单闭环直流调速系统的M A T L A B计算与仿
真
目录
目录............................................................................................................................................................... - 1 -1 绪论........................................................................................................................................................... - 2 -
1.1 直流调速系统概述 .................................................................................................................. - 2 -
1.2 MATLAB简介......................................................................................................................... - 3 -
2 直流电动机的降压调速........................................................................................................................... - 4 -
2.1 直流电动机构成 ....................................................................................................................... - 4 -
2.2 直流电机励磁方式 .................................................................................................................. - 5 -
2.3 直流电动机工作原理 .............................................................................................................. - 5 -
2.4 直流电动机的降压调速 .......................................................................................................... - 6 -
3 单闭环直流调速系统............................................................................................................................... - 7 -
3.1 V-M系统简介 .......................................................................................................................... - 7 -
3.2 三相桥式全控整流电路 .......................................................................................................... - 8 -
3.3 闭环调速系统的组成 .............................................................................................................. - 9 -
4 电路设计和仿真..................................................................................................................................... - 10 -
4.1 电路原理 ................................................................................................................................ - 10 -
4.2 系统的建模和参数设置 ........................................................................................................ - 11 -
4.3 仿真结果 ................................................................................................................................ - 19 -结论........................................................................................................................................................... - 21 -小组分工..................................................................................................................................................... - 21 -附录............................................................................................................................................................. - 23 -
1 绪论
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切割机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来直流调速系统发展很快，然而直流拖动控制系统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以首先应该很好的掌握直流系统。我们可以首先从单闭环转速负反馈直流调速系统来研究。由于系统需要观察较多的性能，计算参数较多，而MATLAB中的Simulink实用工具可直接构建其动态模型，省去大量的计算，通过修改动态模型可完善系统性能。
1.1 直流调速系统概述
从生产机械要求控制的物理量来看，电力传动自动控制系统有调速系统、位置伺服系统、张力控制系统等其他多种类型，各种系统往往是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的驱动控制系统。调速系统目前分为交流和直流调速控制系统，由于直流调速系统的调速范围广，静差率小、稳定性好并且具有良好的动态性能。因此在相当长的时期内，高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。相比于交流调速系统，直流调速系统在理论上和实践上更加成熟。
