matlab課程設(shè)計(jì)--一階rc動(dòng)態(tài)電路特性分析

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院

2、 </p><p>　　題 目: 一階RC動(dòng)態(tài)電路特性分析 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　MATLAB軟件，電路基礎(chǔ)，通信原理基礎(chǔ)</p><p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><

3、p>　　選擇一個(gè)RC電路，確定電路元件參數(shù)，理論分析RC動(dòng)態(tài)電路特性；</p><p>　　繪制RC電路零輸入響應(yīng)中各電路元件的u(t),i(t),p(t)曲線；</p><p>　　繪制直流激勵(lì)的RC電路零狀態(tài)響應(yīng)中各電路元件的u(t),i(t),p(t)曲線；</p><p>　　繪制直流激勵(lì)的RC電路全響應(yīng)中各電路元件的u(t),i(t),p(t)曲線；

4、</p><p>　　繪制RC電路的沖激響應(yīng)中各電路元件的u(t),i(t),p(t)曲線；</p><p>　　繪制正弦激勵(lì)的RC電路零狀態(tài)響應(yīng)中各電路元件的u(t),i(t),p(t)曲線。</p><p><b>　　參考書(shū)：</b></p><p>　　[1] 周建興、豈興明等.《MATLAB從入門(mén)到精通》.人民

5、郵電出版社. 2009.10.</p><p>　　[2] 劉衛(wèi)國(guó).《MATLAB程序設(shè)計(jì)教程（第二版）》.中國(guó)水利水電出版社.2010</p><p>　　[3] 劉嵐、葉慶云等.《電路分析》.科學(xué)出版社.2012.9</p><p><b>　　時(shí)間安排：</b></p><p>　　1、理論講解，老師布置課程設(shè)計(jì)題

6、目，學(xué)生根據(jù)選題開(kāi)始查找資料；</p><p>　　2、課程設(shè)計(jì)時(shí)間為1周。</p><p>　?。?）確定技術(shù)方案、電路，并進(jìn)行分析計(jì)算， 時(shí)間1天；</p><p>　　（2）選擇元器件、安裝與調(diào)試，或仿真設(shè)計(jì)與分析，時(shí)間2天；</p><p>　?。?）總結(jié)結(jié)果，寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告，時(shí)間2天。</p><p>　　

7、指導(dǎo)教師簽名： 2013年 6 月 1 日</p><p>　　系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　Ab

8、stractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　2 MATLAB簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.1 MATLAB基本組成2</p><p>　　2.2 MATLAB應(yīng)用2</p><p>　　2.3 MATLAB使用命令3</p>&

9、lt;p>　　3 基于MATLAB的電路理論分析4</p><p>　　3.1 一階RC串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)4</p><p>　　3.2 直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)4</p><p>　　3.3 直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路全響應(yīng)5</p><p>　　3.4 一階RC串聯(lián)電路的沖激響應(yīng)5</p><

10、;p>　　3.5 正弦激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)6</p><p><b>　　4 仿真測(cè)試8</b></p><p>　　4.1一階RC串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)仿真曲線8</p><p>　　4.2直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)仿真曲線9</p><p>　　4.3一階RC串聯(lián)電路全響應(yīng)仿真曲線1

11、1</p><p>　　4.4一階RC串聯(lián)電路的沖激響應(yīng)仿真曲線12</p><p>　　4.5正弦激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)仿真曲線14</p><p><b>　　5 總結(jié)16</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><

12、;b>　　摘要</b></p><p>　　MATLAB具有功能強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能，通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)，可以學(xué)會(huì)正確使用這一強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件，同時(shí)可進(jìn)一步理解和消化書(shū)本知識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基于MATLAB的一階動(dòng)態(tài)電路特性分析。利用MATLAB完成RC串聯(lián)電路零輸入、直流激勵(lì)的零狀態(tài)、全響應(yīng)、沖激響應(yīng)和正弦激勵(lì)的零狀

13、態(tài)響應(yīng)的程序設(shè)計(jì)及波形分析。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成功完成了MATLAB仿真，將所學(xué)理論知識(shí)和仿真結(jié)合起來(lái)，更加熟練地掌握了RC一階動(dòng)態(tài)電路。</p><p>　　關(guān)鍵字：MATLAB；一階動(dòng)態(tài)電路。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　MATLAB has powerf

