Làm thế nào để phân tích mạch bằng Matlab?

Tôi thường nghe nói về những người sử dụng Matlab để phân tích mạch, nhưng tôi chưa bao giờ thực sự tìm ra cách nó được thực hiện. Tôi giả định rằng có một cái gì đó cho nó nhiều hơn là chỉ thiết lập các phương trình bằng tay và giải chúng trong Matlab.

Tôi đang tìm kiếm một điểm khởi đầu tốt.

Bạn có thể sử dụng hộp công cụ Matlab Simulink Simpowersystem để phân tích mạch. Nó bao gồm các thành phần RLC, công tắc, máy điện, v.v. Bạn có thể tạo thành phần của riêng mình và sửa đổi bất kỳ tham số nào của các thành phần thư viện. Vì bạn có thể kết hợp các mạch của mình với bất kỳ khối Simulink, bất kỳ bộ giải Simulink hoặc bất kỳ chức năng Matlab nào, công cụ này rất mạnh mẽ. Không cần phải giải các phương trình mạch trước vì bạn làm việc trong môi trường Simulink. Ban đầu nó được định hướng cho các hệ thống điện nhưng tôi nghĩ bạn có thể sử dụng nó cho bất kỳ mạch điện tử nào.

Tôi sử dụng MATLAB khá nhiều để phân tích mạch. Đôi khi tôi thích nó làm gia vị, những lần khác tôi thích gia vị hơn, tùy thuộc vào tâm trạng và yêu cầu của tôi.

Đây là các bước sau:

• 1: lấy biến đổi Laplace của mạch
• 2: có được chức năng chuyển
• 3: vẽ đồ thị / phân tích bằng các hàm MATLAB. bode, xung, freqresp và như vậy.

Phần khó nhất tôi tìm thấy là lấy biến đổi Laplace và rút ra phương trình hàm truyền của bạn.

Có rất nhiều ví dụ và sách giáo khoa về việc lấy Laplace trên Internet. Tóm lại mục đích ở đây là để có được phương trình ở dạng

trong đó đến c là tử số và d đến f mẫu số trong ví dụ trình bày dưới đây.$a$$c$$d$$f$

Để làm điều này chuyển đổi tất cả các yếu tố bạn thụ động thành trở kháng phức tạp. Đó là

• C = 1 / sC
• R = R
• L = sL

Tiếp theo rút ra một phương trình cho mạch của bạn dưới dạng Vout / Vin.

Đối với bộ lọc thông thấp đơn giản ở dạng:

Vin -------R-------------- Vout
               |
               C
               |
------------------------------

điều này sẽ mang lại:

$\dfrac{V_{out}}{V_{in}} = \dfrac{sC}{R + sC}$

Viết phương trình trên dưới dạng num và den cho MATLAB:

num = [C 0];
den = [C R];

Sau đó tiếp tục sử dụng bất kỳ hàm MATLAB nào bạn muốn để phân tích hàm truyền (bode), sơ đồ cực 0, v.v.

Dưới đây là một ví dụ về bộ lọc tôi mới chơi và cố gắng điều chỉnh các giá trị:

R1 = 20e3;
C1 = 235e-9;
R2 = 2e3;
C2 = 22e-9;
num = [2*R2*C1 0];
den = [C1*R1*C2*R2*2 (2*C1*R1 + C2*2*R2) 2];
g = tf(num,den);
P = bodeoptions; % Set phase visiblity to off and frequency units to Hz in options
P.FreqUnits = 'Hz'; % Create plot with the options specified by P
bode(g,P);
%[num,den] = eqtflength(num,den);      % Make lengths equal
%[z,p,k] = tf2zp(num,den)          % Obtain zero-pole-gain form

Tôi đôi khi sử dụng scipy (một bộ công cụ số cho python) để phân tích mạch. Và vâng, điều đó thường liên quan đến việc giải các phương trình mạch bằng tay trước. Điều này chủ yếu hữu ích khi thực hiện phân tích dung sai và phân tích độ nhạy trên mạch.

Có một cuốn sách về chủ đề "Phân tích dung sai của mạch điện tử sử dụng MATLAB" cung cấp một số ví dụ về cách thực hiện phân tích điển hình trên một số mạch phổ biến. Nó không thực sự là một sự thay thế cho một cái gì đó như SPICE, nhưng rất hữu ích khi cố gắng thiết kế để có năng suất sản xuất tốt trên tất cả các dung sai thành phần, hoặc tính đến sự trôi dạt thành phần theo thời gian và nhiệt độ.

đối với mạch RLC đơn giản với bất kỳ cấu trúc liên kết (chuỗi và song song), chúng ta có thể sử dụng "rlcdemo". Đó là gui tốt cho các bộ lọc phân tích (LPF-HPF-BPF-BSF)

 rlcdemo
 Analyzing the Response of an RLC Circuit
 This demo shows how to use the Control System Toolbox(TM) functions
 to analyze the time and frequency responses of common RLC circuits
 as a function of their physical parameters.

Bạn có thể sử dụng một chương trình được tạo trong Matlab có tên SCAM (phân tích mạch biểu tượng trong Matlab) và ở đây: https://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/mna/MNA6.html

Ngoài SCAM trong Matlab, còn có một công cụ phân tích mạch biểu tượng trực tuyến bóng bẩy tại CircuitNAV , sử dụng các tệp netlist (từ LTspice, Micro-Cap, TINA-TI, PSpice, v.v.) làm đầu vào và tạo ra giải pháp đại số cho từng tham số mạch .

CircuitNAV cũng cung cấp một bản demo và hướng dẫn .

Cuốn sách pdf về các ví dụ của Spice và Matlab, http://www.elsevierdirect.com/companions/9780750659321/exercises/SpiceAndMatlab.pdf , một cuốn sách đồng hành để Giới thiệu về Phân tích và mô hình hóa tuyến tính của Moura & Darwazeh, có vẻ rất tốt cho tôi mục đích.