电路Matlab仿真实验报告材料.docx

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电路Matlab仿真实验报告材料

武汉大学电气工程学院

MATLAB

电路仿真实验报告

姓名：

班级：

学号：

实验一直流电路

（1）

一、实验目的

1.加深对直流电路的节点电压法和网孔电流法的理解。

2.学习使用MATLAB的矩阵运算的方法。

二、预习要求

1.复习基尔霍夫KCL和KVL方程及直流电路的相关内容。

2.熟悉前面有关矩阵预算的内容。

三、实验例题

1.节点分析示例1.1

电路如下图所示，求节点电压V1，V2，V3。

MATLAB求解：

Y=[0.15-0.1-0.05;

-0.10.145-0.025;

-0.05-0.0250.075];

I=[5;0;2];

fprintf（'节点V1,V2和V3:

\n'）

v=inv（Y）*I

仿真结果：

节点V1,V2和V3:

v=

404.2857350.0000412.8571

2、回路分析示例1.2

使用解析分析得到通过电阻RB的电流。

另外，求10V电压源提供的功率。

解：

分析电路得到节点方程，根据节点方程得到矩阵方程，根据矩阵方程，

MATLAB求解：

Z=[40,-10,-30; -10,30,-5; -30,-5,65]; 

V=[10,0,0]'; 

I=inv（Z）*vV;

IRB=I（3）-I

（2）; 

fprintf（'the current through R is %8.3f Amps \n',IRB） 

PS=I

（1）*10; 

fprintf（'the powersuppliedby10Vsourceis %8.4f watts\n',PS） 

仿真结果为：

the current through R is    0.037 Amps 

the power supplied by 10V source is   4.7531 watts

四、实验内容

编写以下程序，并记录程序和结果，写出简单注释。

1.电阻电路的计算

如图，已知：

R1=2，R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2，单位均为欧姆。

（1）如Us=10V求i3,u4,u7;

（2）如U4=4V求Us,i3,i7；

解：

（1）解：

MATLAB求解：

Z=[20-120;

-1232-12;

0-1218];

V=[1000]';

I=inv（Z）*V;

i3=I

（1）-I

（2）;

u4=8*I

（2）;

u7=2*I（3）;

fprintf（'i3=%f\n',i3）

fprintf（'u4=%f\n',u4）

fprintf（'u7=%f\n',u7）

仿真结果：

i3=0.357143u4=2.857143u7=0.476190

（2）解：

Matlab求解：

Z=[080;-1232-12;0-1218];

V=[400]';

I=inv（Z）*V;

Us=20*I

（1）-12*I

（2）;

i3=I

（1）-I

（2）;

i7=I（3）;

fprintf（'Us=%f\n',Us）

fprintf（'i3=%f\n',i3）

fprintf（'i7=%f\n',i7）

仿真结果：

Us=14.000000

I3=0.500000

i7=0.333333

2.求解电路里的电压，例如V1，V2…V5

Y = [1 -1 2 -2 0;

0 5 -13 8 0;

2 0 4 -11 0;

176 -5 5 -196 0;

0 0 0 0 1];

I = [0 -200 -120 0 24]';

V = inv（Y）*I;

fprintf（'V1=%fV\nV2=%fV\nV3=%fV\nV4=%fV\nV5=%fV\n',

V

（1）,V

（2）,V（3）,V（4）,V（5））

 仿真结果：

V1=117.479167V

V2=299.770833V

V3=193.937500V

V4=102.791667V

V5=24.000000V

3.如图所示，已知R1=R2=R3=4Ohms,R4=4Ohms,控制系数K1=0.5，K2=4，is=2A,求i1和i2。

解：

Matlab求解：

Z=[1000;

-416-8-4;

0010.5;

0-846];

V=[2000]';

I=inv（Z）*V;

i1=I

（2）-I（3）;

i2=I（4）;

fprintf（'i1=%fV\ni2=%fV\n',i1,i2）

仿真结果：

i1=1.000000V

i2=1.000000V

五、实验总结

1、仿真前需进行准确的计算，列出节点或回路方程进而进行矩阵计算。

2、熟练矩阵运算公式，即：

V=inv（Y）*I

实验二直流电路

（2）

一、实验目的

1.加深对戴维南定理、等效变换的了解。

2.进一步了解MATLAB在直流电路中的应用。

二、预习要求

1.复习戴维南定理等直流电路的相关原理。

2.了解MATLAB变量生成的应用。

3.了解数组的运算。

三、实验示例

1.戴维南定理

如图所示电路，已知R1=4Ohms，R2=2Ohms，R3=4Ohms；R4=8Ohms；is1=2A，is2=0.5A.

