RLC串聯的動態電路是電路課程和電路實驗教學中的重要內容。由于Matlab軟件具有很強的數值運算、符號運算和繪圖功能,以及豐富的庫函數、工具箱和仿真模塊,在動態電路的分析和仿真中得到了廣泛的應用,它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體,構成了一個方便、界面友好的用戶環境,其強大的數值計算功能建立在向量、數組和矩陣的基礎上,輸出結果易于可視化。這兩個特點為電路的仿真分析提供了一個合適的語言平臺。Simulink是Matlab的重要組件之一,它提供了一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中,無需書寫大量的程序,只要通過簡單直觀的鼠標操作,就可以構造出復雜的仿真系統,從而提高了工作效率。
1 RLC串聯的動態電路
RLC串聯的動態電路如圖1所示。其中,以電源電壓作為輸入電壓us(t),以電容端電壓作為輸出電壓uc(t)。
2 Simulink仿真模型
根據RLC串聯電路的微分方程,鍵入Simulink命令后,打開系統模型庫,在新建模型窗口中直接加入所需要的模塊,經模塊連接后得RLC串聯電路的仿真模型,如圖2所示。其中,Step模塊:設置Step Time為0;Gain模塊:設置增益為1/LC;Gain1模塊:設置增益為1/LC;Gain3模塊:設置增益為R/C;Sum模塊:設置List of signs為+--;To Workspace模塊:將數據寫入工作空間的變量中,配合Matlab繪圖命令,繪制出響應曲線,其中Variable name為tout(輸出變量名),Save format為Array。
在Matlab命令窗口輸入R,L,C的賦值語句,賦值后運行模型,雙擊Scope模塊或用To Workspaee模塊將數據寫入工作空間的變量中。配合Matlab繪圖命令,即可得到單位階躍響應曲線。
3 仿真實驗和結果
(1)無阻尼
在Matlab命令窗口輸入R,L,C的賦值語句:當,運行仿真模型,即可得到其單位階躍響應曲線如圖3所示。
從圖3可以看出,當時,其階躍響應為等幅振蕩曲線。
(2)欠阻尼
在Matlab命令窗口輸入R,L,C的賦值語句:當
運行仿真模型,可得到其單位階躍響應曲線如圖4所示。
從圖4可以看出,當時,其階躍響應為減幅振蕩曲線。
(3)臨界阻尼
在Matlab命令窗口輸入R,L,C的賦值語句:當
運行仿真模型,可得到其單位階躍響應曲線如圖5所示。
從圖5可以看出,當時,其階躍響應為非周期過程,不具有振蕩性質,為單調上升曲線。
(4)過阻尼
在Matlab命令窗口輸入R,L,C的賦值語句:當R=5 000 Ω,L=1 H,C=100e-6 F時,有,運行仿真模型,可得到其單位階躍響應曲線如圖6所示。從圖6可看,當時,其階躍響應也為單調上升曲線,但其上升斜率較臨界阻尼慢。綜上所述,通過建立RLC串聯電路的Simulink仿真模型來改變R,L,C的值,以得到不同狀態下單位階躍響應曲線。從中看出,參數選擇適中,可以兼顧系統的穩定性和快速性。
4 結語
用Matlab提供的Simulink來建模、仿真,用鼠標拖拉模塊圖標來建模,其模型生成直觀、簡單,還可以在仿真時隨時改變參數,并用Scope隨時觀察仿真波形,使得仿真更具有實時性、直觀性。本文基于Sireulink建立了RLC串聯的動態電路仿真模型,通過改變R,L,C的值,得到不同狀態下的單位階躍響應曲線。上述分析可看出,適中選擇參數,以兼顧系統的穩定性和快速性,展示了方便靈活的動態仿真結果。