14、ul numerical calculation function, through the course design, you can learn the proper use of this powerful mathematical software, and can be further understood and digested book knowledge, enhance ability, flexibility i

15、n the use of the knowledge.</p><p>　　Design of the course content is based on MATLAB dynamic circuit characteristics of a first-order analysis. RC series circuit using MATLAB complete zero input, zero state

16、DC excitation, the whole response, impulse response and the zero-state response sinusoidal excitation program design and waveform analysis.</p><p>　　The experimental design successfully completed the MATLAB

17、simulation, will learn the theoretical knowledge and simulation combine more skillfully mastered the RC an order dynamic circuits.</p><p>　　Keywords: MATLAB；First Order Circuit.</p><p><b>

18、　　1 緒論</b></p><p>　　MATLAB具有功能強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算等功能，界面友好，可二次開(kāi)發(fā)，是應(yīng)用學(xué)科、計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、仿真、教學(xué)等領(lǐng)域不可缺少的基礎(chǔ)軟件。</p><p>　　本次MATLAB的課程設(shè)計(jì)的目的有三個(gè)：</p><p>　　首先是利用MATLAB進(jìn)行仿真研究一階RC電路的響應(yīng)狀況，主要內(nèi)容是研究一階RC串聯(lián)電

19、路中零輸入響應(yīng)、直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)、直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路全響應(yīng)、一階RC串聯(lián)電路的沖激響應(yīng)、正弦激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)的狀況，使得能夠直觀了解RC一階動(dòng)態(tài)電路的原理、圖像、性質(zhì)、變化趨勢(shì)和實(shí)用意義。</p><p>　　其次是為了讓自己熟練掌握MATLAB的基本使用方法，了解MATLAB的基本輸入語(yǔ)法，掌握其編程技巧，能靈活運(yùn)用MATLAB的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)及工具箱，簡(jiǎn)化自己大量繁雜的

20、數(shù)學(xué)運(yùn)算，使得能夠面對(duì)大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)會(huì)變得輕松和得心應(yīng)手。</p><p>　　最后是培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力，使我能靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，將理論與實(shí)際結(jié)合起來(lái)。</p><p>　　本次MATLAB的課程設(shè)計(jì)要求利用MATLAB畫(huà)出一階RC串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)、直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)、直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路全響應(yīng)、一階RC串聯(lián)電路的沖激響應(yīng)、正弦激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)

21、響應(yīng)的各電路元件的u(t),i(t),p(t)曲線。本MATLAB課程設(shè)計(jì)的意義是可讓實(shí)驗(yàn)者進(jìn)一步理解和消化書(shū)本知識(shí)，并能用所學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，以及培養(yǎng)查閱資料的習(xí)慣，訓(xùn)練和提高獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　2 MATLAB簡(jiǎn)介</p><p>　　2.1 MATLAB基本組成</p><p>　　MATLAB主要由MATLAB主程序、S

22、imulink動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)和MATLAB工具箱三大部分組成。其中MATLAB主程序包括MATLAB語(yǔ)言、工作環(huán)境、句柄圖形、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)和應(yīng)用程序接口五個(gè)部分；工具箱則是MATLAB的基本語(yǔ)句編寫(xiě)的各種子程序集和函數(shù)庫(kù)，用于解決某一方面的特定問(wèn)題或?qū)崿F(xiàn)某一類(lèi)的新算法，是開(kāi)放的，可以根據(jù)需要擴(kuò)充。 </p><p>　　MATLAB功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)。MATLAB軟件包括基本部分和專(zhuān)業(yè)擴(kuò)展兩大部分的功能。基本部分包

23、括：矩陣的運(yùn)算和各種變換；代數(shù)和超越方程的求解；數(shù)據(jù)處理和傅立葉變換；數(shù)值部分等等，可以充分滿足大學(xué)理工科本科的計(jì)算需要。擴(kuò)展部分稱(chēng)為工具箱。它實(shí)際上是用MATLAB的基本語(yǔ)句編程的各種子程序集，用于解決某一方面的專(zhuān)門(mén)問(wèn)題，或?qū)崿F(xiàn)某一類(lèi)的新算法。</p><p>　　被稱(chēng)為第四代編程語(yǔ)言的MATLAB最大的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔開(kāi)放的程序代碼和直觀實(shí)用的開(kāi)發(fā)環(huán)境。具體地說(shuō)MATLAB主要有以下特點(diǎn)： </p>