直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的自动控制系统。在20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以转换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，建筑、办公、家庭自动化控制设备提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，因此，人类社会的生产、生活发生了巨大变化。随着新型电力电子器件的研究和开发，先进控制技术的发展，电力电子和电力传动控制装置的性能也不断优化和提高，这一变化的影响将越来越大。
单闭环直流电机调速系统在现代日常生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能、低廉的价格越来越被大众接受。
单闭环直流调速系统由整流变压器、平波电抗器、晶闸管整流调速装置、电动机-发电机、闭环控制系统组成。我们可以通过调节晶闸管的控制角来调节转速，非常方便，高效。
1.2 MATLAB简介
在1980年前后，美国的克利夫博士在新墨西哥大学讲授线性代数课程时，发现应用其它高级语言编程非常不方便，他们构思和开发了Matlab（MATrix LABoratory，即矩阵实验室），它是集命令翻译，科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大学进行了几年的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本，它使的矩阵的运算变得异常容易。
MATLABSGI是由美国MathWorks公司开发的大型软件。在MATLAB软件中，包括了两个主要部分：数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。1998年，MATLAB增加了电力系统模块库，该模块库以Simulink为运行环境，是建立在Simulink标准模块和M语言基础上的一个附加模型库，它提供为电力系统仿真分析专用的各种线性与非线性元件和模块。尤其是在MATLAB6.X之后的版本中，SimPowerSystems的元件库进行了扩种，用户可以在库中找到例如IGBT、MOSFET、GTO 等几乎所有常用的新型电力电子器件模型，给使用带来极大的方便。
可视化图形仿真功能实在SIMULINK环境下进行的。进入MATLAB系统后打开浏览窗口到模块库，用鼠标左键双击其中的SimPowerSystems即可弹出电力系统工具箱模块库。它主要包含以下几类：电源库、元件库、机组模型、电力电子元件库、测量元件、连接元件、其他元件、电力图形用户界面、演示系统等，基本涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型，其元件和模块是由电力
工业领域的专家提供并得到实际证明的，符合电力专业分析软件的要求。这些模块库包含了大多数常用电力系统元件的模块。利用这些模块及其他库模块，用户可方便、直观地建立各种系统模型并进行分析。
直流电动机具有调速性能好，起动转矩大，易于在大范围内平滑调速等优点，其调速控制系统历来在工业控制中占有及其重要的地位。随着电力技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势，但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单。特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流电动机仍然被广泛采用，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度、电流双闭调速系统。直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速、双闭环调速等过程，需要观察比较多的性能，再加上计算参数较多，往往难以如意。如在设计过程中使用Matlab中的SimuLink实用工具来辅助设计，由于它可以构建被控系统的动态模型，直观迅速观察各点波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型来完成，而不必对实物模型进行反复拆装调试。本文运用MATLAB中的SimuLink实用工具对设计电路进行了仿真。
2 直流电动机的降压调速
2.1 直流电动机构成
（1）定子：主磁极、换向磁极、端盖、机座、电刷装置；
（2）转子：电枢绕组、电枢铁心、换向装置、转轴、风扇；
（3）气隙。
2.2 直流电机励磁方式
励磁绕组的供电方式称为励磁方式。按照励磁方式，直流电机分成他励和自励两大类，其中自励式又分为并励、串励和复励三种。图2.1给出了这四种励磁方式的电路图。
2.3 直流电动机工作原理
如果将直流电压直接加到线圈上，导体中就有直流电流通过。设导体中的电流为i ，载流导体在磁场中将受到电磁力f ，f=bil ，作用于线圈上的电磁转矩T 则等于2倍的电磁力乘上力臂，即
22
D T f bilD == （2.1） 式（2.1）中，D 为电枢外径。
若电流i 为恒定，转子旋转一周时，气隙磁通密度b 的方向为一正一负，因此电磁转矩T 将是交变的，一个周期的平均值为0，无法使电枢持续旋转，然而在直流电动机中，电流并非直接接入线圈，而是通过两个电刷和换向器再接入线圈，这样情况就不同了。因为两个电刷静止不动，电流i 总是从正极性电刷流入，经过旋转的换向片，由另一个电刷负极性电刷流出。故当导体旋转而交替的处于两个磁极下时，导体中的电流将随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变，并使电动机持续图2.1直流电动机按励磁方式分类 a ）他励式 b ）并励式 c ）串励式
旋转。此时电刷和换向器起到把外部电源流入的直流，改变成线圈内的交流的“逆变”作用。这就是直流电动机的工作原理。
2.4 直流电动机的降压调速
直流电动机分为他励直流电动机和自励直流电动机，本文以他励直流电动机为例来说明直流电机的调速。他励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电源供电。在励磁电压的作用下，励磁绕组中通过励磁电流，从而产生主磁通。在电枢电压的作用下，电枢绕组中通过电枢电流。
他励直流电动机的转速公式为：
e e E U IR n C C φφ
-== （2.5） 式（2.5）中：E 为电枢电动势；
U 为他励电动机的电枢电压；
I 为电枢电流；
R 为电枢回路的总电阻；
φ为励磁磁通；
n 为电机的转速；
为电动势系数，由电机结构决定。
由此，直流电动机有三种调速方式：电枢回路串电阻的变电阻调速，改变电枢电压的变电压调速以及减小气隙磁通量的弱磁调速。
降压调速可以得到较大的调速范围，只要电源电压连续可调，就可实现转速的平滑调节，即无级调速。这种系统性能较为优越，但设备总投资大大增加。
串电阻调速在空载或轻载时，调速范围很小，调速效果不明显；而在低速时，特性变软，转速相对稳定性较差，这种调速方法只能实现有级调速，调速的平滑性较差。弱磁调
速的调速范围也比较小。因此，本文采用降电压调速，此方法可以得到较大的调速范围，只要电源电压连续可调，就可实现转速的平滑调节，即无级调速。
3 单闭环直流调速系统
3.1 V-M系统简介
由晶闸管变流装置直接给直流电动机供电的调速系统，称为晶闸管-电动机直流调速系统，简称V-M系统。其原理图如图3.1所示。图中VT是晶闸管变流装置，可以是单向、三相或者更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT 的控制电压来移动触发脉冲的相位，以改变整流电压，从而实现平滑调速。用触发脉冲的相位控制整流电压的平均值是晶闸管整流器的主要特点，而且该系统具有调速范围广、精度高、动态性能好、效率高、易控制等优点，因此，在工业上得到普遍应用。
图3.1 V-M系统
但是晶闸管还存在以下问题：
1）晶闸管的单向导电性给系统的可逆运行带来一些困难；
2）晶闸管的过载能力小，要限制过电流和反向过电压，以及电压变化（/）和电流变化率（/），因此必须要有可靠的保护装置和散热条件；
3）整流电路的脉波数是有限的，比直流电机每对级下换向片的数目要少的多，因此除非主电路电感L=，否则V-M系统的电流脉动总比G-M系统更为严重。脉动电流产生脉动的转矩，对生产机械不利。
4）脉动电流造成较大的谐波分量，流入电网后对电网不利，同时也增加了电机发热。
3.2 三相桥式全控整流电路
