Wie kann ich mit Matlab Schaltkreisanalysen durchführen?

Ich höre oft von Leuten, die Matlab für Schaltkreisanalysen verwenden, aber ich habe nie herausgefunden, wie das gemacht wird. Ich gehe davon aus, dass es mehr gibt, als nur Gleichungen von Hand aufzustellen und in Matlab zu lösen.

Ich suche einen guten Ausgangspunkt.

Mit der Matlab Simulink Simpowersystem- Toolbox können Sie Schaltkreisanalysen durchführen. Es umfasst RLC-Komponenten, Schalter, elektrische Maschinen usw. Sie können Ihre eigene Komponente erstellen und alle Parameter der Bibliothekskomponenten ändern. Da Sie Ihre Schaltkreise mit jedem Simulink-Block, jedem Simulink-Solver oder jeder Matlab-Funktion kombinieren können, ist dieses Tool sehr leistungsstark. Die Schaltungsgleichungen müssen nicht zuerst gelöst werden, da Sie in der Simulink-Umgebung arbeiten. Es ist ursprünglich für Stromversorgungssysteme gedacht, aber ich denke, Sie können es für jeden elektronischen Schaltkreis verwenden.

Ich benutze MATLAB ziemlich oft für die Schaltungsanalyse. Manchmal bevorzuge ich es zu würzen, andere Male bevorzuge ich Würze, hängt von meiner Stimmung und Anforderungen ab.

Dies sind die folgenden Schritte:

• 1: Nehmen Sie die Laplace-Transformation der Schaltung
• 2: erhalten Sie die Übertragungsfunktion
• 3: Zeichnen / Analysieren mit MATLAB-Funktionen. bode, impulse, freqresp und so weiter.

Der schwierigste Teil, den ich finde, besteht darin, die Laplace-Transformation durchzuführen und Ihre Übertragungsfunktionsgleichung abzuleiten.

Es gibt viele Beispiele und Lehrbücher zum Thema Laplace im Internet. Kurz gesagt ist das Ziel hier, die Gleichung in Form von zu bekommen

$a$$c$$d$$f$

Dazu wandeln Sie alle Ihre passiven Elemente in komplexe Impedanzen um. Das ist es

• C = 1 / sC
• R = R
• L = sL

Leiten Sie als nächstes eine Gleichung für Ihre Schaltung in Form von Vout / Vin ab.

Für ein einfaches Tiefpassfilter in Form von:

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

das würde ergeben:

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

Schreiben Sie die obige Gleichung in Form von num und den für MATLAB:

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

Verwenden Sie anschließend eine beliebige Matlab-Funktion, um die Übertragungsfunktion (Bode), das Pol-Null-Diagramm usw. zu analysieren.

Unten sehen Sie ein Beispiel für einen Filter, mit dem ich kürzlich gespielt und versucht habe, die Werte zu optimieren:

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

Ich verwende manchmal scipy (ein numerisches Toolset für Python), um Schaltungsanalysen durchzuführen. Und ja, normalerweise müssen die Schaltungsgleichungen zuerst von Hand gelöst werden. Dies ist vor allem bei der Toleranz- und Empfindlichkeitsanalyse der Schaltung hilfreich.

Es gibt ein Buch zum Thema "Toleranzanalyse elektronischer Schaltungen mit MATLAB" , das einige Beispiele für die Durchführung der typischen Analyse einiger gängiger Schaltungen enthält. Es ist nicht wirklich ein Ersatz für etwas wie SPICE, aber es ist nützlich, wenn versucht wird, eine gute Produktionsausbeute über alle Komponententoleranzen hinweg zu erzielen oder die zeitliche und temperaturbedingte Abweichung der Komponenten zu berücksichtigen.

Für eine einfache RLC-Schaltung mit einer beliebigen Topologie (seriell und parallel) können wir "rlcdemo" verwenden. Es ist eine gute Benutzeroberfläche für Analysefilter (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.

Sie können ein in Matlab erstelltes Programm namens SCAM (Symbolic Circuit Analysis in Matlab) verwenden, das Sie hier finden: https://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/mna/MNA6.html

Das PDF-Buch mit Spice- und Matlab-Beispielen, http://www.elsevierdirect.com/companions/9780750659321/exercises/SpiceAndMatlab.pdf , ein Begleitbuch zur Einführung in die lineare Schaltungsanalyse und -modellierung von Moura & Darwazeh, ist eine gute Wahl für mich Zwecke.