武大电气matlab电路仿真实验报告.docx
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武大电气matlab电路仿真实验报告
实验一:
直流电路
1.电阻电路的计算
程序:
1电阻电路的计算
第1题
%本题选用回路法,列出的方程为Z*I=U的形式,求出回路电流,然后进一步求解
Z=[20-120;%阻抗矩阵
-1232-12;
0-1218];
U=[1000]';%电压向量
I=inv(Z)*U;%回路电路向量
i3=I
(1)-I
(2);%求i3
u4=I
(2)*8;%求u4
u7=I(3)*2;%求u7
fprintf('
(1)i3=%8.4fA\nu4=%8.4fV\nU7=%8.4fV\n',i3,u4,u7)
us=10/u4*4;%根据电路线性性质,由上题的u4变化的倍数求出us
Ub=[us00]';%变化后的电压向量
Ib=inv(Z)*Ub;%变化后的回路电流向量
ib3=Ib
(1)-Ib
(2);%变化后的i3
ub7=Ib(3)*2;%变化后的u7
fprintf('
(2)us=%8.4fV\ni3=%8.4fA\nU7=%8.4fV\n',us,ib3,ub7)
输出结果:
(1)i3=0.3571A
u4=2.8571V
U7=0.4762V
(2)us=14.0000V
i3=0.5000A
U7=0.6667V
2、求解电路里的电压
程序:
%导纳矩阵A
A=[0.60.125-0.125-0.10-50
1-10000-10
0-0.1250.325-0.2000
001-1005
-0.10-0.20.55-0.2500
0000100
100-10-10];
%电流矩阵B
B=[00500240]';
V=inv(A)*B;
fprintf('V
(1)=%fV\nV
(2)=%fV\nV(3)=%fV\nV(4)=%fV\nV(5)=%fV\n',V
(1),V
(2),V(3),V(4),V(5));
输出结果:
V
(1)=117.479167
V
(2)=299.770833
V(3)=193.937500
V(4)=102.791667
V(5)=24.000000
1.求解含有受控源的电路里的电流
程序:
%A为阻抗方程
A=[001000
40-412-4-4
-400-480
00.50001
0-10010
-10010-1];
B=[200000]';%B为电压方程
I=inv(A)*B;
fprintf('i1=%.0fA\ni2=%.0fA\n',I
(1),I
(2));
输出结果:
i1=1A
i2=1A
实验二:
直流电路
(2)
1.求最大功率损耗
程序:
A=[10
-1/100001/10000];
is=0;
B=[10is]'
V=A\B;
Uoc=V
(2);
is=1;
B=[0is]';
V=A\B;
Req=[V
(2)-V
(1)]/is;
Pmax=Uoc.^2/(4.*Req)
fprintf('Themaximumpoweroccursat%f¦¸\n',Req)
fprintf('Themaximumpowerdissipationis%fW',Pmax)
RL=0:
50000;
VL=10.*RL./(10000+RL);
PL=VL.^2./RL;
figure
(1),plot(RL,PL),grid
输出结果:
Themaximumpoweroccursat10000.000000Ω
Themaximumpowerdissipationis0.002500W
输出图形如下
则从图上可验证当RL为10KΩ时,最大功率约为2.5×W
2.求消耗的功率
程序:
A=[1000
-1/51/5+1/2+1/20-1/20
0-1/21/2+1/24+1/1.2-1/1.2
00-1/1.21/1.2];
V1=inv(A)*[75000]';
Uoc=V1(4);
is=1;
V2=inv(A)*[000is]';
Req=V2(4)/is;
RL=[02461018244290186];
REQ=[ReqReqReqReqReqReqReqReqReqReq];
B=REQ+RL;
fori=1:
1:
10;
UL=Uoc.*RL(i)/B(i);
IL=Uoc./B(i);
PL=UL.*IL;
fprintf('(%2d)',i);
fprintf('RL=%6.0f¦¸',RL(i));
fprintf('IL=%6.3fA',IL);
fprintf('UL=%6.3fV',UL);
fprintf('PL=%6.3fW\n',PL);
end
输出结果:
(1)RL=0ΩIL=8.000AUL=0.000VPL=0.000W
(2)RL=2ΩIL=6.000AUL=12.000VPL=72.000W
(3)RL=4ΩIL=4.800AUL=19.200VPL=92.160W