目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图3.2所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（、）称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管（）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的3个晶闸管分别为。这样晶闸管就按照1到6的顺序导通了。
图3.2三相桥式全控整流电路原理图
下面简单介绍一下其工作原理：
6个晶闸管的脉冲按1到6个顺序，相位依次相差60°；共阴极的组的3个晶闸管脉冲依次相差120°，共阳极组的3个晶闸管脉冲也依次相差120°；同一相的上下两个桥壁的晶闸管脉冲相差180°。每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，一个晶闸管是共阳极组的，一个是共阴极组的，且两个晶闸管不在同一相。采用双脉冲触发，两个脉冲前沿相差60°，脉宽一般为20°-30°。当给定某一触发角时，共阴极组中处于通态的
晶闸管对应的相电压与共阳极组中处于通态的晶闸管对应的相电压之差，即为输出整流电压，这样通过改变触发角的大小，就可以改变输出整流电压了。
当 60°时的整流电压平均值为：
==2.34（3.1）
当60°﹤＜90°时的电压平均值为：
= =2.34[1+] （3.2）
3.3 闭环调速系统的组成
要维持电动机的转速稳定，可引入该物理量的反馈量，构成反馈闭环控制系统。常用的反馈系统有转速反馈、电压反馈和电流反馈系统，本文采用转速反馈。
图3.3采用转速负反馈的闭
在电动机轴上安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量—转速成正比的负反馈电压，与转速给定电压相比较后，得到偏差电压，经过放大器A，产生触发装置GT的控制电压，用以控制电动机转速。
其原理图如图3.3所示。只要转速出现偏差，该系统就会自动产生纠正偏差的作用。转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，该系统可大大减少转速降落。
就稳态抗扰性能来说，比例控制系统是有静差的，而积分控制和比例积分控制系统都没有静差。显然，只要调节器中有积分成份，系统就是无静差的。只要在控制系统的前向通道上在扰动作用点以前含有积分环节，则外扰动便不会引起稳态误差。
4 电路设计和仿真
该系统的控制对象是直流电动机M，被控量是电动机的转速n，晶闸管触发及整流电路为功率放大和执行环节，和晶闸管同步脉冲触发电路，用来调节晶闸管的控制角。测速模块把测得的转速反馈到输入中。
4.1 电路原理
选用转速为反馈量，采用变电压调节方式，设计单闭环直流调速系统，其原理图如图4.1所示，该系统可实现对直流电机的无级平滑调速。
图4.1 单闭环转速负反馈直流调速系统原理
该系统由整流变压器、平波电抗器、晶闸管整流调速装置、电动机-发电机和测速反馈组组成。图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经速度变化后接到电流调节器的输入端，与给定的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压，用其作为控制整流桥的触发电路，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变三相全控整流的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环控制系统。电动机的转速随给定电压变化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定，电流调节器采用比例（P）调节，对阶跃输入有稳态误差，想要消除上述误差，须将调节器换成比例积分（PI）调节。这时当给定电压恒定时，闭环系统起到了抑制所用，当电动机负载或电源电压波动时，电动机的转速稳定在一定的范围之中。
4.2 系统的建模和参数设置
（1）触发电路的建模和参数设置
图4.2 同步电源与6脉冲触发器
1）六脉冲同步触发器其参数为：同步电压的频率/Hz栏为50，脉冲宽度/degree栏为1，采用双脉冲触发方式，其参数设置如图4.3所示。
2）三相线电压模型：SimPowerSystems-Measurements—Voltage Measurement，分别命名为Vab、Vbc、Vca。
3）三个连接端口：SinPowerSystems—Elements—Connection Port,分别命名为Ua、Ub、Uc。
4）两个输入模块：Simulink—Sources—In1，分别命名为Uct、In2，Uct端口数设为5，In2端口数设为4。
5）一个输出模块：Simulink—Sinks—Out1。
图4.3 六脉冲同步触发器的参数设置
找到各元件，按图4.2所示连线，注意Vab、Vbc、Vca是呈三角形连接的。
接好连线后，按Ctrl+A全选，点击Edit—Create Subsystem，对6脉冲同步触发器进行子系统封装。封装后如图4.4所示。
图4.4 六脉冲触发封装子系统
（2）主电路的建模和参数设置
新建一个模型文件，将触发电路子系统复制到新文件中。
1）三个交流电压源模块：PowerSystems—Electrical Sources—AC Voltage Source,分别命名为Va、Vb、Vc,参数设置为：Peak amplitude栏为220，Frequency栏为50，Phase栏分别为0、120、240。
2）一个接地模块：SinPowerSystems—Elements—Ground。
3）晶闸管整流桥和二极管：SinPowerSystems—Power Electronics—Universal Bridge。
参数设置如图4.4,4.5所示：
图4.5 三极管参数设置
图4.6 二极管参数设置
4）励磁电源：SinPowerSystems—Electrical Sources—DC Voltage Sources，电压设为220V。
5）平波电抗器：SinPowerSystems—Elements—Series RLC Branch。
参数设置如图4.6所示：
图4.6 平波电抗器参数设置
6）直流电动机：SinPowerSystems—Machines—DC Machine。参数设置如图4.7所示：
图4.7 直流电动机参数设置
7）四个常数模块：Simulink—Sources—Constant，Constant Value分别设为120、-180、50、0。
8）一个连接器：Simulink—Signal Routing—Demux，设为4个输出。
9）一个示波器：Simulink—Sinks—Scope。
示波器参数设置如图4.8所示：
图4.8 示波器参数设置
10）两个加法连接器：Simulink—Math Operations—Sum，List of signs栏分别设置为：|+-和|++。
11）两个比例环节：Simulink—Math Operations—Gain，其Gain栏参数设置为-1和10。
12）一个限幅器：Simulink—Commonly Used Blocks—Saturation,其参数设置如图4.9所示：
图4.9 限幅器参数设置
找出上述所有元件后，就可以按照图4.1所示进行连线了。
值得注意的是：直流电动机本身带一个反电动势E，如果不考虑电动机的电枢电感，只有当晶闸管导通相的变压器二次侧电压瞬时值大于反电动势时才有电流流出，容易造成负载电流的断续，为此，通常在主电路直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管的导通时间。另外，整流桥后面并联一个二极管，可以加快电动机的减速过程，同时避免在整流桥输出端出现负电压而使波形畸变。
将元件连接好后，设置系统的仿真参数，点击菜单栏的Simulation中的Configuration Parameters弹出参数设置窗口，其Solver参数设置如图4.10所示:
图4.10 系统仿真参数设置
4.3 仿真结果
点击运行，查看示波器，波形如图4.11所示：
