动态电路的计算机分析
Matlab语言是一种应用于科学与工程计算的高级语言，它主要应用于工程计算和图形处理等学科，编程效率非常高。用Matlab语言进行电路的分析计算与仿真，快捷高效，能够使复杂的数学计算简单化，而且它的绘图函数能够完成计算结果可视化。 M000111
C++是一种广泛使用的计算机程序设计语言。它语言风格容易让人接受理解，更具人性化。
在本文中，使用Matlab强大的计算、绘图功能和C++编程，可以实现一阶、二阶动态电路仿真，很容易。写一个程序使用与思想一致的步骤手工计算模式，了解和掌握更容易。动态电路包含一阶动态电路和二阶动态电路，本文主要是基于一阶RL、RC动态电路和二阶RLC串联电路，然后编写Matlab程序和C++程序分别进行仿真分析，最后由计算机算出结果并绘出过渡电流和电压图。
关键词:Matlab C++ 动态电路 仿真分析
Matlab simulation of Dynamic circuit
Matlab language is a high-level language used in science and engineering calculation, it is mainly used in engineering disciplines such as computing and graphics processing, programming efficiency is very high.Circuit analysis and calculation and simulation with Matlab language, quickly and efficiently, can simplify complicated mathematical calculation, and it is able to complete the drawing functions results visualization.
C++ is a widely used computer programming language.Its language style is easy to be accepted understanding, more human.
In this article, using the powerful calculation and drawing function of Matlab and C++ programming, can realize simulation of first-order and second-order dynamic circuit, very easy.Write a program to use manual calculation is consistent with the idea of step mode, more easy to understand and grasp.Dynamic circuit includes a first order dynamic circuit and second-order dynamic circuit, this paper is based on the first-order dynamic circuit and RL, RC second-order RLC series circuit, and then write a simulation analysis with Matlab and C++ program respectively, finally the calculated results by computer and draw transient current and voltage.
Key words: Matlab;dynamic circuit;simulation
目 录
第一章 引言 …………………………………………………………………………1
1.1课题背景……………………………………………………………………………
1.2研究的主要内容……………………………………………………………………2
第二章 Matlab概述……………………………………………………‥…………‥1
2.1 Matlab的特点 ……………………………………………………………………1
2.2 Matlab语言的风格 ………‥……………………………………………………2
2.2.1MATLAB的运行环境与安装…………………………………………………3
2.2.2MATLAB集成环境……………………………………………………………4
2.3 Matlab程序结构 …………………………………………………………………6
第三章 一阶RL、RC动态电路的Matlab与C++仿真分析…………‥……‥8
3.1动态电路分析的基本方法和定理…………………………………………………8
3.1.1一阶电路零输入响应………………………………………………………9
3.1.2一阶电路零状态响应………………………………………………………10
3.1.3一阶电路全响应……………………………………………………………10
3.2 一阶动态电路的Matlab仿真 ……………………………………………………10
3.2.1一阶电路的算法…………………………………………………‥‥…‥10
3.2.2用Matlab仿真与分析 ……………………………………………………12
3.2.3仿真图形与分析结果………………………………………………………13
3.3一阶RL、RC电路的C++仿真 ……………………………………………………14
3.3.1 用C++编程分析……………………………………………………………14
3.3.2仿真与分析结果……………………………………………………………15
第四章 二阶RLC动态电路的Matlab与C++仿真分析 ………………………16
4.1二阶RLC串联电路动态过程………………………………………………………16
4.1.1二阶电路算法………………………………………………………………16
4.1.2Matlab程序设计……………………………………………………………20
4.1.3仿真结果与分析……………………………………………………………22
4.2二阶RLC串联电路的C++分析 ……………………………………………………23
4.2.1算法说明……………………………………………………………………23
4.2.2直流分析与正弦分析结果…………………………………………………26
第五章 结束语 ………………………………………………………………………‥27
参考文献………………………………………………………………………………‥‥28
致谢 …………………………………………………………………………………………29
第一章 引言
1.1课题背景
动态电路是指含有动态元件（电容或电感）的电路。它的一个主要特征是当电路中元件参数发生变化时或电路结构改变时，原来的电路工作状态发生改变，把从这种状态转变为另外一个状态的过程称为过渡过程。