24、<p>　　(1)庫(kù)函數(shù)資源豐富 (2)語(yǔ)言精煉，代碼靈活</p><p>　　(3)運(yùn)算符多而靈活　 (4)面向?qū)ο?，控制功能?yōu)良</p><p>　　(5)程序設(shè)計(jì)自由 (6)圖形功能強(qiáng)大</p><p>　　(7)程序的兼容性好 (8)源代碼開(kāi)放 (9)形形色色的工具箱</p><p>　　2.2 MAT

25、LAB應(yīng)用</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用MATLAB對(duì)電路進(jìn)行分析，應(yīng)用步驟為：首先要建立電路的模型。然后把電路模型翻譯成為相應(yīng)的程序語(yǔ)言。在MATLAB中，分析電路可以按以下步驟進(jìn)行：</p><p><b>　　1)建立電路模型。</b></p><p>　　2)把電路模型用MATLAB語(yǔ)言描述。</p><p&g

26、t;　　3)設(shè)定時(shí)間的范圍與分度。</p><p>　　4)繪制波形曲線，得出仿真數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　5)分析仿真結(jié)果。</b></p><p>　　2.3 MATLAB使用命令</p><p>　　常用命令是在MATLAB命令窗口中直接鍵入并執(zhí)行，指令及其功能如下：</p><p&g

27、t;　　Clear：清除內(nèi)存中所有的或指定的變量和函數(shù) </p><p>　　cd ：顯示和改變當(dāng)前工作目錄 </p><p>　　clc ：擦除MATLAB工作窗口中所有顯示的內(nèi)容 </p><p>　　clf ：擦除MATLAB工作窗口中的圖形 </p><p>　　dir ：列出當(dāng)前或指定目錄中的文件清單 </p><

28、;p>　　disp ：在運(yùn)行中顯示變量或文字內(nèi)容 </p><p>　　echo ：控制運(yùn)行的文字命令是否顯示 </p><p>　　hold ：控制當(dāng)前的圖形窗口對(duì)象是否被刷新 </p><p>　　Home： 擦除命令窗口中的全部?jī)?nèi)容 </p><p>　　pack ：收集內(nèi)存碎片以擴(kuò)大內(nèi)存空間 </p><p&

29、gt;　　quit ：關(guān)閉并退出MATLAB </p><p>　　type ：顯示所指定文件的全部?jī)?nèi)容 </p><p>　　exit ：退出MATLAB</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)主要用到畫(huà)圖函數(shù)，現(xiàn)對(duì)畫(huà)圖函數(shù)相關(guān)命令詳解：</p><p>　　plot是繪制一維曲線的基本函數(shù)，可用它進(jìn)行畫(huà)圖。</p><p>　

30、　畫(huà)出多條曲線：plot(x, sin(x), x, cos(x));</p><p>　　改變顏色，在坐標(biāo)對(duì)后面加上相關(guān)字串：plot(x, sin(x), 'c', x, cos(x), 'g');</p><p>　　同時(shí)改變顏色及圖線型態(tài)，也在加相關(guān)字串：plot(x, sin(x), 'co', x, cos(x), 'g*

31、');</p><p>　　plot繪圖函數(shù)的參數(shù)：</p><p>　　黃色：y 黑色：k 白色：w 藍(lán)色：b 綠色：g 紅色：r 青色：c 紫色：m </p><p>　　點(diǎn)：. 圓：o 星：* 實(shí)線：- 點(diǎn)線：: 點(diǎn)虛線：-. 虛線：--</p><p>　　圖形完成后可用axis([xmin,xmax,y

32、min,ymax])函數(shù)來(lái)調(diào)整圖軸的范圍。</p><p>　　此外，MATLAB也可對(duì)圖形加上各種注解與處理：</p><p>　　xlabel('時(shí)間T'); % x軸注解 ylabel('U'); % y軸注解</p><p>　　title('標(biāo)題'); % 圖形標(biāo)題</p><

33、;p>　　legend('y = sin(x)','y = cos(x)'); % 圖形注解</p><p>　　grid on; % 顯示格線</p><p>　　subplotk可同時(shí)畫(huà)出數(shù)個(gè)小圖形于同一個(gè)視窗之中：</p><p>　　subplot(2,2,1); plot(x, sin(x));subplot(2,2,

