Matlab/Simulink仿真软件在电路分析教学中的应用

华玉明

摘 要 以具体实例讨论了Matlab/Simulink可视化仿真软件在电路分析教学中的应用，通过Matlab建立M文件编程和用Simulink仿真这二种方法进行仿真，激发学生的学习兴趣，增强教与学的互动性，提高教学质量，培养学生利用计算机分析和解决电路问题的能力。

关键词 Matlab/Simulink 电路分析 仿真

中图分类号：G642.3 文献标识码：A

0引言

电路分析是电气类工程技术人员必须掌握的一门重要基础理论课。在教学过程中，大多采用黑板板书加多媒体课件（Powerpoint）展示的方式授课，存在一定的问题，手工计算和绘制电流、电压等变化曲线，容易出错且费时。我们引入了电路仿真软件主要有Multisim、Proteus 、Matlab/Simulink等等，它们都具有各自的特点，但与Matlab/Simulink仿直软件相比，其它软件注重仿真结果，而可视化计算和仿真后的数据处理不如MATLAB方便。MATLAB/Simulink成为国际上最为流行的科学计算以及系统仿真领域的系统软件工具。下面以电阻电路、正弦稳态电路和动态电路为实例，我们在MATLAB R2014a集成环境的基础上，运用MATLAB的M文件编程计算和Simulink建立电路模型仿真分析这二种方法对电路进行分析。

1 Matlab在电路分析中的应用

1.1 Matlab在直流稳态电路中的分析方法

搭建好电路后，把Powergui电气系统仿真分析的图形用户接口加到电路中。根据题目已知条件，对各个电路元件进行参数设置，然后进行仿真，仿真结果可快速显示在三个Display模块中，数值显示器Display中显示的是电流测量模块（Current Measurement）测量的支路电流，测量结果与Matlab编程求法完全一致。在仿真过程中还可以改变电路结构和元件参数，然后对结果进行分析比较，得出实验结论。

1.2 Matlab在交流稳态电路中的分析方法

1.3 Matlab在动态电路中的分析方法

例3：电路如图4所示，在t<0，电容电压为零，t=0时电键K1闭合，在t=10秒时电键K2闭合，绘制电容电压uc（t）的波形图。已知：R1=12€%R，R2=8€%R，C=0.22F，US=100V。

（2）JSHSZJHYM2.m程序运行结果：电容电压uc（t）波形如图5所示。

以上编程利用三要素法求解和用plot（）函数绘图。

方法2：基于Simulink的建模仿真。

在命令窗口键入powerlib打开电力系统仿真模块，搭建电路的Simulink仿真模型，如图6所示。

它包括以下几个主要性模块：

（1）直流电压源模块，选择DC Voltage Source 模块，幅值为100V。

（2）电压测量模块，选择Voltage measurement模块。

（3）选择Breaker做电键K1，块参数（Block Parameters）设置为：初始状态0（Initial status 0）表示初始状态断开，开关动作时间设为t=0（Switching tims [0]）表示在t=0时K1=1闭合，外部（External）前面不要打勾，表示内部控制动作，合上表示1。同理，选择Breaker做电键K2，初始状态0（Initial status 0）表示初始状态断开，开关动作时间设为t=10（Switching tims [10]）表示在t=10秒时K2=1闭合。

（4）Powergui是电气系统仿真分析的图形用户接口，把它加到电路中。

（5）仿真时间设置为20秒。按菜单上仿真按钮（Run），双击示波器Scope1，可观察到与图5相同的波形，在仿真过程中可改变电路元件参数，对结果进行分析比较，得出实验结论。

2结语

利用Matlab强大的可视化计算功能、绘图非常方便及编程简单的特点，用来电路问题的求解，可通过Matlab的M文件编程和Simulink仿真模型来实现。通过Simulink来实现仿真免除了仿真者进行理论分析的繁重负担，不需要书写程序，通过简单直观的图形操作就可构造出复杂的系统，可随时改变电路结构和参数，实时和直观地显示电压和电流的波形和各种数据。但是当需要进行一定的理论分析时，就只能通过M文件来实现，它能反映编程者的分析、研究电路的思路和步骤，能避免繁琐的手工计算，绘图非常方便，这种方法更适合公式推导和精确计算，对编程者要求高。利用Matlab/Simulink仿真辅助教学，有利于学生对理论知识的理解，让学生重点放在分析问题和解决问题的能力上，提高了学习效率和学习的积极性，提高教学质量。也为后继课程的学习和毕业设计使用Matlab，编写自己的计算机程序打下良好的基础。

参考文献

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