电路理论是电子科学与技术专业中一门重要的基础理论课程，它为我们学习电子信息工程中其他专业课程打下了深厚的基础，是一种专业能力的体现。在现代的电路系统中，电路的规模日益庞大，集成度相当高，其中的线路系统也是及其复杂多变的。目前相量分析法、海氏分析法、拉普拉斯变换法这三种方法是解决复杂线性动态电路的主要方法，每一种方法虽然都有其自身的优缺点,但都有其局限性。
在动态电路分析中主要是建立高阶微分方程，但人为手工求解非常复杂，需要耗费大量的时间和精力，而且只能计算得到解析解，对于我们观察电路响应的动态变化过程十分不方便。面对这种复杂的电路，一种新的分析方法应运而生——计算机辅助分析法。目前，Matlab和C++是我们分析动态电路的计算机辅助软件。
计算机对复杂电路的辅助分析主要是利用计算机代替手工对电路进行分析。用计算机进行电路分析时，一般需要根据电路中的要求编制程序，让计算机执行，从而解决问题。在电路仿真分析时，我们需要向计算机输入电路的拓扑结构信息、电路中所包含的元器件和它们的值。最后，由计算机代替人脑根据编写好的的程序和输入的数据自动生成电路方程组进行计算求解。
本文主要是利用Matlab和C++软件对动态电路进行仿真分析，使动态电路分析结果直观可视，从而让我们可以更好地对动态电路的过渡过程特别是线性动态电路的过渡过程进行理解。
1.2研究的主要内容
（1）动态电路分析：对一阶RL、RC电路过渡过程的分析写出算法、根据算法编写源程序，最后通过具体电路仿真分析；对二阶动态电路RLC电路过渡过程的分析写出算法、根据算法编写源程序，最后通过具体电路仿真分析。
（2）Matlab编程：用Matlab软件编写一阶、二阶动态电路的源程序，并且通过例题计算分析，显示其在电路辅助分析中的优势。
（3）C++编程：通过C++软件编写一阶和二阶动态电路的源程序，然后通过例题分析计算结果，程序更加人性化，操作快捷方便，结果精确，说明计算机辅助分析具有其他方法无可取代的优势。
第二章Matlab概述
2.1 Matlab语言的特色
Matlab直接面向科学与工程计算，其语言风格接近数学形式，因此比其他高级语言更加接近手工书写计算公式的思维方式，编写简单，效率较高。函数是Matlab语言中最重要的概念。一个函数由函数名、输入变量和输出变量组成，而且对于同意函数名，如果输入变量个数不同，或输入变量个数不同，都会代表不同的含义。因此，Matlab编写的M文件简单、短小而高效，库函数功能更丰富，大大减少了所需的磁盘空间。
Matlab是基于矩阵运算的，其基本数据结构是矩阵，规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组运算中。它不需要定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便。
Matlab语言是解释执行的语言。它把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以致语义错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度。
2.1.1 MATLAB6.5安装的系统需要如下：
（1）处理器：PC机芯片采用Intel的Pentium III处理器。
（2）操作系统：Windows操作系统包括Windows 2000、WindowsXP等。
（3）全部安装该软件所需的硬盘空间最好不低于1000MB。
（4）光驱：CD-ROM 驱动器。
（5）RAM：采用256MB RAM。
（6）8位图形适配器与显示器（支持256色以上）。
2.1.2 MATLAB集成环境
1．MATLAB系统的启动
有如下几种方法可用于启动MATLAB6.5软件：
(1)双击桌面上的MATLAB6.5快捷图标。
(2)从“开始”菜单的“程序”子菜单中的“MATLAB6.5”项目组中，单击“MATLAB6.5”。
(3)在MATLAB6.5目录中搜索到可执行程序matlab.exe，双击该程序使之启动。
启动MATLAB后，将进入MATLAB 6.5集成环境。MATLAB 6.5窗口环境包括指令窗口(Command Window)、指令历史记录窗口(Command History)、当前路径选择窗口(Current Directory)、快速定位文件夹(Launch Pad)和工作台窗口(Workspace)。
2．MATLAB软件退出，常见以下3种方法：
(1) 同时按下键盘上的Ctrl+Q键。
(2) 在命令窗口中输入exit，或quit，按enter键退出软件。
(3) 单击窗口右上方的“关闭”按钮。
2.2 Matlab程序结构
Matlab语言具有以下三种最基本的程序结构：
1.顺序结构
顺序结构的程序语句执行是线性的，从上至下。
2. 循环结构
for-end循环
在程序设计中，当循环执行的步数为一定时，用for-end循环比较方便。
for-end循环的一般格式：
for i=m：s：n
语句体
End
在上面的格式中，s步长，它可以是正整数、负整数、小数，当步长是1时可以缺省。m为初值，n为终值。i为循环变量。
3. 选择结构
if-else-end结构
条件语句是常用的分支结构。if-else-end的格式可分为三种情况：
（1）最简单的if-end结构是：
if 逻辑表达式
语句体
end
在执行上面的语句时，计算机分析if后面的逻辑表达式，表达式为1，执行语句体；表达式为0，直接跳转执行end后的语句。
（2）若有两个选择，则if-else-end结构（见图2.1）是：
if 逻辑表达式
语句体A
else
语句体B
End 查看完整请+Q:351916072获取
C++是一种广泛使用的计算机程序设计语言。它语言风格容易让人接受理解，更具人性化。
在本文中，使用Matlab强大的计算、绘图功能和C++编程，可以实现一阶、二阶动态电路仿真，很容易。写一个程序使用与思想一致的步骤手工计算模式，了解和掌握更容易。动态电路包含一阶动态电路和二阶动态电路，本文主要是基于一阶RL、RC动态电路和二阶RLC串联电路，然后编写Matlab程序和C++程序分别进行仿真分析，最后由计算机算出结果并绘出过渡电流和电压图。
关键词:Matlab C++ 动态电路 仿真分析
Matlab simulation of Dynamic circuit
Matlab language is a high-level language used in science and engineering calculation, it is mainly used in engineering disciplines such as computing and graphics processing, programming efficiency is very high.Circuit analysis and calculation and simulation with Matlab language, quickly and efficiently, can simplify complicated mathematical calculation, and it is able to complete the drawing functions results visualization.