34、2); plot(x, cos(x));</p><p>　　subplot(2,2,3); plot(x, sinh(x));subplot(2,2,4); plot(x, cosh(x));</p><p>　　MATLAB還有其他各種二維繪圖函數(shù)，以適合不同的應(yīng)用。</p><p>　　3 基于MATLAB的電路理論分析</p><p>

35、;　　本章主要介紹相關(guān)的電路知識(shí)和對(duì)電路進(jìn)行理論分析，以及根據(jù)題目要求闡述利用MATLAB仿真的步驟。</p><p>　　3.1 一階RC串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)</p><p>　　動(dòng)態(tài)電路換路后，在無(wú)外施激勵(lì)(輸入為零)情況下，僅由動(dòng)態(tài)元件初始儲(chǔ)能(初始狀態(tài))所產(chǎn)生的響應(yīng)稱(chēng)為零輸入響應(yīng)。</p><p>　　電路如圖3.1所示，起初讓開(kāi)關(guān)接在B端，使電容器處于穩(wěn)態(tài)，

36、讓電容C具有電壓u c(0－)=U0 , ic(0－)=0。在t = 0時(shí)電路換路，S由“B”置向“A ”，構(gòu)成了一階RC串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)的放電回路。</p><p>　　由KVL和元件伏安關(guān)系可解得：</p><p>　　即電容上的電壓為：，</p><p>　　電容(電阻)上的電流為： </p><p><b>　　電阻上的

37、電壓為： </b></p><p>　　電容上所發(fā)出的功率為：，</p><p>　　電阻上所消耗的功率為， 。</p><p>　　3.2 直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)</p><p>　　電路在零原始狀態(tài)下，僅由換路后在t大于0時(shí)外施激勵(lì)產(chǎn)生的響應(yīng)稱(chēng)為零狀態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　電路如圖3

38、.2所示，電容的初始狀態(tài)。在時(shí)刻，開(kāi)關(guān)S合上，電路接入直流電壓源。構(gòu)成了一個(gè)直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)的回路。經(jīng)計(jì)算，可得：</p><p>　　即電容上的電壓為：，</p><p>　　電容(電阻)上的電流為：，</p><p><b>　　電阻上的電壓為：，</b></p><p>　　電容上所消耗的功率為

39、：，</p><p>　　電阻上所消耗的功率為， 。</p><p>　　3.3 直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路全響應(yīng)</p><p>　　電路在外施激勵(lì)和動(dòng)態(tài)元件的初始儲(chǔ)能(初始狀態(tài))共同作用下產(chǎn)生的響應(yīng)稱(chēng)為全響應(yīng)。</p><p>　　電路如圖3.3所示，電容已經(jīng)充電且電容電壓，構(gòu)成非零初始狀態(tài)。在t=0時(shí)將開(kāi)關(guān)S閉合，直流電壓源作用于一階R

40、C電路，得到直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路全響應(yīng)電路。經(jīng)計(jì)算，可得：</p><p>　　電容上的電壓為，， </p><p>　　電容(電阻)上的電流為：，</p><p><b>　　電阻上的電壓為：，</b></p><p>　　電容上所消耗的功率為：</p><p>　　電阻上所消耗的功率為，

41、 。</p><p>　　3.4 一階RC串聯(lián)電路的沖激響應(yīng)</p><p>　　電路在單位沖激電壓或單位沖激電流激勵(lì)下的零狀態(tài)響應(yīng)稱(chēng)為單位沖激響應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)沖激響應(yīng)。</p><p>　　如圖3.4表示一個(gè)沖激電流激勵(lì)下的一階RC電路。</p><p>　　由于電容無(wú)初能，有，單位沖激電流流過(guò)電容支路，對(duì)電容充電，使電容電壓發(fā)生躍變，充電結(jié)束(

42、t=0+)時(shí)，電容電壓為：</p><p>　　當(dāng)時(shí)，，沖激電流源相當(dāng)于開(kāi)路，已經(jīng)充電的電容通過(guò)電阻放電。這時(shí)，電路是響應(yīng)是僅由非零初始狀態(tài)產(chǎn)生的零輸入響應(yīng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算可得：</p><p>　　整個(gè)時(shí)間域內(nèi)沖激響應(yīng)電容電壓為：</p><p><b>　　，其中。</b></p><p>　　電容(電阻)電流的沖激響應(yīng)：