(4)RL=6ΩIL=4.000AUL=24.000VPL=96.000W
(5)RL=10ΩIL=3.000AUL=30.000VPL=90.000W
(6)RL=18ΩIL=2.000AUL=36.000VPL=72.000W
(7)RL=24ΩIL=1.600AUL=38.400VPL=61.440W
(8)RL=42ΩIL=1.000AUL=42.000VPL=42.000W
(9)RL=90ΩIL=0.500AUL=45.000VPL=22.500W
(10)RL=186ΩIL=0.250AUL=46.500VPL=11.625W
实验三:
正弦稳态
1.求各支路的电流相量和电压相量
程序:
%设置变量
R1=2;R2=3;R3=4;XL=2;XC1=3;XC2=5;
Us1=8;Us2=6;Us3=8;Us4=15;
%求阻抗
Z1=(j*XL*R1)/(j*XL+R1);Z2=R2*(-j*XC1)/[(R2-j*XC1)];
Z3=R3*(-j*XC2)/(R3-j*XC2);
Y1=1/Z1;Y2=1/Z2;Y3=1/Z3;
%导纳矩阵Y
Y=[Y1+Y2-Y2
-Y2Y2+Y3];
%电流矩阵I
I=[Us1/(j*XL)+Us2/R2
Us3/R3-Us4/(j*XC2)-Us2/R2];
U=inv(Y)*I;
ua=U
(1),ub=U
(2),
I1=ua*Y1,I2=(ub-ua)*Y2,I3=-ub*Y3,
I1R=ua/R1,
I1L=(ua)/(j*XL),
I2R=-(ua-ub)/R2,
I2C=-(ua-ub)/(-j*XC1),
I3R=(ub)/R3,
I3C=ub/(-j*XC2),
compass([ua,ub,I1,I2,I3,I1R,I1L,I2R,I2C,I3R,I3C]);
输出结果:
ua=3.7232-1.2732i
ub=4.8135+2.1420i
I1=1.2250-2.4982i
I2=-0.7750+1.5018i
I3=-0.7750-1.4982i
I1R=1.8616-0.6366i
I1L=-0.6366-1.8616i
I2R=0.3634+1.1384i
I2C=-1.1384+0.3634i
I3R=1.2034+0.5355i
I3C=-0.4284+0.9627i
输出图形为:
2.含互感的电路:
复功率
程序:
%设置变量
R1=4;R2=2;R3=2;XL1=10;XL2=8;XM=4;XC=8;US=10;IS=10;
Z1=R1*(-j*XC)/(R1-j*XC);Z2=j*(XL1-XM);Z3=j*XM;Z4=j*(XL2-XM)+R2;Z5=R3;
Y1=1/Z1;Y2=1/Z2;Y3=1/Z3;Y4=1/Z4;Y5=1/Z5;
%导纳矩阵Y
Y=[Y1+Y2-Y20
-Y2Y2+Y3+Y4-Y4
0-Y4Y4+Y5];
I=[US/R10IS]';
U=inv(Y)*I;
ua=U
(1);ub=U
(2);uc=U(3);
i1=(US-ua)/R1;
Pus=US*conj(i1),
Pis=uc*conj(IS)
输出结果:
Pus=-4.0488-9.3830i
Pis=1.7506e+02+3.2391e+01i
3.正弦稳态电路:
求未知参数
程序:
US=100;I1=0.1;P=6;XL1=1250;XC=750;P=6;
Z1=j*XL1;Z2=-j*XC;cos_a=P/(US*I1);
a=acos(cos_a);
I1=0.1*exp(-a*1i);
UL1=I1*Z1;
UC2=US-UL1;
IC2=UC2/Z2;
IL3=I1-IC2;
ZL=UC2/IL3;
IC2=UC2/Z2;
IZ3=I1-IC2;
Z3=UC2/IZ3
R3=real(Z3)
XL3=imag(Z3)
输出结果:
Z3=7.5000e+02+3.7500e+02i
R3=750.0000
XL3=375.0000
4.正弦稳态电路,利用模值求解
程序:
%变量初始化
symsXL;
U2=200;IR=10;XC=10;
R=U2/IR;
%解方程的语句
f=R*XL-sqrt((XC*XL)^2+[R*(XL-XC)]^2);
XL=solve(f,XL);
XL1=XL
(1)
XL2=XL
(2)
输出结果:
XL1=20*3^(1/2)+40
XL2=40-20*3^(1/2)
实验四:
交流分析和网络函数
1.求解电流和电压
程序:
%本程序计算回路电流I1,I2
%Z是阻抗矩阵,U是电压向量,I是电流矩阵
Z=[10-7.5i-6+5i
-6+5i16+3i];
Zc=-10i;
U1=5;
U2=-2*exp(75i*pi/180);
U=[U1U2]';
I=Z\U;
I1_abs=abs(I
(1));I1_ang=angle(I
(1))*180/pi;
Ic=I
(1)-I
(2);
Uc=Ic*Zc;