基于Matlab的光学衍射实验仿真 摘要 光学试验中衍射实验是非常重要的实验. 光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物时能够绕过障碍物的边缘前进的现象, 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据. 衍射系统一般有光源、衍射屏和接受屏组成, 按照它们相互距离的大小可将衍射分为两大类, 一类是衍射屏与光源和接受屏的距离都是无穷远时的衍射, 称为夫琅禾费衍射, 一类是衍射屏与光源或接受屏的距离为有限远时的衍射称为菲涅尔衍射。 本文用Matlab软件对典型的衍射现象建立了数学模型，对衍射光强分布进行了编程运算，对衍射实验进行了仿真。最后创建了交互式GUI界面，用户可以通过改变输入参数模拟不同条件下的衍射条纹。 本文对于衍射概念、区别、原理及光强分布编程做了详细全面的介绍 关键字：Matlab；衍射；仿真;GUI界面;光学实验
Matlab-based Simulation of Optical Diffraction Experiment Abstract Optical diffraction experiment is a very important experiment. is the diffraction of light propagation of light in the obstacles encountered in the process to bypass the obstacles when the forward edge of the phenomenon of light diffraction phenomenon of the wave theory of light provides a strong Evidence. diffraction systems generally have light, diffraction screen and accept the screen composition, size according to their distance from each other diffraction can be divided into two categories, one is the diffraction screen and the light source and the receiving screen is infinity when the distance between the diffraction Known as Fraunhofer diffraction, one is diffraction screen and the light source or accept a limited away from the screen when the diffraction is called Fresnel diffraction. In this paper, Matlab software on a typical phenomenon of a mathematical model of diffraction, the diffraction intensity distribution of the programming operation, the diffraction experiment is simulated. Finally, create an interactive GUI interface, users can change the input parameters to simulate different conditions of the diffraction pattern. This concept of the diffraction, difference, intensity distribution of programming principles and a detailed comprehensive description Key word: matlab；diffraction; simulation; gui interface; optical experiment
《工程光学》综合性练习一题目：基于matlab的干涉系统仿真 学院精密仪器与光电子工程学院 专业测控技术与仪器
综合练习大作业一 一、要求 3-4人组成小组，对下面给出的各题目利用Matlab等工具进行仿真。 二、仿真题目 1、对于杨氏双缝干涉，改变双缝的缝宽和缝间距，观察干涉图样变化 ①原理图 图中参数 光线波长：lam=500纳米； 双缝距离：d=0.1毫米；（可调） 双缝距接收屏距离：D=1米； 接收屏范围：xs：-0.005~0.005 ys：-0.005~0.005 光源振幅：AI=A2=1; （单位振幅，可调） ②matlab代码： clear; lam=500e-9; %设定波长lam（500纳米） d=0.5e-3; %设定两缝之间距离d（0.5毫米） D=1; %双缝到接收屏距离D（1米） A1=1; %初始两光源均为单位振幅 A2=1; xm=0.005; ym=xm; %接受屏的范围ym，xm(0.01*0.01矩形) n=1001; xs=linspace(-xm,xm,n); %用线性采样法生成两个一位数组xs，ys %（n为总点数） ys=linspace(-ym,ym,n); L1=sqrt((xs-d/2).^2+ys.^2+D^2);%光屏上点（xs,ys）距光源1距离r1 L2=sqrt((xs+d/2).^2+ys.^2+D^2);%光屏上点（xs,ys）距光源2距离r2 E1=A1./sqrt(L1).*exp(1i*L1*2*pi/lam);%光源1在接受屏上复振幅E1 E2=A2./sqrt(L2).*exp(1i*L2*2*pi/lam);%光源2在接受屏上复振幅E2 E=E1+E2; %复振幅叠加为合成振幅E
毕业设计(论文)开题报告题目：基于Matlab的物理光学实验仿真平台构建 院（系）光电工程学院 专业光信息科学与技术 班级120110 姓名闫武娟 学号120110127 导师刘王云 年月日
开题报告填写要求 1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。2．开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。3．开题报告字数应在1500字以上，参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少3篇），文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中《参考文献“注释格式”》的要求书写。 4．年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2005年11月26日”。
这些仿真平台的使用不仅方便了教学，而且也使学生更容易理解物理光实验的基本原理，加深对理论知识的理解与记忆。 2.课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法 2.1课题研究的主要内容 (1). 在光的干涉基本理论基础上，实现两束平面波、球面波的干涉实验，杨氏双缝和杨氏双孔干涉实验，平行平板的等倾干涉实验，楔形平板的等厚干涉实验，牛顿环干涉实验，迈克尔逊干涉实验以及平行平板的多光束干涉实验。 (2). 在菲涅尔衍射及夫琅和费衍射基本理论基础上，实现矩孔、单缝、圆孔、双缝、多缝、平面光栅及闪耀光栅的衍射实验。 2.2 研究方法及方案 物理光学实验可分为两大类：干涉与衍射。光的干涉有光源、干涉装置和干涉图形三个基本要素；衍射分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。光学领域的大部分图像及曲线分布都可以用MATLAB 软件加以计算和实现[16]， 以杨氏双缝干涉为例，简述实验方案 杨氏双缝干涉模型是典型的分波面干涉，其干涉装置图如图所示，用一个单缝与一个双缝，从同一波面上分出两个同相位的单色光，进而获得相干光源并观察分析干涉图样。 图1.1杨氏双缝干涉实验装置图 2.2.1数学建模 根据干涉的基本原理，点光源S 发出的光波经双缝分解为次波源S 1、S 2，这两个次波源发出的光波在空间相干叠加，继而在其后的接收屏形成一系列明暗相间的干涉条纹。 设入射光波波长为λ，两个次波源的强度相同，且间距为d （1）位相差的计算: 221)2 (y d x r ++ =222)2 - (y d x r +=（2.1） )(*12r r n -=?（2.2）