C++ is a widely used computer programming language.Its language style is easy to be accepted understanding, more human.
In this article, using the powerful calculation and drawing function of Matlab and C++ programming, can realize simulation of first-order and second-order dynamic circuit, very easy.Write a program to use manual calculation is consistent with the idea of step mode, more easy to understand and grasp.Dynamic circuit includes a first order dynamic circuit and second-order dynamic circuit, this paper is based on the first-order dynamic circuit and RL, RC second-order RLC series circuit, and then write a simulation analysis with Matlab and C++ program respectively, finally the calculated results by computer and draw transient current and voltage.
Key words: Matlab;dynamic circuit;simulation
目 录
第一章 引言 …………………………………………………………………………1
1.1课题背景……………………………………………………………………………
1.2研究的主要内容……………………………………………………………………2
第二章 Matlab概述……………………………………………………‥…………‥1
2.1 Matlab的特点 ……………………………………………………………………1
2.2 Matlab语言的风格 ………‥……………………………………………………2
2.2.1MATLAB的运行环境与安装…………………………………………………3
2.2.2MATLAB集成环境……………………………………………………………4
2.3 Matlab程序结构 …………………………………………………………………6
第三章 一阶RL、RC动态电路的Matlab与C++仿真分析…………‥……‥8
3.1动态电路分析的基本方法和定理…………………………………………………8
3.1.1一阶电路零输入响应………………………………………………………9
3.1.2一阶电路零状态响应………………………………………………………10
3.1.3一阶电路全响应……………………………………………………………10
3.2 一阶动态电路的Matlab仿真 ……………………………………………………10
3.2.1一阶电路的算法…………………………………………………‥‥…‥10
3.2.2用Matlab仿真与分析 ……………………………………………………12
3.2.3仿真图形与分析结果………………………………………………………13
3.3一阶RL、RC电路的C++仿真 ……………………………………………………14
3.3.1 用C++编程分析……………………………………………………………14
3.3.2仿真与分析结果……………………………………………………………15
第四章 二阶RLC动态电路的Matlab与C++仿真分析 ………………………16
4.1二阶RLC串联电路动态过程………………………………………………………16
4.1.1二阶电路算法………………………………………………………………16
4.1.2Matlab程序设计……………………………………………………………20
4.1.3仿真结果与分析……………………………………………………………22
4.2二阶RLC串联电路的C++分析 ……………………………………………………23
4.2.1算法说明……………………………………………………………………23
4.2.2直流分析与正弦分析结果…………………………………………………26
第五章 结束语 ………………………………………………………………………‥27
参考文献………………………………………………………………………………‥‥28
致谢 …………………………………………………………………………………………29
第一章 引言
1.1课题背景
动态电路是指含有动态元件（电容或电感）的电路。它的一个主要特征是当电路中元件参数发生变化时或电路结构改变时，原来的电路工作状态发生改变，把从这种状态转变为另外一个状态的过程称为过渡过程。
电路理论是电子科学与技术专业中一门重要的基础理论课程，它为我们学习电子信息工程中其他专业课程打下了深厚的基础，是一种专业能力的体现。在现代的电路系统中，电路的规模日益庞大，集成度相当高，其中的线路系统也是及其复杂多变的。目前相量分析法、海氏分析法、拉普拉斯变换法这三种方法是解决复杂线性动态电路的主要方法，每一种方法虽然都有其自身的优缺点,但都有其局限性。
