基于Multisim10和Matlab7．0的正弦穩(wěn)態(tài)電路分析

可見(jiàn)Multisim為用戶提供了交互式的仿真環(huán)境，但不能得到R2和C1端電壓的波形函數(shù)，以及電壓相位差；在調(diào)節(jié)R2和C1的過(guò)程中，其接入值也并非連續(xù)變化，而是以每次最小變化的離散值進(jìn)行調(diào)整的，在解決(2)、(3)問(wèn)題時(shí)，找R2、C1參數(shù)的過(guò)程繁瑣，而且不能確定最終的接入值是精確的。使用Matlab進(jìn)行編程，可以克服這些問(wèn)題。
(2)基于Matlab7．0的仿真分析。根據(jù)正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析方法設(shè)計(jì)算法，編寫(xiě)Matlab程序代碼，計(jì)算并顯示結(jié)果。先將電路給出的各個(gè)參數(shù)表示成復(fù)數(shù)域下的形勢(shì)，對(duì)于問(wèn)題(1)，求解出R2和C1上的電壓相量后，用abs函數(shù)和anglg函數(shù)分別顯示出電源電壓、R2和C1上電壓的幅值和初相角，并調(diào)用compass函數(shù)繪制出這3個(gè)電壓量的極坐標(biāo)圖；問(wèn)題(2)則應(yīng)用電路功率因數(shù)為1時(shí)，電路呈現(xiàn)純電阻電路的特點(diǎn)，解出C1的值；對(duì)于問(wèn)題(3)，不直接采用最大功率傳輸定律的方法，而是運(yùn)用數(shù)學(xué)解析方法，將負(fù)載的功率P表示成C1和R2的函數(shù)，調(diào)用Matlab的diff函數(shù)和solve函數(shù)，求解方程組

找到P的極大值以及此時(shí)對(duì)應(yīng)的C1和R2，解析法的求解結(jié)果可與應(yīng)用最大功率傳輸定律所得結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證該定律的正確性。為直觀看出C1和R2變化時(shí)功率P的變化情況，將C1和R2用向量矩陣表示如其變化范圍、精度后，調(diào)用mesh函數(shù)，繪制出以C1和R2為自變量時(shí)因變量P的三維圖像。
程序運(yùn)行后，顯示了所求結(jié)果的精確值。對(duì)于問(wèn)題(1)，根據(jù)UR2和UC1的幅值、相位的具體值可以得到其具體的波形函數(shù)UR2=61．60cos(200πt／s-0．06π)，UC1=127．92cos(200πt／s-0.56π)，UR2超前UC1π／2，圖8給出了Us、UR2、UC1在極坐標(biāo)系下的幅值相位關(guān)系圖。此時(shí)的電路功率因數(shù)λ～0．98，有功功率P=1．07×103W，無(wú)功功率Q=199．63 W；問(wèn)題(2)可得到電路功率因數(shù)λ=1時(shí)，C1=159．31 μF；圖10為R2和C1參數(shù)改變時(shí)，負(fù)載功率P變化的三維圖像，峰值處對(duì)應(yīng)圖對(duì)應(yīng)P最大時(shí)的C1和R2的參數(shù)，此時(shí)C1=159．31μF，R2=5 Ω。帶入后驗(yàn)證ZC1+ ZLt=0，R2=R1成立。解析結(jié)果證明了最大功率傳遞定理。

Matlab的編程過(guò)程良好地體現(xiàn)了解題思路，其數(shù)據(jù)、圖像處理能力使得大量的效據(jù)能夠整體地、直觀地體現(xiàn)出來(lái)。但此過(guò)程如果脫離Multisim的仿真，不看電路操作，只去看編程代碼和計(jì)算結(jié)果，理解起來(lái)會(huì)晦澀生硬。將兩種仿真結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，方可得到最佳的仿真效果。
(3)結(jié)合式仿真。將Multisim和Matlab的仿真結(jié)合，從過(guò)程上看，Multisim體現(xiàn)了電路搭建和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，Matlab體現(xiàn)了算法分析過(guò)程，將虛擬的實(shí)踐和理論計(jì)算結(jié)合起來(lái)；從結(jié)果上看，針對(duì)問(wèn)題(1)，Multisim得到了UR2和UC1的波形圖如圖5所示，相應(yīng)的Matlab仿真得到了UR2和UC1的波函數(shù)和相位如圖8所示實(shí)現(xiàn)了數(shù)與形的結(jié)合，針對(duì)問(wèn)題(3)，Matlab得到的C1和R2的結(jié)果如圖9所示，又可以為Multisim的仿真操作提供指導(dǎo)，避免了操作的盲目性。

3 結(jié)束語(yǔ)
提出—種Multisim和Matlab軟件相結(jié)合的方式進(jìn)行電路仿真，彌補(bǔ)了各自的不足，使仿真效果達(dá)到最佳。所提供的仿真方法也不失為一種解決問(wèn)題的有效途徑，判斷電路故障、評(píng)估產(chǎn)品效果宜偏重于Multisim仿真；要求得到精確的電路參數(shù)、需要處理大量的電路計(jì)算時(shí)宜偏重于Matlab仿真，使用者可根據(jù)實(shí)際的情況和軟件的特點(diǎn)靈活地選擇使用。