（1）.负载RL为何值时能获得最大功率？

（2）.研究RL在0~10Ohms范围内变化时，其吸收功率的变化情况。

Matlab求解：

clear,formatcompact

R1=4;R2=2;R3=4;R4=8;

is1=2;is2=0.5;

a11=1/R1+1/R4;a12=-1/R1;a13=-1/R4;

a21=-1/R4;a22=1/R1+1/R2+1/R3;a23=-1/R4;

a31=-1/R4;a32=-1/R3;a33=1/R3+1/R4;

A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33];

B=[1,1,0;0,0,0;0,-1,1];

X1=A\B*[is1;is2;0];uoc=X1（3）

X2=A\B*[0;0;1];Req=X2（3）

RL=Req;P=uoc^2*RL/（Req+RL）^2

RL=0:

10,p=（RL*uoc./（Req+RL））.*uoc./（Req+RL）,

figure

（1）,plot（RL,p）,grid

fork=1:

21

ia（k）=（k-1）*0.1;

X=A\B*[is1;is2;ia（k）];

u（k）=X（3）;end

figure

（2）,plot（ia,u,'x'）,grid

c=polyfit（ia,u,1）;

仿真结果：

uoc=

2.3333

Req=

3.6667

P=

0.3712

RL=

012345678910

p=

Columns1through7

00.25000.33910.36750.37050.36240.3496

Columns8through11

0.33500.32000.30540.2915

（a）功率随负载的变化曲线

（b）电路对负载的输出特性

四、实验内容

1.在下图中，当RL从0改变到50千欧，绘制负载功率损耗。

校验当RL=10千欧时的最大功率损耗。

解：

Matlab求解：

R=10;U=10;

RL=10;P=U^2*（RL*1000）/（（R+RL）*1000）^2

RL=0:

50;p=（RL*1000*U./（（R+RL）*1000））.*U./（（R+RL）*1000）

figure

（1）,plot（RL,p）,grid

仿真结果：

P=

0.0025

p=

Columns1through7

00.00080.00140.00180.00200.00220.0023

Columns8through14

0.00240.00250.00250.00250.00250.00250.0025

Columns15through21

0.00240.00240.00240.00230.00230.00230.0022

Columns22through28

0.00220.00210.00210.00210.00200.00200.0020

Columns29through35

0.00190.00190.00190.00180.00180.00180.0018

Columns36through42

0.00170.00170.00170.00160.00160.00160.0016

Columns43through49

0.00160.00150.00150.00150.00150.00140.0014

Columns50through51

0.00140.0014

2.在图示电路中，当R1取0,2,4,6,10,18,24,42,90和186欧时，求RL的电压UL，电流IL和RL消耗的功率。

解：

Matlab求解：

A=[3/4-1/20;

1/2-33/245/6;

01-1];

I=[1500]';U=inv（A）*I;us=U（3）;R=6;

Z=[02461018244290186];

RL=Z（1,:

）,

i=us./（R+RL）

u=us.*RL./（R+RL）

p=（RL.*us./（R+RL））.*us./（R+RL）

figure

（1）,plot（RL,i）,grid

figure

（2）,plot（RL,u）,grid

figure（3）,plot（RL,p）,grid

仿真结果：

RL=

02461018244290186

i=

Columns1through7

8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000

Columns8through10

1.00000.50000.2500

u=

Columns1through7

012.000019.200024.000030.000036.000038.4000

Columns8through10

42.000045.000046.5000

p=

Columns1through7

072.000092.160096.000090.000072.000061.4400

Columns8through10

42.000022.500011.6250

功率P、电压U、电流I随电阻R的变化曲线分别如下图所示

五、实验总结

1、经过这次实验基本了解了MATLAB变量生成的应用。

2、经过这次实验更加深刻了戴维南等效电路的原理。

3、了解了MATLAB中图像的生成。

实验三、正弦稳态

一、实验目的

1.学习正弦交流电路的分析方法

2.学习MATLAB复数的运算方法

二、预习要求

3.复习有关正弦交流电路的有关概念

4.了解ＭＡＴＬＡＢ有关相量图的绘制

三、实验示例

1.如图所示电路，已知Ｒ＝５欧姆，ｗＬ＝３欧姆，1/wC=2欧姆，uc=10∠30V,求Ir，Ic，I，Ul，Us，并画出其相量图。

解：

Matlab求解：

Z1=3j;Z2=5;Z3=-2j;Uc=10*exp（30j*pi/180）;

Z23=Z2*Z3/（Z2+Z3）;Z=Z1+Z23;

