电气工程师的数学软件

从短截线匹配、输电线路的电路分析、到半导体数学模型,Maple为电气工程师执行各种分析提供了可靠的、可审核的环境。

电气工程师使用数学软件的6个应用示例

从短截线匹配、输电线路的电路分析、到半导体数学模型,Maple为电气工程师执行各种分析提供强大的、可审核的环境。电气工程师是一个独一无二的工种。他们的工作对数学要求很高,并且他们不断面临具有挑战性的技术问题。 Maplesoft理解这些挑战,并在Maple中构建了一些功能来解决这些问题,例如易于使用的数学引擎,对单位的支持,有吸引力的可视化以及丰富的文档。考虑到这些强大的特性(以及更多功能),许多电气工程师都在使用Maple也就不足为奇了。在此视频中,将通过6个示例演示如何在Maple中执行各种任务。这些示例包括:(1)使用传递函数的电路分析;(2)MOSFET的等效电路模型;(3)最坏情况的电路分析; (4)传输线上的短截线匹配;(5)天线设计;以及(6)数字信号处理。更多信息,请访问: http://www.maplesoft.com/products/maple/?ref=youtube

Maple具有非常适合电气工程师的功能组合


电气工程师是一个独特的工种。他们的工作在技术上具有挑战性,范围广泛,并且受制于越来越紧迫的项目期限。
Maplesoft理解这些挑战,我们在Maple软件中内置了专门解决这些问题的功能,例如:

捕捉设计意图


单个Maple文件可以组合实时数学、文字、图像和绘图等。实际上,Maple捕获了分析背后的假设和思考过程,以及计算过程。

了解更多 Maple智能计算书环境

高级数值和符号数学引擎


Maple为数值和公式、 数据分析编程提供了实用的高级工具。这些工具既适用于简单的工程问题也适用于复杂的工程问题。例如:

  • 求短截线匹配电路方程的数值解
  • 符号处理电路分析产生的传递函数

Maple是一个数值和符号计算的完整系统;参数、方程可以在两者之间流畅地流动。这意味着您可以在单个工作流中推导方程并对其进行数值计算。

此外,Maple提供了编程语言和交互式开发环境,可以使用Maple中的任意高级数学工具。

  • 代码的开发、调试和验证更快
  • 可以使用Maple的高级数学函数
  • 更容易阅读和理解

降低包含单位计算的风险


电气工程师遇到的几乎每一个物理量 — 例如电阻、电压或长度等都具有单位。单位被流畅地集成到Maple中,可以用于简单的计算以及求方程数值解、优化和绘图。

volt := 5.2V :
curr := 3.2A :
power := curr volt= 16.64 W

在计算中使用单位可以消除引入单位转换出错的风险并且还可以检查方程的物理有效性。

让我们向您展示如何使用Maple解决电气工程难题。

电气工程应用示例和用户案例

应用示例

利用传递函数和拉普拉斯变换进行电路分析

您可以使用Maple基于基尔霍夫电流和电压定律来推导和操作电路的传递函数。传递函数可以转换为微分方程或者离散化,并可以轻松生成相位图和幅度图。

传递函数可以包含未知变量(符号系数),这些参数可以进行优化以匹配目标响应。

Maple包含许多功能,帮助用户以符号方式处理传递函数,这些功能包括:

  • solve – 重新排列传递函数和节点方程
  • simplify – 将电路传递函数化简为最简洁的形式
  • indets – 识别方程组中的未知参数
  • eval – 将数值代入符号方程
  • SYRUP工具包 – 是一个免费的Maple函数包,由用户开发和分享,可以将一组电路描述转换为传递函数
  • DynamicSystems – 生成相位图和幅度图

Maple的免费函数包可以将SPICE列表转换为传递函数,然后在Maple符号和数值计算环境中分析,例如,可以进行AC和DC分析,生成相位和幅度图,按照特定的参数重新排序传递函数,或者将其转换为微分方程等等。

应用示例

半导体器件的数学建模

半导体是复杂的设备,Maple可以帮助用户推导数学模型从而精确地描述其特性。

MOSFETs是现代电子产品(例如智能手机和其他便携式设备)的重要组成部分。 低功率MOSFETS对电源系统的开关至关重要。

使用Maple,用户将MOSFETS的等效电路模型转换为解析方程组。

这些应用示例,将帮助您模拟MOSFET中源电感和交叉传导的影响。

推导MOSFET栅压的方程式

应用示例

最坏情况电路分析

电气元件被大量制造。 材料和制造过程的不一致意味着元器件参数具有统计分布。也就是说,一批电阻的电阻值可以用正态分布来描述。

给定电路中元件的数量及其参数的分布,电路可能不能按规定的方式运行。这是一个必须在设计过程早期识别、管理和减轻的风险。

电气工程师经常使用Maple进行最坏情况的电路分析。 可以实现:

  • 蒙特卡洛分析,从一个分布中随机选择参数,并对电路进行模拟,模拟次数从1000次到100000次不等。
    • 使用了Maple中的工具实现:
      • 抽样概率分布
      • 元素逐项计算以及自动多线程快速数值计算
      • 生成直方图和统计分析
  • 对所有电路元件的电路方程在极值上的计算
    • 使用了Maple中的工具实现:
      • 生成参数的排列
      • 元素逐项计算

完成后,可以自动生成结果表,并使用分析结果填充该表格,包括对不合规参数着色。

下载Maple应用示例 最坏情况电路分析与蒙特卡罗模拟


下载Maple应用示例 电路的极值分析

应用示例

输电线路的短截线匹配

RF和微波工程师经常需要使负载与传输线的阻抗匹配,这称为短截线匹配,涉及对非线性方程组进行数值求解。

这需要强大的数值求解器,可以通过fsolve命令实现,取代使用Smith图表的传统方法。

这些问题中的参数通常具有量纲(例如,电阻单位为欧姆,距离单位为米等),Maple可以在整个计算过程中附加单位,从参数定义到方程的最终数值解。

下载Maple应用示例 输电线路的短截线匹配


应用示例

天线和雷达设计

天线和雷达设计的从业人员使用Maple创建可执行的设计文档,以捕获他们设计的空间、时间和频谱方面的信息。 这些文档可以包含设计所需的方程、编程和图形。

设计文档可以部署到Web或个人电脑。

下载Maple应用示例 角锥喇叭天线设计


应用示例

数字信号处理

Maple提供了许多工具,用于分析和处理信号和图像:

  • 使用FFT,小波,Lomb-Scargle分析处理不规则采样的数据等
  • 可以对信号进行上采样或下采样,并通过插值填补缺失
  • 生成周期图、频谱图、相位和幅度图等
  • 输入和输出许多类型的数据,包括Excel、文本、音频和图像
  • 符号数学帮助理解概念,例如卷积等
  • 可识别单位的数值求解器可以帮助求解迭代问题,例如天线设计中出现的问题
  • 大量的示例和应用程序
  • 在单个环境中执行和记录分析,然后部署到个人电脑和web

设计FIR滤波器并生成频谱图和周期图


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