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Simulink在RLC串联的动态电路分析中的应用
http://www.dykf.com  2014-5-11  电源开发网           ★★★

    RLC串联的动态电路是电路课程和电路实验教学中的重要内容。由于Matlab软件具有很强的数值运算、符号运算和绘图功能,以及丰富的库函数、工具箱和仿真模块,在动态电路的分析和仿真中得到了广泛的应用,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,其强大的数值计算功能建立在向量、数组和矩阵的基础上,输出结果易于可视化。这两个特点为电路的仿真分析提供了一个合适的语言平台。Simulink是Matlab的重要组件之一,它提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,无需书写大量的程序,只要通过简单直观的鼠标操作,就可以构造出复杂的仿真系统,从而提高了工作效率。

1 RLC串联的动态电路
    RLC串联的动态电路如图1所示。其中,以电源电压作为输入电压us(t),以电容端电压作为输出电压uc(t)。

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2 Simulink仿真模型
    根据RLC串联电路的微分方程,键入Simulink命令后,打开系统模型库,在新建模型窗口中直接加入所需要的模块,经模块连接后得RLC串联电路的仿真模型,如图2所示。其中,Step模块:设置Step Time为0;Gain模块:设置增益为1/LC;Gain1模块:设置增益为1/LC;Gain3模块:设置增益为R/C;Sum模块:设置List of signs为+--;To Workspace模块:将数据写入工作空间的变量中,配合Matlab绘图命令,绘制出响应曲线,其中Variable name为tout(输出变量名),Save format为Array。

d.JPG


    在Matlab命令窗口输入R,L,C的赋值语句,赋值后运行模型,双击Scope模块或用To Workspaee模块将数据写入工作空间的变量中。配合Matlab绘图命令,即可得到单位阶跃响应曲线。

3 仿真实验和结果
    (1)无阻尼
    在Matlab命令窗口输入R,L,C的赋值语句:当e.JPG,运行仿真模型,即可得到其单位阶跃响应曲线如图3所示。

f.JPG
    从图3可以看出,当时,其阶跃响应为等幅振荡曲线。
    (2)欠阻尼
    在Matlab命令窗口输入R,L,C的赋值语句:当
    g.JPG
    运行仿真模型,可得到其单位阶跃响应曲线如图4所示。

h.JPG

i.JPG
    从图4可以看出,当时,其阶跃响应为减幅振荡曲线。(3)临界阻尼
    在Matlab命令窗口输入R,L,C的赋值语句:当
    j.JPG
    运行仿真模型,可得到其单位阶跃响应曲线如图5所示。

k.JPG


    从图5可以看出,当时,其阶跃响应为非周期过程,不具有振荡性质,为单调上升曲线。
    (4)过阻尼
    在Matlab命令窗口输入R,L,C的赋值语句:当R=5 000 Ω,L=1 H,C=100e-6 F时,有,运行仿真模型,可得到其单位阶跃响应曲线如图6所示。从图6可看,当时,其阶跃响应也为单调上升曲线,但其上升斜率较临界阻尼慢。综上所述,通过建立RLC串联电路的Simulink仿真模型来改变R,L,C的值,以得到不同状态下单位阶跃响应曲线。从中看出,参数选择适中,可以兼顾系统的稳定性和快速性。

l.JPG

o.JPG

4 结语
    用Matlab提供的Simulink来建模、仿真,用鼠标拖拉模块图标来建模,其模型生成直观、简单,还可以在仿真时随时改变参数,并用Scope随时观察仿真波形,使得仿真更具有实时性、直观性。本文基于Sireulink建立了RLC串联的动态电路仿真模型,通过改变R,L,C的值,得到不同状态下的单位阶跃响应曲线。上述分析可看出,适中选择参数,以兼顾系统的稳定性和快速性,展示了方便灵活的动态仿真结果。

来源:电源技术应用  作者:王荔芳 周…  点击:  录入:admin
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