¿Cómo hacer análisis de circuitos con Matlab?

A menudo escucho de personas que usan Matlab para el análisis de circuitos, pero en realidad nunca descubrí cómo se hace. Supongo que hay algo más que simplemente establecer ecuaciones a mano y resolverlas en Matlab.

Estoy buscando un buen punto de partida.

Puede utilizar la caja de herramientas de Matlab Simulink Simpowersystem para realizar análisis de circuitos. Incluye componentes RLC, interruptores, máquinas eléctricas, etc. Puede crear su propio componente y modificar cualquier parámetro de los componentes de la biblioteca. Como puede combinar sus circuitos con cualquier bloque Simulink, cualquier solucionador Simulink o cualquier función de Matlab, esta herramienta es muy poderosa. No es necesario resolver primero las ecuaciones del circuito porque trabajas en el entorno Simulink. Originalmente está orientado para sistemas de energía, pero creo que puede usarlo para cualquier circuito electrónico.

Yo uso MATLAB bastante para el análisis de circuitos. A veces prefiero las especias, otras veces prefiero las especias, depende de mi estado de ánimo y mis necesidades.

Estos son los siguientes pasos:

• 1: tome la transformada de Laplace del circuito
• 2: obtener la función de transferencia
• 3: trazar / analizar usando las funciones de MATLAB. Bode, impulso, freqresp y así sucesivamente.

La parte más difícil que encuentro es tomar la transformación de Laplace y derivar la ecuación de la función de transferencia.

Hay muchos ejemplos y libros de texto sobre cómo tomar un Laplace en Internet. Brevemente, el objetivo aquí es obtener la ecuación en forma de

donde a c es el numerador y d a f el denominador en el ejemplo presentado a continuación.$a$$c$$d$$f$

Para hacer esto, convierta todos sus elementos pasivos en impedancias complejas. Esto es

• C = 1 / sC
• R = R
• L = sL

Luego deriva una ecuación para tu circuito en forma de Vout / Vin.

Para un filtro de paso bajo simple en forma de:

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

esto produciría:

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

Escriba la ecuación anterior en forma de num y den para MATLAB:

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

Luego, siga usando cualquier función de matlab que desee para analizar la función de transferencia (bode), el diagrama del polo cero, etc.

A continuación se muestra un ejemplo de filtro con el que estaba jugando recientemente y que trataba de ajustar los valores:

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

Alguna vez uso scipy (un conjunto de herramientas numéricas para python) para hacer análisis de circuitos. Y sí, eso generalmente implica resolver las ecuaciones del circuito a mano primero. Esto es principalmente útil cuando se realizan análisis de tolerancia y análisis de sensibilidad en el circuito.

Hay un libro sobre el tema "Análisis de tolerancia de circuitos electrónicos que usa MATLAB" que proporciona algunos ejemplos de cómo llevar a cabo el análisis típico en algunos circuitos comunes. No es realmente un reemplazo para algo como SPICE, pero es útil cuando se trata de diseñar para obtener un buen rendimiento de producción sobre todas las tolerancias de los componentes, o para tener en cuenta la deriva de los componentes a lo largo del tiempo y la temperatura.

para un circuito RLC simple con cualquier topología (serie y paralelo) podemos usar "rlcdemo". Es una buena interfaz gráfica para los filtros de análisis (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.

Puede usar un programa creado en Matlab llamado SCAM (análisis de circuito simbólico en Matlab), y está aquí: https://www.swarthmore.edu/NatSci/echeeve1/Ref/mna/MNA6.html

Además de SCAM en Matlab, también hay una ingeniosa herramienta de análisis de circuitos simbólicos en línea en CircuitNAV ingeniosa , que utiliza archivos netlist (de LTspice, Micro-Cap, TINA-TI, PSpice, etc.) como entrada y genera la solución algebraica para cada parámetro de circuito .

CircuitNAV también proporciona una demostración y un tutorial .

El libro pdf de ejemplos de Spice y Matlab, http://www.elsevierdirect.com/companions/9780750659321/exercises/SpiceAndMatlab.pdf , un libro complementario de Introducción al análisis y modelado de circuitos lineales de Moura y Darwazeh, se ve muy bien para mi propósitos