43、</p><p><b>　　電阻上的電壓為：</b></p><p><b>　　電容上的功率為：</b></p><p><b>　　電阻上的功率為 。</b></p><p>　　3.5 正弦激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)</p><p>　　電

44、路如圖3.5所示，電容的初始狀態(tài)。在時(shí)刻，開(kāi)關(guān)S合上，電路接入外施激勵(lì)正弦電壓源，構(gòu)成了一個(gè)正弦激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路。由KVL及元件的伏安特性可列方程并解得：</p><p><b>　　電容電壓：</b></p><p><b>　　電容(電阻)電流：</b></p><p><b>　　電阻電壓：</

45、b></p><p><b>　　電容功率：</b></p><p><b>　　電阻功率：</b></p><p>　　構(gòu)造一個(gè)三角形，有：</p><p><b>　　4 仿真測(cè)試</b></p><p>　　本章闡述如何使用MATLAB進(jìn)行仿

46、真，包括一些關(guān)鍵代碼以及仿真結(jié)果。</p><p>　　4.1一階RC串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)仿真曲線</p><p><b>　　仿真步驟：</b></p><p>　　應(yīng)用MATLAB仿真的基本步驟如下：</p><p>　　第①步：確定電路元件參數(shù)，為了便于對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)設(shè)兩組參數(shù)，分別為：</p><

47、p>　　第一組： 第二組：</p><p>　　MATLAB相應(yīng)代碼：“U01=6;R1=6;C1=0.3;U02=3;R2=3;C2=0.3;%輸入給定參數(shù)”其中%號(hào)之后的文字為注解，下文同。</p><p>　　第②步：坐標(biāo)的起點(diǎn)、終點(diǎn)，間隔進(jìn)行設(shè)定，其代碼為：“t=[0:0.1:8];”</p><p>　　第③步：用MATLAB語(yǔ)言描述各各物理

48、量函數(shù)關(guān)系，其代碼為：</p><p>　　Uc1=U01*exp(-t/(R1*C1));Uc2=U02*exp(-t/(R2*C2)); %計(jì)算電容電壓值</p><p>　　Ur1=-U01*exp(-t/(R1*C1));Ur2=-U02*exp(-t/(R2*C2)); %計(jì)算電阻電壓值</p><p>　　I1=U01/R1*exp(-t/(R1*C1)

49、);I2=U02/R2*exp(-t/(R2*C2)); %計(jì)算電容或電阻的電流值(串聯(lián)I同)</p><p>　　Pc1=U01^2/R1*exp(-2*t/(R1*C1));Pc2=U02^2/R2*exp(-2*t/(R2*C2)); %計(jì)算電容發(fā)出功率值</p><p>　　Pr1=U01^2/R1*exp(-2*t/(R1*C1));Pr2=U02^2/R2*exp(-2*t/(

50、R2*C2)); %計(jì)算電阻消耗功率值</p><p>　　第④步：用畫(huà)圖函數(shù)subplot畫(huà)函數(shù)圖形。</p><p>　　第⑤步：用title、axis等函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行美化，使其成為完整的圖像。</p><p><b>　　2)仿真結(jié)果：</b></p><p>　　利用MATLAB畫(huà)圖，得到其波形如圖所示：<

51、/p><p><b>　　3)結(jié)果分析：</b></p><p>　　由于是零輸入響應(yīng)，故初始電壓為電容儲(chǔ)能后得到的電壓，電容、電阻的電壓參考方向相反，故它們的電壓圖像關(guān)于x軸對(duì)稱(chēng)，畫(huà)出的圖與理論相符。</p><p>　　電路為一階RC串聯(lián)電路，所以電路中電流相等，隨著時(shí)間推移，電阻做功，電流越來(lái)越小，最后趨于零。</p><

52、p>　　電路中只有電阻和電容，故電容發(fā)出的功率等原于電阻吸收的功率，畫(huà)出的圖像相同，與理論相符。</p><p>　　時(shí)間常數(shù)τ=RC，它反映一階RC電路放電快慢。τ越大，衰減越慢，放點(diǎn)過(guò)程越長(zhǎng)；τ越小，衰減越快，放點(diǎn)過(guò)程越短。圖中第一條曲線τ較大，所以衰減得也慢，與理論相符。</p><p>　　4.2直流激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)仿真曲線</p><p&

