Come eseguire l'analisi dei circuiti utilizzando Matlab?

Sento spesso di persone che usano Matlab per l'analisi dei circuiti, ma non ho mai capito come è fatto. Presumo che ci sia qualcosa di più oltre alla semplice impostazione delle equazioni a mano e alla loro risoluzione in Matlab.

Sto cercando un buon punto di partenza.

È possibile utilizzare la casella degli strumenti Matlab Simulink Simpowersystem per eseguire l'analisi dei circuiti. Include componenti RLC, interruttori, macchine elettriche, ecc. È possibile creare il proprio componente e modificare qualsiasi parametro dei componenti della libreria. Poiché puoi combinare i tuoi circuiti con qualsiasi blocco Simulink, qualsiasi risolutore Simulink o qualsiasi funzione Matlab, questo strumento è molto potente. Non è necessario risolvere prima le equazioni del circuito perché si lavora nell'ambiente Simulink. È originariamente orientato per i sistemi di alimentazione, ma penso che tu possa usarlo per qualsiasi circuito elettronico.

Uso MATLAB abbastanza per l'analisi dei circuiti. A volte preferisco le spezie, altre volte preferisco le spezie, dipende dal mio umore e dalle mie esigenze.

Questi sono i seguenti passaggi:

• 1: accetta la trasformata di Laplace del circuito
• 2: ottenere la funzione di trasferimento
• 3: tracciare / analizzare usando le funzioni MATLAB. bode, impulse, freqresp e così via.

La parte più difficile che trovo è prendere la trasformazione di Laplace e derivare l'equazione della funzione di trasferimento.

Ci sono molti esempi e libri di testo su come prendere un Laplace su Internet. In breve lo scopo qui è quello di ottenere l'equazione sotto forma di

dove a c è il numeratore e d a f il denominatore nell'esempio presentato di seguito.$a$$c$$d$$f$

Per fare ciò, converti tutti gli elementi passivi in ​​impedenze complesse. Questo è

• C = 1 / sC
• R = R
• L = sL

Successivamente deriva un'equazione per il tuo circuito sotto forma di Vout / Vin.

Per un semplice filtro passa basso sotto forma di:

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

questo produrrebbe:

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

Scrivi l'equazione sopra sotto forma di num e den per MATLAB:

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

Quindi continua a utilizzare qualsiasi funzione matlab che ti piace per analizzare la funzione di trasferimento (bode), il diagramma zero poli e così via.

Di seguito è riportato un esempio di filtro con cui stavo giocando di recente e cercando di ottimizzare i valori:

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

Da tempo uso Scipy (un set di strumenti numerici per Python) per fare analisi di circuiti. E sì, ciò comporta in genere la risoluzione manuale delle equazioni del circuito. Ciò è particolarmente utile quando si eseguono analisi di tolleranza e analisi di sensibilità sul circuito.

Esiste un libro sull'argomento "Analisi di tolleranza dei circuiti elettronici mediante MATLAB" che fornisce alcuni esempi di come eseguire l'analisi tipica su alcuni circuiti comuni. Non è in realtà un sostituto di qualcosa come SPICE, ma è utile quando si cerca di progettare un buon rendimento di produzione su tutte le tolleranze dei componenti o per tenere conto della deriva dei componenti nel tempo e nella temperatura.

per un semplice circuito RLC con qualsiasi topologia (serie e parallelo) possiamo usare "rlcdemo". È una buona interfaccia per i filtri di analisi (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.

È possibile utilizzare un programma creato in Matlab chiamato SCAM (analisi simbolica del circuito in Matlab), ed è qui: https://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/mna/MNA6.html

Oltre a SCAM in Matlab, c'è anche un semplice strumento di analisi dei circuiti simbolico online su CircuitNAV , che utilizza file netlist (da LTspice, Micro-Cap, TINA-TI, PSpice, ecc.) Come input e genera la soluzione algebrica per ciascun parametro del circuito .

CircuitNAV fornisce anche una demo e un tutorial .

Il libro pdf degli esempi di Spice e Matlab, http://www.elsevierdirect.com/companions/9780750659321/exercises/SpiceAndMatlab.pdf , un libro di accompagnamento a Introduzione all'analisi e alla modellizzazione di circuiti lineari di Moura & Darwazeh, sembra davvero buono per me scopi.