Uc_abs=abs(Uc);
Uc_ang=angle(Uc)*180/pi;
fprintf('currentI1,magnitude:
%f\ncurrentI1,angleindegree:
%f\n',I1_abs,I1_ang);
fprintf('voltageUc,magnitude:
%f\nvoltageUc,angleindegree:
%f\n',Uc_abs,Uc_ang);
运行结果:
currenti1,magnitude:
0.387710
currenti1,angleindegree:
15.019255
voltagevc,magnitude:
4.218263
voltagevc,angleindegree:
-40.861691
2.求解三相不平衡相电压
程序:
%U为电压矩阵,I为电流矩阵,Z为总阻抗矩阵,ZL为负载阻抗矩阵
U1=110;
U2=110*exp(-120i*pi/180);
U3=110*exp(120i*pi/180);
U=[U1U2U3]';
Z1=[6+13i4+2i6-12.5i]';
ZL=[5+12i3+4i5-12i]';
I=U./Z1;
Vn=I.*ZL;
Vna_abs=abs(Vn
(1));Vna_ang=angle(Vn
(1))*180/pi;
Vnb_abs=abs(Vn
(2));Vnb_ang=angle(Vn
(2))*180/pi;
Vnc_abs=abs(Vn(3));Vnc_ang=angle(Vn(3))*180/pi;
fprintf('phasorvlotageVna,magnitude:
%f\nphasorvoltageVna,angleindgree:
%f\n',Vna_abs,Vna_ang);
fprintf('phasorvlotageVnb,magnitude:
%f\nphasorvoltageVnb,angleindgree:
%f\n',Vnb_abs,Vnb_ang);
fprintf('phasorvlotageVnc,magnitude:
%f\nphasorvoltageVnc,angleindgree:
%f\n',Vnc_abs,Vnc_ang);
运行结果:
phasorvlotageVna,magnitude:
99.875532
phasorvoltageVna,angleindgree:
-2.155276
phasorvlotageVnb,magnitude:
122.983739
phasorvoltageVnb,angleindgree:
93.434949
phasorvlotageVnc,magnitude:
103.134238
phasorvoltageVnc,angleindgree:
-116.978859
实验五:
动态电路
1.正弦激励的一阶电路
程序:
%变量初始化
R=2;
C=0.5;
Uc0=4;
Um=10;
Ulong=Um;
%作图
t=0:
0.01:
20;
time=R*C;
Uct=Ulong+(Uc0-Ulong)*exp(-t/time);
figure
(1),plot(t,Uct),grid
运行结果:
2.二阶欠阻尼电路的零输入响应
程序:
L=0.5;R=1;C=0.02;%输入元件参数
Uc0=1;IL0=0;
alpha=R/2/L;wn=sqrt(1/(L*C));%输入给定参数
p1=-alpha+sqrt(alpha^-wn^2);%方程的两个根
p2=-alpha-sqrt(alpha^2-wn^2)
dt=0.01;t=0:
dt:
1;%设定时间组
%用公式
Uc1=(p2*Uc0-IL0/C)/(p2-p1)*exp(p1*t);%Uc的第一个分量
Uc2=-(p1*Uc0-IL0/C)/(p2-p1)*exp(p2*t);%Uc的第二个分量
IL1=p1*C*(p2*Uc0-IL0/C)/(p2-p1)*exp(p1*t);
IL2=-p2*C*(p1*Uc0-IL0/C)/(p2-p1)*exp(p2*t);
Uc=Uc1+Uc2;
IL=IL1+IL2;
%分别画出两种数据曲线
subplot(2,1,1),plot(t,Uc),grid
subplot(2,1,2),plot(t,IL),grid
运行结果:
R=1
R=2
R=3
R=4
R=5
R=6
R=7
R=8
R=9
R=10
实验六:
频率响应
1.一阶低通电路的频率响应
程序:
ww=0:
0.2:
4;%设定频率数组ww=w/wc
H=1./(i+j*ww);%求复频率响应
figure
(1)
subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)),%绘制幅频特性
grid,xlabel('ww'),ylabel('angle(H)')
subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)),%绘制相频特性