53、gt;<b>　　1)仿真步驟：</b></p><p>　　應(yīng)用MATLAB仿真的基本步驟如下：</p><p>　　第①步：確定電路元件參數(shù)，為了便于對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)設(shè)兩組參數(shù)，分別為：</p><p>　　第一組： 第二組：</p><p>　　MATLAB相應(yīng)代碼：“U01=6;R1=6;C1=0.3;U02

54、=3;R2=3;C2=0.3;%輸入給定參數(shù)”</p><p>　　第②步：坐標(biāo)的起點(diǎn)、終點(diǎn)，間隔進(jìn)行設(shè)定，其代碼為：“t=[0:0.1:8];”</p><p>　　第③步：用MATLAB語(yǔ)言描述各各物理量函數(shù)關(guān)系，其代碼為：</p><p>　　Uc1=U01*(1-exp(-t/(R1*C1)));Uc2=U02*(1-exp(-t/(R2*C2))); %計(jì)

55、算電容電壓值</p><p>　　Ur1=U01*exp(-t/(R1*C1));Ur2=U02*exp(-t/(R2*C2)); %計(jì)算電阻電壓值</p><p>　　I1=U01/R1*exp(-t/(R1*C1));I2=U02/R2*exp(-t/(R2*C2)); %計(jì)算電容或電阻的電流值(串聯(lián)I同)</p><p>　　Pc1=U01^2/R1*(exp

56、(-t/(R1*C1))-exp(-2*t/(R1*C1)));Pc2=U02^2/R2*(exp(-t/(R2*C2))-exp(-2*t/(R2*C2)));%計(jì)算電容消耗功率值</p><p>　　Pr1=U01^2/R1*exp(-2*t/(R1*C1));Pr2=U02^2/R2*exp(-2*t/(R2*C2)); %計(jì)算電阻消耗功率值</p><p>　　第④步：用畫(huà)圖函數(shù)s

57、ubplot畫(huà)函數(shù)圖形。</p><p>　　第⑤步：用title、axis等函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行美化，使其成為完整的圖像。</p><p><b>　　2)仿真結(jié)果：</b></p><p>　　利用MATLAB畫(huà)圖，得到其波形如圖所示：</p><p><b>　　3)結(jié)果分析：</b></p&

58、gt;<p>　　零狀態(tài)響應(yīng)充電過(guò)程中，電容電壓由無(wú)到有，最后充滿電后電容電壓為電源電壓。隨著時(shí)間的推移，電容充滿后電路中無(wú)電流。電容充滿電后，電路相當(dāng)于斷路，此時(shí)電阻分到的電壓為0。</p><p>　　從圖像可看到，曲線的變化趨勢(shì)與以上理論分析的結(jié)果基本吻合，故實(shí)驗(yàn)正確。</p><p>　　4.3一階RC串聯(lián)電路全響應(yīng)仿真曲線</p><p>&

59、lt;b>　　1)仿真步驟：</b></p><p>　　應(yīng)用MATLAB仿真的基本步驟如下：</p><p>　　第①步：確定電路元件參數(shù)，為了便于對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)設(shè)兩組參數(shù)，一組Us>Uo ,一組Us<Uo，具體設(shè)定為：</p><p>　　第一組： 第二組：</p><p>　　MATLAB相應(yīng)代碼：&

60、lt;/p><p>　　“U01=6;Us1=10;R1=6;C1=0.3;U02=6;Us2=3;R2=6;C2=0.3;”</p><p>　　第②步：坐標(biāo)的起點(diǎn)、終點(diǎn)，間隔進(jìn)行設(shè)定，其代碼為：“t=[0:0.1:8];”</p><p>　　第③步：用MATLAB語(yǔ)言描述各各物理量函數(shù)關(guān)系，其代碼為：</p><p>　　Uc1=(U01-

61、Us1)*exp(-t/(R1*C1))+Us1;Uc2=(U02-Us2)*exp(-t/(R2*C2))+Us1; %計(jì)算電容電壓值</p><p>　　Ur1=(Us1-U01)*exp(-t/(R1*C1));Ur2=(Us2-U02)*exp(-t/(R2*C2)); %計(jì)算電阻電壓值</p><p>　　I1=(Us1-U01)/R1*exp(-t/(R1*C1));I2=(U