在动态电路分析中主要是建立高阶微分方程，但人为手工求解非常复杂，需要耗费大量的时间和精力，而且只能计算得到解析解，对于我们观察电路响应的动态变化过程十分不方便。面对这种复杂的电路，一种新的分析方法应运而生——计算机辅助分析法。目前，Matlab和C++是我们分析动态电路的计算机辅助软件。
计算机对复杂电路的辅助分析主要是利用计算机代替手工对电路进行分析。用计算机进行电路分析时，一般需要根据电路中的要求编制程序，让计算机执行，从而解决问题。在电路仿真分析时，我们需要向计算机输入电路的拓扑结构信息、电路中所包含的元器件和它们的值。最后，由计算机代替人脑根据编写好的的程序和输入的数据自动生成电路方程组进行计算求解。
本文主要是利用Matlab和C++软件对动态电路进行仿真分析，使动态电路分析结果直观可视，从而让我们可以更好地对动态电路的过渡过程特别是线性动态电路的过渡过程进行理解。
1.2研究的主要内容
（1）动态电路分析：对一阶RL、RC电路过渡过程的分析写出算法、根据算法编写源程序，最后通过具体电路仿真分析；对二阶动态电路RLC电路过渡过程的分析写出算法、根据算法编写源程序，最后通过具体电路仿真分析。
（2）Matlab编程：用Matlab软件编写一阶、二阶动态电路的源程序，并且通过例题计算分析，显示其在电路辅助分析中的优势。
（3）C++编程：通过C++软件编写一阶和二阶动态电路的源程序，然后通过例题分析计算结果，程序更加人性化，操作快捷方便，结果精确，说明计算机辅助分析具有其他方法无可取代的优势。
第二章Matlab概述
2.1 Matlab语言的特色
Matlab直接面向科学与工程计算，其语言风格接近数学形式，因此比其他高级语言更加接近手工书写计算公式的思维方式，编写简单，效率较高。函数是Matlab语言中最重要的概念。一个函数由函数名、输入变量和输出变量组成，而且对于同意函数名，如果输入变量个数不同，或输入变量个数不同，都会代表不同的含义。因此，Matlab编写的M文件简单、短小而高效，库函数功能更丰富，大大减少了所需的磁盘空间。
Matlab是基于矩阵运算的，其基本数据结构是矩阵，规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组运算中。它不需要定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便。
Matlab语言是解释执行的语言。它把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以致语义错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度。
2.1.1 MATLAB6.5安装的系统需要如下：
（1）处理器：PC机芯片采用Intel的Pentium III处理器。
（2）操作系统：Windows操作系统包括Windows 2000、WindowsXP等。
（3）全部安装该软件所需的硬盘空间最好不低于1000MB。
（4）光驱：CD-ROM 驱动器。
（5）RAM：采用256MB RAM。
（6）8位图形适配器与显示器（支持256色以上）。
2.1.2 MATLAB集成环境
1．MATLAB系统的启动
有如下几种方法可用于启动MATLAB6.5软件：
(1)双击桌面上的MATLAB6.5快捷图标。
(2)从“开始”菜单的“程序”子菜单中的“MATLAB6.5”项目组中，单击“MATLAB6.5”。
(3)在MATLAB6.5目录中搜索到可执行程序matlab.exe，双击该程序使之启动。
启动MATLAB后，将进入MATLAB 6.5集成环境。MATLAB 6.5窗口环境包括指令窗口(Command Window)、指令历史记录窗口(Command History)、当前路径选择窗口(Current Directory)、快速定位文件夹(Launch Pad)和工作台窗口(Workspace)。
2．MATLAB软件退出，常见以下3种方法：
(1) 同时按下键盘上的Ctrl+Q键。
(2) 在命令窗口中输入exit，或quit，按enter键退出软件。
(3) 单击窗口右上方的“关闭”按钮。
2.2 Matlab程序结构
Matlab语言具有以下三种最基本的程序结构：
1.顺序结构
顺序结构的程序语句执行是线性的，从上至下。
2. 循环结构
for-end循环
在程序设计中，当循环执行的步数为一定时，用for-end循环比较方便。
for-end循环的一般格式：
for i=m：s：n
语句体
End
在上面的格式中，s步长，它可以是正整数、负整数、小数，当步长是1时可以缺省。m为初值，n为终值。i为循环变量。
3. 选择结构
if-else-end结构
条件语句是常用的分支结构。if-else-end的格式可分为三种情况：
（1）最简单的if-end结构是：
if 逻辑表达式
语句体
end
在执行上面的语句时，计算机分析if后面的逻辑表达式，表达式为1，执行语句体；表达式为0，直接跳转执行end后的语句。
（2）若有两个选择，则if-else-end结构（见图2.1）是：
if 逻辑表达式
语句体A
else
语句体B
End 查看完整请+Q:351916072获取
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