Ic=Uc/Z3,Ir=Uc/Z2,I=Ic+Ir,U1=I*Z1,Us=I*Z;

disp（'UcIrIcIu1Us'）

disp（'·ùÖµ'）,disp（abs（[Uc,Ir,Ic,I,U1,Us]））

disp（'Ïà½Ç'）,disp（angle（[Uc,Ir,Ic,I,U1,Us]）*180/pi）

ha=compass（[Uc,Ir,Ic,I,Us,Uc]）;

set（ha,'linewidth',3）

仿真结果：

Ic=

-2.5000+4.3301i

Ir=

1.7321+1.0000i

I=

-0.7679+5.3301i

U1=

-15.9904-2.3038i

UcIrIcIu1Us

幅值

10.00002.00005.00005.385216.15557.8102

相角

30.000030.0000120.000098.1986-171.8014159.8056

2.正弦稳态电路，戴维南定理

如图所示电路，已知C1=0.5F，R2=R3=2欧姆，L4=1H；US（t）=10+10cost,Is（t）=5+5cos2t,求b，d两点之间的电压U（t）。

解：

Matlab求解：

clear,formatcompact

w=[eps,1,2];Us=[10,10,0];Is=[5,0,5];

Z1=1./（0.5*w*j）;Z4=1*w*j;

Z2=[2,2,2];Z3=[2,2,2];

Uoc=（Z2./（Z1+Z2）-Z4./（Z3+Z4））.*Us;

Zeq=Z3.*Z4./（Z3+Z4）+Z1.*Z2./（Z1+Z2）;

U=Is.*Zeq+Uoc;

disp（'wUmphi'）

disp（[w',abs（U'）,angle（U'）*180/pi]）

仿真结果：

wUmphi

0.000010.00000

1.00003.1623-18.4349

2.00007.0711-8.1301

1.含受控源的电路，戴维南定理

如图所示电路，设Z1=-J250Ohms，Z2=250欧姆，Is=2∠0A，求负载ZL获得最大功率时的阻抗值及其吸收功率。

解：

Matlab求解：

clear,formatcompact

Z1=-j*250;Z2=250;ki=0.5;Is=2;

a11=1/Z1+1/Z2;a12=-1/Z2;a13=0;

a21=-1/Z2;a22=1/Z2;a23=-ki;

a31=1/Z1;a32=0;a33=-1;

A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33];

B=[1,0;0,1;0,0];

X0=A\B*[Is;0];

Uoc=X0

（2）,

X1=A\B*[0;1];Zeq=X1

（2）,

PLmax=（abs（Uoc））^2/4/real（Zeq）

仿真结果：

Uoc=

5.0000e+002-1.0000e+003i

Zeq=

5.0000e+002-5.0000e+002i

PLmax=

625

四、实验内容

1.如图所示电路，设R1=2欧姆，R2=3欧姆，R3=4欧姆，jXL=j2，-jXC1=-j3，-jXC2=-j5，Us1=8∠0V,Us2=6∠0V,Us3=8∠0,Us4=15∠0,求各支路的电流相量和电压相量。

解：

Matlab求解：

clear,formatcompact

R1=2;R2=3;R3=4;ZL=2*j;

ZC1=-3*j;ZC2=-5*j;US1=8;US2=6;

US3=8;US4=15;

Y1=1/R1+1/ZL;Y2=1/ZC1+1/R2;Y3=1/R3+1/ZC2;

a11=1/Y1;a12=1/Y2;a13=1/Y3;

a21=0;a22=-1;a23=1;

a31=-1;a32=1;a33=0;

b1=0;b2=US2/R2-US3/R3-US4/ZC2;b3=-US1/ZL-US2/R2;

A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33];

B=[b1;b2;b3];

I=inv（A）*B;

I1=I

（1）,I2=I

（2）,I3=I（3）,ua=I1/Y1,ub=I3./（-Y3）,

I1R=ua/R1,

I1L=（US1-ua）./ZL,I2R=（US2-ua+ub）/R2,I2C=（ua-ub）./ZC1,

I3R=（US3-ub）/R3,I3C=（US4-ub）./ZC2

仿真结果：

I1=

1.2250-2.4982i

I2=

-0.7750+1.5018i

I3=

-0.7750-1.4982i

ua=

3.7232-1.2732i

ub=

4.8135+2.1420i

I1R=

1.8616-0.6366i

I1L=

0.6366-2.1384i

I2R=

2.3634+1.1384i

I2C=

1.1384-0.3634i

I3R=

0.7966-0.5355i

I3C=

0.4284+2.0373i

2.含互感的电路：

复功率

如图电路，已知R1=4欧姆，R2=R3=2欧姆，XL1=10欧姆，XL2=8欧姆，XM=4欧姆，Xc=8欧姆，Us=10∠0V,Is=10∠0A。

求电压源、电流源发出的复功率。

解：

Matlab求解：

clear,formatcompact

R1=4;R2=2;R3=2;XL1=10;XL2=8;XM=4;XC=8;US=10;IS=10;