62、s2-U02)/R2*exp(-t/(R2*C2)); %計(jì)算電容或電阻的電流值(串聯(lián)I同)</p><p>　　Pc1=Uc1.*I1;</p><p>　　Pc2=Uc2.*I2;%計(jì)算電容消耗功率值</p><p>　　Pr1=Ur1.*I1;</p><p>　　Pr2=Ur2.*I2; %計(jì)算電阻消耗功率值</p>&

63、lt;p>　　第④步：用畫(huà)圖函數(shù)subplot畫(huà)函數(shù)圖形。</p><p>　　第⑤步：用title、axis等函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行美化，使其成為完整的圖像。</p><p><b>　　2)仿真結(jié)果：</b></p><p>　　利用MATLAB畫(huà)圖，得到其波形如圖所示：</p><p><b>　　3)結(jié)果

64、分析：</b></p><p>　　τ越小對(duì)應(yīng)參數(shù)的波形衰減或遞增越快。當(dāng)Us>Uo時(shí)，Uc隨時(shí)間遞增，Ur隨時(shí)間遞減；而當(dāng)Us<Uo時(shí)恰好相反。Ur、Uc的圖像均呈現(xiàn)出兩種狀態(tài)曲線關(guān)于x軸對(duì)稱(chēng)，說(shuō)明與理論分析結(jié)果吻合。</p><p>　　全響應(yīng)可以理解為零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)的疊加，結(jié)合4.1與4.2的圖像，可知全響應(yīng)最終趨向結(jié)果會(huì)與零狀態(tài)響應(yīng)最終趨向結(jié)果相同，

65、I為0，P為0，實(shí)驗(yàn)圖像與理論同。</p><p>　　4.4一階RC串聯(lián)電路的沖激響應(yīng)仿真曲線</p><p><b>　　1)仿真步驟：</b></p><p>　　應(yīng)用MATLAB仿真的基本步驟如下：</p><p>　　第①步：確定電路元件參數(shù)，為了便于對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)設(shè)兩組參數(shù)，為：</p><

66、p>　　第一組： 第二組：</p><p>　　MATLAB相應(yīng)代碼：</p><p>　　“R1=6;C1=0.3; R2=3;C2=0.5; ”</p><p>　　第②步：坐標(biāo)的起點(diǎn)、終點(diǎn)，間隔進(jìn)行設(shè)定，其代碼為：“t=[0:0.1:8];”</p><p>　　第③步：用MATLAB語(yǔ)言描述各各物理量函數(shù)關(guān)系，其代碼為：

67、</p><p>　　Uc1=1/(R1*C1)*exp(-t/(R1*C1));Uc2=1/(R2*C2)*exp(-t/(R2*C2));%電容電壓值</p><p>　　Ur1=-Uc1;Ur2=-Uc2; %計(jì)算電阻電壓值</p><p>　　I1=-1/(R1^2*C1)*exp(-t/(R1*C1));I2=-1/(R2^2*C2)*exp(-t/(R2

68、*C2));</p><p>　　Pc1=Uc1.*I1;Pc2=Uc2.*I2;%計(jì)算電容消耗功率值</p><p>　　Pr1=Ur1.*I1;Pr2=Ur2.*I2; %計(jì)算電阻消耗功率值</p><p>　　第④步：用畫(huà)圖函數(shù)subplot畫(huà)函數(shù)圖形。</p><p>　　第⑤步：用title、axis等函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行美化，使其成為完

69、整的圖像。</p><p><b>　　2)仿真結(jié)果：</b></p><p>　　利用MATLAB畫(huà)圖，得到其波形如圖所示：</p><p><b>　　3)結(jié)果分析：</b></p><p>　　沖激響應(yīng)電路的激勵(lì)為沖擊函數(shù)。理論上隨時(shí)間推移，電路中Ur、Uc、Pr、Pc、I均會(huì)趨于0。由圖像可

70、知電容電阻的電壓、電流值不斷趨于0，與理論相符。</p><p>　　4.5正弦激勵(lì)的一階RC串聯(lián)電路零狀態(tài)響應(yīng)仿真曲線</p><p><b>　　1)仿真步驟：</b></p><p>　　應(yīng)用MATLAB仿真的基本步驟如下：</p><p>　　第①步：確定電路元件參數(shù)：</p><p>　

