正弦稳态电路的MATLAB／simulink仿真分析

    摘要：为了清楚直观地了解电路中电压电流的大小和相位关系，采用Matlab编程方法，Powergui分析方法和Fourier模块测量方法分别对一正弦稳态电路实例进行观测和仿真，仿真实验得到的电流波形图、相量图及测量数据三者非常一致且与电路理论相吻合。仿真结果表明：Matlab程序简洁，可读性强，且计算结果准确。同时它具有绘图方便和仿真实时、直观的优点，是分析电路理论值得采用的一款好工具。
关键词：稳态电路；MATLAB分析；电路模型；仿真参数

    电路理论中，对电路的分析计算提出了各种方法。但要用这些方法计算一些较为复杂的电路，传统的笔算方法不仅费时费力，且容易出现错误。因此，有必要引进计算机辅助分析。若用传统的计算机语言编写程序，对编程者的计算机语言、算法和数据结构等方面的知识要求较高，而且这些语言的变量类型中没有复数，使得操作者很难直接应用。而利用MATLAB的M文件求解电路方程，程序非常简洁，可读性强，且计算结果准确。同时MATLAB提供的simulink工具可以直接建立电路的仿真模型，可以非常直观地观察电路中的电流、电压和功率的波形，可以随意改变仿真参数且立即得到修改后的仿真结果。将MATLAB和电路教学密切结合，可以把师生从繁琐重复的劳动中解放出来，使他们把更多的时间用于对概念的思考与创造性思维方式的训练。即提高了他们的学习兴趣与热情，也大大提高了教学效率。

1 用MATLAB编程法分析电路
    如图1所示，已知us=7．07sin(314t)V，is=1．414sin(314t+30°)A，R1=R2=R4=2Ω，R3=2．5 Ω，C=0．01 F，L=0．01 H。求各支
路电流并作相量图和波形图。

    用回路电流法求解。从图1可以看出，i1、i2和i6分别是3个回路Ⅰ、Ⅱ和Ⅵ的回路电流，列方程得：
   
1．1 用MATLAB语言编程实现上述计算

    摘要：为了清楚直观地了解电路中电压电流的大小和相位关系，采用Matlab编程方法，Powergui分析方法和Fourier模块测量方法分别对一正弦稳态电路实例进行观测和仿真，仿真实验得到的电流波形图、相量图及测量数据三者非常一致且与电路理论相吻合。仿真结果表明：Matlab程序简洁，可读性强，且计算结果准确。同时它具有绘图方便和仿真实时、直观的优点，是分析电路理论值得采用的一款好工具。
关键词：稳态电路；MATLAB分析；电路模型；仿真参数

    电路理论中，对电路的分析计算提出了各种方法。但要用这些方法计算一些较为复杂的电路，传统的笔算方法不仅费时费力，且容易出现错误。因此，有必要引进计算机辅助分析。若用传统的计算机语言编写程序，对编程者的计算机语言、算法和数据结构等方面的知识要求较高，而且这些语言的变量类型中没有复数，使得操作者很难直接应用。而利用MATLAB的M文件求解电路方程，程序非常简洁，可读性强，且计算结果准确。同时MATLAB提供的simulink工具可以直接建立电路的仿真模型，可以非常直观地观察电路中的电流、电压和功率的波形，可以随意改变仿真参数且立即得到修改后的仿真结果。将MATLAB和电路教学密切结合，可以把师生从繁琐重复的劳动中解放出来，使他们把更多的时间用于对概念的思考与创造性思维方式的训练。即提高了他们的学习兴趣与热情，也大大提高了教学效率。

1 用MATLAB编程法分析电路
    如图1所示，已知us=7．07sin(314t)V，is=1．414sin(314t+30°)A，R1=R2=R4=2Ω，R3=2．5 Ω，C=0．01 F，L=0．01 H。求各支
路电流并作相量图和波形图。

    用回路电流法求解。从图1可以看出，i1、i2和i6分别是3个回路Ⅰ、Ⅱ和Ⅵ的回路电流，列方程得：
   
1．1 用MATLAB语言编程实现上述计算

1．2 绘制电流相量图和波形图
    在上一节的程序中，在计算各支路电流的表达式之后加一条绘制复数相量图的语句：compass([I1，I2，I3，I4，I5，I6])，就可以绘制出电流I1～I6的相量图，如图2所示。

    从图2可以清晰地看出各支路电流的幅值、初相角以及两个电流之间的相位差。I4与I2接近反相，I1与I3相位差近似60°。
    在上一节的程序中，在计算各支路电流的表达式之后加下面的一段程序，就可以绘制出电流i1～i6的波形图。

    运行程序，就可以绘制出电流i1(t)-i6(t)的波形图，如图3所示。