MATLAB在电力电子技术中的应用 目录 MATLAB在电力电子技术中的应用 (1) MATLAB in power electronics application (2) 目录 (4) 1绪论 (6) 1.1关于MATLAB软件 (6) 1.1.1MATLAB软件是什么 (6) 1.1.2MATLAB软件的特点和基本操作窗口 (7) 1.1.3MATLAB软件的基本操作方法 (10) 1.2电力电子技术 (12) 1.3MATLAB和电力电子技术 (13) 1.4本文完成的主要内容 (14) 2MATLAB软件在电路中的应用 (15) 2.1基本电气元件 (15) 2.1.1基本电气元件简介 (15) 2.1.2如何调用基本电器元件功能模块 (17) 2.2如何简化电路的仿真模型 (19) 2.3基本电路设计方法 (19) 2.3.1电源功能模块 (19) 2.3.2典型电路设计方法 (20) 2.4常用电路设计法 (21) 2.4.1ELEMENTS模块库 (21) 2.4.2POWER ELECTRONICS模块库 (22) 2.5MATLAB中电路的数学描述法 (22) 3电力电子变流的仿真 (25) 3.1实验的意义 (25) 3.2交流-直流变流器 (25)
3.2.1单相桥式全控整流电路仿真 (26) 3.2.2三相桥式全控整流电路仿真 (38) 3.3三相交流调压器 (53) 3.3.1无中线星形联结三相交流调压器 (53) 3.3.2支路控制三角形联结三相交流调压器 (59) 3.4交流-交流变频电路仿真 (64) 3.5矩阵式整流器的仿真 (67)
一、设计目的 通过运用MATLAB对函数进行Z域分析和单边带信号的调制与解调，使我们进一步加深对MATLAB的认识和运用，以实现以下目的： 1.本次试验进一步熟悉了MATLAB软件的使用方法及相关的操作。 2.对Z变换及其反变换函数在MATLAB中的调用有了掌握。 3.理论与实际的仿真相结合，更直观的看到结果。 4.观察了单边带信号调制与解调后的图像，加深认识。 二、设计原理 MATLAB是The MathWorks公司在1984年推出的一种商品化软件，它提供了大量丰富的应用函数，并且具有扩充的开放性结构。目前，该软件包涵盖了控制系统应用、数字信号处理、数字图像处理、通讯、神经网络、小波理论分析、优化与统计、偏微分方程、动态系统实时仿真等多学科专业领域。 其中单边带调制信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。根据方法的不同，产生单边带调制信号的方法有：滤波和相移法。 由于滤波法在技术上比较难实现所以在此我们将用相移法对单边带调制与解调系统进行讨论与设计。 三、设计内容和MATLAB图像
1、数字系统的响应 源代码如下： b=[0 1 2 1 0]; a=[1 -0.5 0 0.3 -0.005]; subplot(421);zplane(b,a); title('系统的零极点图'); subplot(422);impz(b,a,21); title('单位脉冲响应'); subplot(423);stepz(b,a,21); title('单位阶跃响应');
N=21;n=0:N-1; x=exp(-n); x0=zeros(1,N); y0=[1,-1]; xi=filtic(b,a,y0); y1=filter(b,a,x0,xi); xi0=filtic(b,a,0); y2=filter(b,a,x,xi0); y3=filter(b,a,x,xi); [h w]=freqz(b,a,21); subplot(424);stem(n,y1); title('零输入响应');grid on; subplot(425);stem(n,y2); title('零状态响应');grid on; subplot(426);stem(n,y3); title('系统的全响应');grid on; subplot(427);plot(w,abs(h)); title('幅频特性曲线');grid on; subplot(428);plot(w,angle(h)); title('相频特性曲线');grid on;
工程光学仿真实验报告 1、氏双缝干涉实验 （1）氏干涉模型 氏双缝干涉实验装置如图1所示: S 发出的光 波射到光屏上的两个小孔S1 和S2 , S1 和S2 相 距很近,且到S 等距;从S1 和S2 分别发散出的光 波是由同一光波分出来的,所以是相干光波,它们在距离光屏为D 的屏幕上叠加,形成一定的干涉图 样。 图1.1 氏双缝干涉 假设S 是单色点光源,考察屏幕上某一点P ,从S1 和S2 发出的光波在该点叠加 产生的光强度为: I = I1 + I2 + 2 I1 I2 cos δ （1-1） 式中, I1 和I2 分别是两光波在屏幕上的光强度, 若实验装置中S1 和S2 两个缝 大小相等, 则有 I1 = I2 =I0 （1-2） δ= 2π（r2 - r1）/λ（1-3） （1-3） 2221)2/(D y d x r +++= （1-4） 2222)2/(D y d x r ++-= （1-5） 可得 xd r r 22 122=- （1-6） 因此光程差：12r r -=? （1-7） 则可以得到条纹的强度变化规律- 强度分布公式： ]/)([cos 1220λπd r r I I -= （1-8） （2）仿真程序 clear; Lambda=650; %设定波长,以Lambda 表示波长 Lambda=Lambda*1e-9; d=input('输入两个缝的间距 )'); %设定两缝之间的距离,以d 表示两缝之间距离 d=d*0.001; Z=0.5; %设定从缝到屏幕之间的距离,用Z 表示
yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yMax; %设定y方向和x方向的围 Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);%产生一个一维数组ys,Ny是此次采样总点数 %采样的围从- ymax到ymax,采样的数组命名为ys %此数组装的是屏幕上的采样点的纵坐标 for i=1:Ny %对屏幕上的全部点进行循环计算,则要进行Ny次计算L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2); L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2); %屏上没一点到双缝的距离L1和L2 Phi=2*pi*(L2-L1)/Lambda; %计算相位差 B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2; %建立一个二维数组,用来装该点的光强的值 end%结束循环 NCLevels=255; %确定使用的灰度等级为255级 Br=(B/4.0)*NCLevels; %定标:使最大光强(4. 0)对应于最大灰度级(白色) subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br); %用subplot创建和控制多坐标轴 colormap(gray(NCLevels)); %用灰度级颜色图设置色图和明暗 subplot(1,4,2),plot(B(:),ys); %把当前窗口对象分成2块矩形区域 %在第2块区域创建新的坐标轴 %把这个坐标轴设定为当前坐标轴 %然后绘制以( b (: ) , ys)为坐标相连的线title('氏双缝干涉'); （3）仿真图样及分析 a)双缝间距2mm b)双缝间距4mm
MATLAB光学仿真实验报告
目录 一、实验目的 (3) 二、实验内容 (3) 三、实验原理 (3) 四.实验结果（各种干涉图样，） (4) 1.平面波与球面波之间的相互干涉 (4) （1）平面波与平面波方向相对的干涉 (4) （2）球面波与球面波 (5) （3）球面波与平面波 (6) 2.双缝干涉 (7) （1）经典杨氏双缝干涉 (7) （2）接收屏在侧面，且二者连线与干涉面垂直 (7) 3.多孔干涉 (8) （1）三孔干涉 (8) （2）四个孔干涉 (9) 4.多个不同方向的平面波 (10) 5.牛顿环与电磁波传播 (10) （1）牛顿环 (10) （2）模拟电磁波动画 (11) 五，实验总结与感想 (11)