71、　MATLAB相應(yīng)代碼：</p><p>　　“Um=1.5;w=pi;R=4;C=0.3;h=atan(w*C*R);z=sqrt((w*R*C)^2+1);%輸入給定參數(shù)”</p><p>　　第②步：坐標(biāo)的起點(diǎn)、終點(diǎn)，間隔進(jìn)行設(shè)定，其代碼為：“t=[0:0.1:8];”</p><p>　　第③步：用MATLAB語(yǔ)言描述各各物理量函數(shù)關(guān)系，其代碼為：</

72、p><p>　　Us=Um*cos(w*t+pi/2);%正弦激勵(lì)電壓源</p><p>　　Uc=Um/z*cos(w*t+pi/2-h)-Um/z*cos(pi/2-h)*exp(-t/(R*C));%電容電壓</p><p>　　Ur=1/(R*C)*Um/z*cos(pi/2-h)*exp(-t/(R*C))-Um*sin(h)*sin(w*t+pi/2-h);

73、%電阻電壓</p><p>　　I=Ur/R;%電路電流</p><p>　　Pc=Uc.*I;%電容功率</p><p>　　Pr=I.^2*R;%電阻功率</p><p>　　第④步：用畫(huà)圖函數(shù)subplot畫(huà)函數(shù)圖形。</p><p>　　第⑤步：用title、axis等函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行美化，使其成為完整的圖像。&

74、lt;/p><p><b>　　2)仿真結(jié)果：</b></p><p>　　利用MATLAB畫(huà)圖，得到其波形如圖所示：</p><p><b>　　3)結(jié)果分析：</b></p><p>　　激勵(lì)源為正弦激勵(lì)，圖中Us為激勵(lì)源，圖像為正弦圖像，與理論相符。</p><p>　　隨

75、著時(shí)間的增長(zhǎng)，一般經(jīng)歷3τ~5τ的時(shí)間。電路過(guò)渡過(guò)程結(jié)束，電路進(jìn)入正弦穩(wěn)態(tài)。觀察Uc、I的圖像，最后也趨于正弦穩(wěn)態(tài)，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)是合理的，與理論相符。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅讓我學(xué)會(huì)了使用MATLAB，還使我對(duì)電路知識(shí)的掌握更牢固。通過(guò)對(duì)問(wèn)題的思考、解決，極大地鍛煉了我的動(dòng)手能力。這次課程設(shè)計(jì)，讓我知道了光

76、是做題是不夠的，關(guān)鍵要?jiǎng)邮纸鉀Q一個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題才能真正理解知識(shí)。此外，還增強(qiáng)了我動(dòng)手查資料的能力，豐富了我的思維，學(xué)到了很多在課本中無(wú)法學(xué)到的知識(shí)，認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)際結(jié)合的重要性。</p><p>　　關(guān)于MATLAB，我的收獲是了解了整個(gè)軟件的功能，知道了借助工具解決問(wèn)題的重要性。MATLAB非常強(qiáng)大，我現(xiàn)在需要用的、會(huì)用的功能只是很小一部分。這次課程設(shè)計(jì)也大大激發(fā)了我對(duì)此軟件的興趣，相信自己將來(lái)會(huì)對(duì)MATLAB的

77、使用更加的熟練。</p><p>　　存在的不足有：由于自己對(duì)電路的一些理論還理解得不是很透徹，所以對(duì)于用MATLAB仿真后的結(jié)果進(jìn)行理論分析還做不到完全，甚至不知從哪入手。</p><p>　　最后，我最大的收獲是學(xué)到了一種新的學(xué)習(xí)方法，就是通過(guò)圖書(shū)館、互聯(lián)網(wǎng)收集資料，系統(tǒng)整理，得到自己所需的東西。這種學(xué)習(xí)方法我相信肯定對(duì)我將來(lái)學(xué)習(xí)任何其它知識(shí)都是用的。</p><p

78、><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周建興、豈興明等.《MATLAB從入門(mén)到精通》.人民郵電出版社. 2009.10.</p><p>　　[2] 劉嵐、葉慶云等.《電路分析》.科學(xué)出版社.2012.9</p><p>　　[3] 劉衛(wèi)國(guó).《MATLAB程序設(shè)計(jì)教程（第二版）》.中國(guó)水利水電出版社.2010<