习了解MATLAB软件的运用，将MATLAB的功能运用于解决电路题目中，在此过程中体会到MATLAB软件功能的强大及运用起来的方便。

学习运用MATLAB 解决电路基础问题的同时还可熟悉电路基础的知识，灵活运用线性代数的知识于电路基础之中。

MATLAB软件在今后的工作中会对我们有很大的帮助，所以现在了解它，有利于我们日后接触到这类问题时可很快得想出解决问题的方案。

通过本环节，巩固和深化已学课程的知识，培养学生综合运用这些知识，分析和解决实际问题，逐步树立正确的设计思想；培养严谨认真的科学态度和严谨务实的工作作风。

1 基础强化训练的要求此次基础强化训练主要以学习MATLAB软件为目的，了解相关问题的处理方法和步骤，基本掌握MATLAB的软件运用，让同学们更多的接触学习MATLAB软件的应用，以便以后更加容易地解决各种问题。

专业班级 学号 姓名课程名称 地点 时间实验名称MATLAB 在电路计算及信号处理中的应用实验目的 1. 掌握MATLAB 在电路分析计算中的应用方法；2. 熟练运用matlab 进行基本信号运算；实验内容 1. 电路如图，求123i i i ，，：1R 2R 3R 4R 5R 4Ω4Ω1Ω1Ω2Ω12V 6V++--1i 2i 3i2. 电路如图，开关S 合在位置1时电路已达稳态。

T=0时，开关由位置1合向位置2，在t RC τ==时又由位置2合向位置1，求0t ≥时的电容电压()c u t 。

sU SRCc u +-12+-3. f(t)为三角信号，绘制f(2t) , f(2-2t)的图形。

4. 绘制矩形脉冲信号、单位阶跃信号的图形。

5. 定义符号变量和函数，求单边指数数信号()()atf t e u t -=的傅立叶变换，其中()u t 为单位阶跃信号。

画出原信号波形和变换后的波形（提示：fourier 函数求傅里叶变换，ezplot 绘制符号函数曲线）6. 已知f1(t)=sin （100t+0.5pi ） , f2(t)=sin(50t+0.25pi) , 带通滤波器的频率响应为j 22j2(j )()(j 1)100s H H s ωωωω===++，用此滤波器对信号1()f x 、2()f x 分别进行滤波，按如下要求绘图： （1） 在同一个坐标轴中绘制f1(t)、f2(t)、f1(t)+f2(t)、f1(t)*f2(t)的曲线；（2） 在同一个坐标轴中绘制f1(t)的曲线及f1(t)通过滤波器后输出的曲线（命名为f3(t)）；（3） 在同一个坐标轴中绘制f2(t)的曲线及f2(t)通过滤波器后输出的曲线（命名为f4(t)）；（4） 在同一个坐标轴中绘制f1(t)+f2(t)和f1(t)+f2(t)通过滤波器后输出的曲线。

（5） 在同一个坐标轴中绘制f1(t)+f2(t)通过滤波器后输出的曲线以及f3(t)+f4(t)，比较这两条曲线是否相同。