一、实验目的 通过对光学现象的仿真，加深对各种光学现象本质的理解，同时，学会利用MATLAB，这种有效工具研究物理光学。 二、实验内容 这次由于时间关系，只研究了光的干涉现象，不过干涉内容很多，按照老师给的实验的提示内容，我每个都做了。并且自己还加了一些内容。按先后顺序非别如下： 1.平面波与球面波之间的相互干涉 （1）平面波与平面波方向相对的干涉，并且调整角度，方向相对干涉。 （2）球面波与球面波，这个研究的比较多，我分别研究了两个光源，三个，四个以及六个光源在与之共面的平面上的干涉，得到许多精美的图案。 （3）球面波与平面波 2.经典的杨氏双缝干涉 由于杨氏干涉比较重要，所以研究的时间相对较长，这个我为了更好的调整参数，采用了先输入数据的方法，之后才运行得到结果，我还增加了研究非单色光的研究。 另外，我还研究了与两个点光源连线相垂直的屏上的干涉，虽然这个不属于杨氏干涉，但是原理其实差不多。 3.多孔干涉 这部分其实原理差不多，只需要设置对参数。这部分分别研究了三孔和四孔的干涉，并且干涉屏的位置也不一样，分为与孔面平行和与孔面平行，总共四中情况，从中自己也找到了规律。 4.多个不同方向的平面波 这部分研究了三个不同方向的片面波与四个方向的平面波，从中得到一些图案，找到了规律。 5.模拟电磁波传播动画（代码借鉴一本参考书的）与牛顿环 为了加深对电磁波传播的理解，做了个模拟电磁波传播的动画，另外，还做了个牛顿环干涉。 三、实验原理 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
第一章课程设计内容及要求 1. 直流电动机的机械特性仿真； 2. 直流电动机的直接起动仿真； 3. 直流电动机电枢串联电阻启动仿真； 4. 直流电动机能耗制动仿真； 5．直流电动机反接制动仿真； 6. 直流电动机改变电枢电压调速仿真； 7. 直流电动机改变励磁电流调速仿真。 要求：编写M文件，在Simulink环境画仿真模型原理图，用二维画图命令画仿真结果图或用示波器观察仿真结果，并加以分析
第二章直流电动机的电力拖动仿真绘制 1）直流电动机的机械特性仿真 clear; U_N=220;P_N=22;I_N=115; n_N=1500;R_a=;R_f=628; Ia_N=I_N-U_N/R_f; C_EPhi_N=(U_N-R_a*Ia_N)/n_N; C_TPhi_N=*C_EPhi_N; Ia=0;Ia_N; n=U_N/C_EPhi_N-R_a/(C_EPhi_N)*Ia; Te=C_TPhi_N*Ia; P1=U_N*Ia+U_N*U_N/R_f; T2_N=9550*P_N/n_N; figure(1); plot(Te,n,'.-'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); ylim([0,1800]); figure(2); plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm');
hold on; R_c=0; for coef=1:;; U=U_N*coef; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('U=',num2str(U),'V'); s_y=1650*coef; text(50,s_y,str); end figure(3); n=U_N/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'rs'); xlabel('电磁转矩Te/'); ylabel('转矩n/rpm'); hold on; U=U_N;R_c=; for R_c=0::; n=U/C_EPhi_N-(R_a+R_c)/(C_EPhi_N*C_TPhi_N)*Te; plot(Te,n,'k-'); str=strcat('R=',num2str(R_c+R_a),'\Omega'); s_y=400*(4-R_c*; text(120,s_y,str);
西南科技大学 专业综合设计报告 课程名称：电子专业综合设计 设计名称：基于Matlab 的单边带调幅电路仿真 姓名： 学号: 班级：电子0902 指导教师：郭峰 起止日期：2012.11.1-2012.12.30 西南科技大学信息工程学院制
专业综合设计任务书学生班级：电子0902 学生姓名：邓彪学号：20095885 设计名称：基于Matlab 的单边带调幅电路仿真 起止日期：2012.11.1-2012.12.30指导教师：郭峰 专业综合设计学生日志
专业综合设计考勤表 专业综合设计评语表
基于Matlab的单边带调幅电路仿真 一、设计目的和意义 1．加深理解模拟线性单边幅度调制（SSB）的原理。 2．熟悉MATLAB相关函数的运用。 3．掌握参数设置方法和性能分析方法。 4．掌握产生单边调幅信号的方法和解调的原理。 5．通过利用MATLAB实现单边调幅信号的调制和解调了解相干解调的重要性。 二、设计原理 1．SSB调制原理 信号的调制主要是在时域上乘上一个频率较高的载波信号,实现频率的搬移,使有用信号容易被传播。单边带调幅信号可以通过双边带调幅后经过滤波器实现。 单边带调幅方式是指仅发送调幅信号上、下边带中的一个信号。 双边带信号两个边带中的任意一个都包含了调制信号频谱的所有频谱成分，因此仅传输其中一个边带即可。这样既节省发送功率，还可节省一半传输频带，这种方式称为单边带调制。 产生单边带调幅信号的方法有：滤波法、相移法。 2. 滤波法 滤波法产生SSB信号的模型如下图所示 图2.1 滤波法调制图 LPF、HPF需要理想的形式 ,但是实际上是做不到的 ,过渡带不可能是0。 因此需要采用多级调制[6]。
MATLAB基础与应用简明教程 张明等编著 北京航空航天大学出版社(2001.01) MATLAB软件环境是美国New Mexico大学的Cleve Moler博士首创的，全名为MATrix LABoratory（矩阵实验室）。它建立在20世纪七八十年代流行的LINPACK（线性代数计算）和ESPACK（特征值计算）软件包的基础上。LINPACK和ESPACK软件包是从Fortran语言开始编写的，后来改写为C语言，改造过程中较为复杂，使用不便。MA TLAB是随着Windows环境的发展而迅速发展起来的。它充分利用了Windows环境下的交互性、多任务功能语言，使得矩阵计算、数值运算变得极为简单。MA TLAB语言是一种更为抽象的高级计算机语言，既有与C语言等同的一面，又更为接近人的抽象思维，便于学习和编程。同时，它具有很好的开放性，用户可以根据自己的需求，利用MA TLAB提供的基本工具，灵活地编制和开发自己的程序，开创新的应用。 本书重点介绍了MA TLAB的矩阵运算、符号运算、图形功能、控制系统分析与设计、SimuLink仿真等方面的内容。 Chap1 MATLAB入门与基本运算 本章介绍MATLAB的基本概念，包括工作空间；目录、路径和文件的管理方式；帮助和例题演示功能等。重点介绍矩阵、数组和函数的运算规则、命令形式，并列举了可能得到的结果。由于MA TLAB的符号工具箱是一个重要分支，其强大的运算功能在科技领域有特殊的帮助作用。 1.1 MATLAB环境与文件管理 1.2 工作空间与变量管理 1.2.1 建立数据 x1=[0.2 1.11 3]; y1=[1 2 3;4 5 6]建立一维数组x1和二维矩阵y1。分号“；”表示不显示定义的数据。 MATLAB还提供了一些简洁方式，能有规律地产生数组： xx=1:10 %xx从1到10，间隔为1 xx=-2:0.5:1 %xx从-2到1，间隔为0.5 linespace命令等距离产生数组，logspace在对数空间中等距离产生数组。对于这一类命令，只要给出数组的两端数据和维数就可以了。 xx=linespace(d1,d2,n) %表示xx从d1到d2等距离取n个点 xx=logspace(d1,d2,n) %表明xx从10d1到10d2等距离取n个点 1.2.2 who和whos命令 who: 查看工作空间中有哪些变量名 whos: 了解这些变量的具体细节 1.2.3 exist命令 查询当前的工作空间内是否存在一个变量，可以调用exist()函数来完成。 调用格式：i=exist(…A?); 式中，A为要查询的变量名。返回的值i表示A存在的形式： i=1 表示当前工作空间内存在一个变量名为A的矩阵； i=2 表示存在一个名为A.m的文件； i=3 表示MATLAB的工作路径下存在一个名为A.mex的文件；