grid,xlabel('ww'),ylabel('angle(H)')
figure
(2)%绘制对数频率特性
subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H)))%纵坐标为分贝
grid,xlabel('ww'),ylabel('分贝')
subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H))%绘制相频特性
grid,xlabel('ww'),
ylabel('angle(H)')
运行结果:
2.频率响应:
二阶低通电路
程序:
forQ=[1/3,1/2,1/sqrt
(2),1,2,5]
ww=logspace(-1,1,50);%设无量纲频率数组ww=w/w0
H=1./(1+j*ww/Q+(j*ww).^2);%求复频率响应
figure
(1)
subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)),holdon
subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)),holdon
figure
(2)
subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H))),holdon%纵坐标为分贝
subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)),holdon%绘制相频特性
end
figure
(1),subplot(2,1,1),grid,xlabel('w'),ylabel('abs(H)')
subplot(2,1,2),grid,xlabel('w'),ylabel('angle(H)')
figure
(2),subplot(2,1,1),grid,xlabel('w'),ylabel('abs(H)')
subplot(2,1,2),grid,xlabel('w'),ylabel('abs(H)')
运行结果:
3.频率响应:
二阶带通电路
程序:
clear,formatcompact
H0=1;wn=1;
forQ=[5,10,20,50,100]
w=logspace(-1,1,50);%设频率数组w
H=H0./(1+j*Q*(w./wn-wn./w));
figure
(1)%横坐标为线性坐标
subplot(2,1,1),plot(w,abs(H)),grid,holdon%绘制幅频特性
subplot(2,1,2),plot(w,angle(H)),grid,holdon%绘制相频特性
figure
(2)
subplot(2,1,1),semilogx(w,20*log10(abs(H))),grid,holdon%纵坐标为分贝
subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(H)),grid,holdon%绘制相频特性
end
运行结果:
复杂谐振电路的计算
程序:
clear,formatcompact
R1=2;R2=3;L1=0.75e-3;L2=0.25e-3;C=1000e-12;Rs=28200;
L=L1+L2;R=R1+R2;
Rse=Rs*(L/L1)^2%折算内阻
f0=1/(2*pi*sqrt(C*L))
Q0=sqrt(L/C)/R,R0=L/C/R;%空载Q0值
Re=R0*Rse/(R0+Rse)%折算内阻与回路电阻的并联
Q=Q0*Re/R0,B=f0/Q,%实际Q值和带通
s=log10(f0);
f=logspace(s-.1,s+.1,501);w=2*pi*f;%设定计算的频率及范围及数组
z1e=R1+j*w*L;z2e=R2+1./(j*w*C);%等效单回路中量纲电抗支路的阻抗
ze=1./(1./z1e+1./z2e+1./Rse);%等效回路中三个支路的并联阻抗
subplot(2,1,1),loglog(w,abs(ze)),grid%画对数幅频特性
axis([min(w),max(w),0.9*min(abs(ze)),1.1*max(abs(ze))])
subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(ze)*180/pi)
axis([min(w),max(w),-100,100]),grid
fh=w(find(abs(1./(1./z1e+1./z2e))>50000))/2/pi;%求回路阻抗大于50千欧的频带
fhmin=min(fh),fhmax=max(fh)
运行结果:
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