Y1=1/R1+1/（-j*XC）;

Y2=1/（j*（XL1-XM））;

Y3=1/（j*XM）;Y4=1/（j*（XL2-XM）+R2）;

Y5=1/R3;

a11=1;a12=-1;a13=0;a14=0;a15=0;

a21=0;a22=0;a23=0;a24=1;a25=-1;

a31=0;a32=1;a33=-1;a34=-1;a35=0;

a41=1/Y1;a42=1/Y2;a43=1/Y3;a44=0;a45=0;

a51=0;a52=0;a53=-1/Y3;a54=1/Y4;a55=1/Y5;

A=[a11,a12,a13,a14,a15;

a21,a22,a23,a24,a25;

a31,a32,a33,a34,a35;

a41,a42,a43,a44,a45;

a51,a52,a53,a54,a55];

B=[-US/R1;-IS;0;0;0];

I=inv（A）*B;

I1=I

（1）;I2=I

（2）;I3=I（3）;I4=I（4）;I5=I（5）;

ua=-I1/Y1;ub=I3/Y3;uc=I5/Y5;Ii=US/R1+ua/R1;

Pus=US*Ii

Pis=uc*IS

仿真结果：

Pus=

54.0488-9.3830i

Pis=

1.7506e+002+3.2391e+001i

2.正弦稳态电路，求未知参数

如图所示电路，已知Us=100V，I1=100mA，电路吸收的功率P=6W，XL1=1250欧姆，Xc=750欧姆，电路呈感性，求R3及XL3.

3.、正弦稳态电路，利用模值求解

如图所示电路，已知IR=10A，Xc=10欧姆，并且U1=U2=100V，求XL。

Matlab求解：

clear

U2=200;IR=10;R=U2/IR;XC=10;

U=[200*exp（-150j*pi/180）;200*exp（-30j*pi/180）];

I=（U-200）./（-j*XC）;

X=200./（I-10）;

XL=imag（X）

仿真结果：

XL=5.359074.6410

实验四、交流分析和网络函数

一、实验目的

1.学习交流电路的分析方法。

2.学习交流电路的MATLAB分析方法。

二、预习要求

1.复习有关网络函数的相关概念

三、实验示例

1.在图里，如果R1=20欧姆，R2=100欧姆，R3=50欧姆，并且L1=4H，L2=8H以及C1=250微法，求v3（t），其中w=10rad/s.

解：

Matlab求解：

Y=[0.05-0.0225*j0.025*j-0.0025*j;

0.025*j0.01-0.0375*j0.0125*j;

-0.0025*j0.0125*j0.02-0.01*j];

c1=0.4*exp（pi*15*j/180）;

i=[c1;0;0];

V=inv（Y）*i;

v3_abs=abs（V（3））;

v3_ang=angle（V（3））*180/pi;

fprintf（'voltagev3,magnitude:

%f\nvoltagev3,angleindegree:

%f',v3_abs,v3_ang）

仿真结果：

voltagev3,magnitude:

1.850409

voltagev3,angleindegree:

-72.453299

四、实验内容

1.电路显示如图，求电流i1（t）和电压VC（t）.

将本题中电路图改成频域模型，产生的电路如下图所示，电阻为欧姆。

Matlab求解：

Y=[11-1;6-5*j04-2.5*j;6-5*j-10-8*j0];

c2=5;c3=2*exp（pi*75*j/180）;

v=[0;c2;c3];

i=inv（Y）*v;

it_abs=abs（i（3））;

it_ang=angle（i（3））*180/pi;

Vc_abs=abs（i

（1）*-10*j）;

Vc_ang=angle（i

（1）*-10*j）*180/pi;

fprintf（'voltageit,magnitude:

%f\nvoltageit,angleindegree:

%f',it_abs,it_ang）

voltageit,magnitude:

0.387710

voltageit,angleindegree:

15.019255>>

fprintf（'voltageVc,magnitude:

%f\nvoltageVc,angleindegree:

%f',Vc_abs,Vc_ang）

voltageVc,magnitude:

4.218263

voltageVc,angleindegree:

-40.861691>>

3.在图里，显示一个不平衡wye-wye系统，求相电压Van，Vbn，Vcn.

Matlab求解

Y=[6+13*j00;04+6*j0;006-12.5*j];

c1=110;

c2=110*exp（pi*（-120）*j/180）;c3=110*exp（pi*120*j/180）;

v=[c1;c2;c3];