工程光学综合练习-----圆孔、矩孔的菲涅尔衍射模拟
圆孔和矩孔的菲涅尔衍射模拟 一、原理 由惠更斯-菲涅尔原理可知接收屏上的P点的复振幅可以表示为 其中为衍射屏上的复振幅分布， 为倾斜因子。根据基尔霍夫对此公式的 完善，有 设衍射屏上点的坐标为（x1, y1），接收屏上点的坐标为（x, y），衍射屏与接收屏间距离为z1，当满足菲涅尔近似条件时，即 此时可得到菲涅尔衍射的计算公式 把上式指数项中的二次项展开，并改写成傅里叶变换的形式，可以写成上式为菲涅尔衍射的傅里叶变换表达式，它表明除了积分号前面的一个与 x1、y1无关的振幅和相位因子外，菲涅尔衍射的复振幅分布是孔径平面的复振 幅分布和一个二次相位因子乘积的傅里叶变换。 相对于夫琅和费衍射而言，菲涅尔衍射的观察屏距衍射屏不太远。在菲涅尔衍射中，输入变量和输出变量分别为衍射孔径平面的光场分布和观察平面的光场 以及光强分布，考虑到这三个量都是二维分布,而且Matlab主要应用于矩阵数值运算,所以本程序选择用二维矩阵来存储衍射孔径平面和观察平面的场分布,并分别以矩阵的列数和行数来对应平面的直角坐标值(x, y)以及(x1, y1)。 二、圆孔菲涅尔衍射 用MATLAB分别构造表示衍射屏和接收屏的二维矩阵。注意使两矩阵阶次相同，考虑到运算量的要求，采样点数不能过多，所以每个屏的x和y方向各取200到300点进行运算。根据式（4），选取合适的衍射屏和接收屏尺寸和相距的
距离，模拟结果如下： 取典型的He-Ne激光器波长=632.8nm，固定衍射屏和接收屏尺寸和相距的 距离，分别取不同的圆孔半径，得到以下三组衍射图样，其圆孔半径分别为12mm，20mm，50mm 图 1（r=12mm） 图 2（r=20mm）
工程光学仿真实验报告1、杨氏双缝干涉实验 （1）杨氏干涉模型 屏 图 , 0（1-8） 2 1 （2）仿真程序 clear; Lambda=650; %设定波长,以Lambda表示波长 Lambda=Lambda*1e-9; d=input('输入两个缝的间距 )'); %设定两缝之间的距离,以d表示两缝之间距离 d=d*0.001; Z=0.5; %设定从缝到屏幕之间的距离,用Z表示 yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yMax; %设定y方向和x方向的范围
Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);%产生一个一维数组ys,Ny 是此次采样总点数 %采样的范围从- ymax 到ymax,采样的数组命名为ys %此数组装的是屏幕上的采样点的纵坐标 for i=1:Ny %对屏幕上的全部点进行循环计算,则要进行Ny 次计算 L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2); L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2); %屏上没一点到双缝的距离L1和L2 Phi=2*pi*(L2-L1)/Lambda; %计算相位差 B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2; %建立一个二维数组,用来装该点的光强的值 end %结束循环 NCLevels=255; %确定使用的灰度等级为255级 Br=(B/4.0)*NCLevels; %定标:使最大光强(4. 0)对应于最大灰度级(白色) subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br); %用subplot 创建和控制多坐标轴 colormap(gray(NCLevels)); %用灰度级颜色图设置色图和明暗 subplot(1,4,2),plot(B(:),ys); %把当前窗口对象分成2块矩形区域 %在第2块区域创建新的坐标轴 %把这个坐标轴设定为当前坐标轴 %然后绘制以( b (: ) , ys)为坐标相连的线 title('杨氏双缝干涉'); （3）仿真图样及分析 a)双缝间距2mm b)双缝间距4mm c)双缝间距6mm d)双缝间距8mm 图1.2改变双缝间距的条纹变化 由上面四幅图可以看出，随着双缝之间的距离增大，条纹边缘坐标减小，也就是条纹 间距减小，和理论公式d D e /λ=推导一致。如果增大双缝的缝宽，会使光强I 增加，能够 看到条纹变亮。 二、杨氏双孔干涉实验 1、杨氏双孔干涉 杨氏双孔干涉实验是两个点光源干涉实 验的典型代表。如图2所示。当光穿过这两个 离得很近小孔后在空间叠加后发生干涉, 并 在像屏上呈现出清晰的明暗相间的条纹。 由 于双孔发出的波是两组同频率同相位的球面 波, 故在双孔屏的光射空间会发生干涉。 于是, 在图2中两屏之间的空间里, 如果一点P 处于 两相干的球面波同时到达 波 峰 (或波谷)的位置, 叠加后振幅达到最高, 图2.1 杨氏双孔干涉 表现为干涉波的亮点; 反之, 当P 处处于一个球面波的波峰以及另一个球面波的波谷时候， 叠加后振幅为零，变现是暗纹。
S i m u l i n k仿真环境基础学习Simulink是面向框图的仿真软件。 7.1演示一个Simulink的简单程序 【例7.1】创建一个正弦信号的仿真模型。 步骤如下： (1)在MATLAB的命令窗口运行simulink命令，或单击工具栏中的图标，就可以打开Simulink模块库浏览器(SimulinkLibraryBrowser)窗口，如图7.1所示。
图7.1Simulink界面 (2)单击工具栏上的图标或选择菜单“File”——“New”——“Model”，新建一个名为“untitled”的空白模型窗口。 (3)在上图的右侧子模块窗口中，单击“Source”子模块库前的“+”(或双击Source)，或者直接在左侧模块和工具箱栏单击Simulink下的Source子模块库，便可看到各种输入源模块。 (4)用鼠标单击所需要的输入信号源模块“SineWave”(正弦信号)，将其拖放到的空白模型窗口“untitled”，则“SineWave”模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠标选中“SineWave”模块，单击鼠标右键，在快捷菜单中选择“addto'untitled'”命令，就可以将“SineWave”模块添加到untitled窗口，如图7.2所示。
(5) Scope ”模块(示波器)拖放到“untitled ”窗口中。 (6)在“untitled ”窗口中，用鼠标指向“SineWave ”右侧的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标拖向“Scope ”模块的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信号线连接，一个简单模型已经建成。如图7.3所示。 (7)开始仿真，单击“untitled ”模型窗口中“开始仿真”图标 ，或者选择菜单“Simulink ”——“Start ”，则仿真开始。双击“Scope ” 模块出现示波器显示屏，可以看到黄色的正弦波形。如图7.4所示。 图7.2Simulink 界面
信息科学 基于Matlab/Sim ulink的电工学电路仿真 朱霞清 （山东英才学院机械制造及其自动化工程学院，山东济南250104） 引言 目前,《电工学》课程所涉及的理论和技术应用十分广泛,发展迅速,并且日益渗透到其他学科领域,在我国社会主义现代化建设中具有重要的作用。《电工学》课程是高等学校工程类专业的一门技术基础课程,是我校面向机械制造、电气自动化、计算机信息技术、建筑工程等工科类专业开设的一门技术基础课程。这门课程知识覆盖面广,理论严密,逻辑性强,且有广阔的工程背景,其教学内容中有许多教学难点过于抽象,用传统的教学模式教师无法讲解清楚,学生也难以理解和接受。因此在电工学的教学过程中可以借助其他方式来加强教学效果。Matlab由于其本身具有的特点成为电类课程教学中的一个重要的工具。 1MA IAB简介 M ATLAB是Matrix Laboratory的缩写,其核心是一个基于矩阵运算的快速解释程序,它以交互式接受用户输入的各项指令,输出计算结果,它提供了一个开放式的集成环境,用户可以运行系统提供的大量的命令,包括数值计算和图形绘制等。Simulink是基于M ATLAB语言环境下的一个集成软件包,具有框图界面和交互仿真功能的动态系统建模、仿真和综合分析等功能。Simulink处理的系统包括:线性、非线性系统,离散、连续及混合系统,单任务、多任务离散事件系统,用户只需在Simulink提供的图形用户界面GUI上,对所需要的系统模块进行鼠标的简单拖拉操作,就可构造出复杂的仿真和分析模型。 M ATLAB提供很多工具箱,以MATLAB6.5为例,在电工学CAI中,分析和计算所要用到的Simulink工具库模块库集主要有: (1)Simulink库集;(2)PowerSystems库集(PSB);(3)Extra Simulink库集。 2电工学电路的仿真 2.1直流电路求解 利用Matlab分析电路时,应该首先对电路进行分析,列出电流方程和电压方程,然后将方程用矩阵形式表示,最后用Matlab求解矩阵的方法得到所求电流和电压。 如图所示,已知,,, ,,采用支路电流法列写支路电流方程和回路电压方程。 列出方程为: 上面这个三元一次方程组可以改写为下 面矩阵的形式 定义上面这个方程最左边这个矩阵为系 数矩阵A,第二个矩阵为电流矩阵I,右边这个矩 阵为U,因此可得到A.I=U,所以电流矩阵 I=A-1U。可在matlab窗口键入如下指令: < 用MATLAB实现杨氏双缝干涉实验仿真摘要： 实验室中，做普通光学实验，受到仪器和场所的限制；实验参数的改变引起干涉图样的改变不明显，难以体现实验的特征。本文利用MA TLAB仿真杨氏双缝干涉实验，创建用户界面，实现人机交互，输入不同实验参数，使干涉现象直观表现出来。 关键词： MATLAB；杨氏双缝干涉实验；用户界面设计；程序编写；仿真。 1. 引言： 在计算机迅猛发展的今天，光学实验的仿真越来越多的受科研工作者和教育工作者关注。其应用主要有两个方面：一是科学计算方面，利用仿真实验的结果指导实际实验，减少和避免贵重仪器的损害；二是在光学教学方面，将抽象难懂的光学概念和规律，由仿真实验过程直观的描述，使学生对学习感兴趣。在科学计算方面，国外的光学实验仿真是模拟设计和优化光学系统的过程中发展起来的，在这方面美国走在最前，其中最具代表性的是劳伦斯利和弗莫尔实验光传输模拟计算机软件Prop92及大型总体优化设计软件CHAINOP和PROPSUITE；另外法国也开发完成其具有自身特点的光传输软件Miro。在光学教学方面，国外已有相关的配有光盘演示光学实验的教材。我国用于科学研究的光学实验计算机数值仿真软件随开发较晚，但也已经取得了显著成绩。特别是1999年，神光——III原型装置TLL分系统集成实验的启动为高功率固体激光驱动器的计算机数值模拟的研究创造了条件。目前已基本完成SG99光传输模拟计算软件的开发，推出的标准版本基本能稳定运行。目前该软件已经应用于神光——III主机可行性论证的工作中。计算机仿真具有观测方便，过程可控等优点，可以减少系统对外界条件对实验本身的限制，方便设置不同的参数，借助计算机的高数运算能力，可以反复改变输入的实验条件系统参数，大大提高实验效率。MATLAB是MatlabWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。具有可扩展性，易学易用性，高效性等优势。 通过对目前计算机仿真光学实验的现状和相关研究的分析，本文将用Matlab 编程实现杨氏双缝干涉实验的仿真。利用Matlab GUI建立用户界面，实现人机 实验注意事项（必读） 1．没有弄清楚实验内容者，禁止接触实验仪器。 2．注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束，或借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损伤眼睛。 3．注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出，严禁接触电源输出和激光头的输入端，避免触电。 4．注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有光学元件（透镜、反射镜、分光镜等）的光学表面；特别是 在调整光路中，要避免手指碰到光学表面。 5．光学支架上的调整螺丝，只可微量调整。过度的调整，不仅损坏器材，且使防震功能大减。 6．实验完成后，将实验所用仪器摆放整齐，清理一下卫生。 Matlab数字衍射光学实验一 计算机仿真过程是以仿真程序的运行来实现的。仿真程序运行时，首先要对描述系统特性的模型设置一定的参数值，并让模型中的某些变量在指定的范围内变化，通过计算可以求得这种变量在不断变化的过程中，系统运动的具体情况及结果。仿真程序在运行过程中具有以下多种功能： 1）计算机可以显示出系统运动时的整个过程和在这个过程中所产生的各种现象和状态。具有观测方便，过程可控制等优点； 2）可减少系统外界条件对实验本身的限制，方便地设置不同的系统参数，便于研究和发现系统运动的特性； 3）借助计算机的高速运算能力，可以反复改变输入的实验条件、系统参数，大大提高实验效率。因此．计算机仿真具有良好的可控制性(参数可根据需要调整)、无破坏性(不会因为设计上的不合理导致器件的损坏或事故的发生)、可复现性(排除多种随机因素的影响，如温度、湿度等)、易观察性(能够观察某些在实际实验当中无法或者难以观察的现象和难以实现的测量，捕捉稍纵即逝的物理现象，可以记录物理过程的每一个细节)和经济性(不需要贵重的仪器设备)等特点。 Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了ToolBox(工具箱)的各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。Matlab的长处在于数值计算，能处理大量的数据，而且效率比较高。MathWorths公司在此基础上开拓了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，增强了Matlab的市场竞争力，使Matlab成为市场主流的数值计算软件。Matlab产品族支持概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。其主要功能有：数据分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统设计、数字图像信号处理、财务工程，建模、仿真、原型开发，应用开发，图形用户界面。 在光学仪器设计和优化过程中，计算机的数值仿真已经成为不可缺少的手段。通过仿真计算，可以大幅度节省实验所耗费的人力物力，特别是在一些重复实验工作强度较大且对实验器材、实验环境等要求较苛刻的情况下。如在大型激光仪器的建造过程中，结合基准实验的仿真计算结果可为大型激光器的设计和优化提供依据。仿真光学实验也可应用于基础光学教学。光学内容比较抽象，如不借助实验，很难理解，如光的干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射等。传统的光学实验需要专门的实验仪器和实验环境。其操作比较烦琐，误差大现象也不明显，对改变参数多次观察现象也多有不便。MATLAB是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。利用它对光学实验仿真可避免传统实验中的缺点，强大的功能使光学实验变得简便准确。基于MATLAB的科学可视化功能对光学仿真实验现象进行计算机模拟的效果更加准确明显。 1.实验目的: 掌握基本的Matlab编程语言，了解其编程特点；模拟几种常用函数，了解其编程过程及图像显示命令函数，掌握Matlab画图方法；通过设计制作一系列光学研究物体掌握其编程方法；掌握光波的matlab编程原理及方法，初步了解Matlab用matlab实现杨氏双缝干涉的实验仿真
Matlab数字衍射光学实验讲义(一)
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