matlab电路仿真.docx
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matlab电路仿真
Matlab模拟电路仿真
院系：
电气工程学院电气工程与自动化班级：
10级10班姓名：
郑俊超学号：
2010302540295
-------本实验报告均是本人一字一字做出来的，望老师明鉴
预备实验MATLAB基础及其基本操作
1．实验目的熟悉matlab的基本用法和关于矩阵的运算。
2．实验过程
一．矩阵的基本运算
（1）矩阵的基本输入
A=[123;234;345;];
B=[69121518];
C=B'%求转置矩阵
运算结果：
C=
6
9
12
15
18
（2）矩阵的运算
>>E=[723;436;815];
F=[142;675;191];
>>G=E-F
运行结果：
G=
6-21
-2-41
7-84
>>H=E+F
运行结果：
H=
865
101011
9106
>>J=H+1
J=
976
111112
10117
>>Q=E*F
Q=
226927
289129
198426
>>2*Q
ans=
4413854
5618258
3816852
>>E\F
ans=
-0.50850.2373-0.2373
1.0847-1.37291.3729
0.79661.69490.3051
>>E/F
ans=
-2.44231.55770.0962
2.44230.4423-1.0962
-1.34621.6538-0.5769
（3）数组运算
>>A1=[276890];
>>B1=[643234];
>>C1=A1.*B1
C1=
12281816270
>>D1=A1.\B1
D1=
3.00000.57140.50000.25000.3333Inf
>>D2=A1./B1
D2=
0.33331.75002.00004.00003.00000
>>r1=[735];
>>s1=[243];
>>q1=r1.^s1
q1=
4981125
>>q2=r1.^2
q2=
49925
q3=2.^s1
q3=
4168
（4）复数
>>w=[1+j2-2*j3+2*j4+3*j]
w=
1.0000+1.0000i2.0000-2.0000i3.0000+2.0000i4.0000+3.0000i
>>wp=w'
wp=
1.0000-1.0000i
2.0000+2.0000i
3.0000-2.0000i
4.0000-3.0000i
>>wt=w.'
wt=
1.0000+1.0000i
2.0000-2.0000i
3.0000+2.0000i
4.0000+3.0000i
（5）：
的使用
>>t1=1:
6
t1=
123456
>>t2=3:
-0.5:
1
t2=
3.00002.50002.00001.50001.0000
t3=[（0:
2:
10）;（5:
-0.2:
4）]
t3=
02.00004.00006.00008.000010.0000
5.00004.80004.60004.40004.20004.0000
>>t4=linspace（2,6,8）
t4=
2.00002.57143.14293.71434.28574.85715.42866.0000
>>logspace（2,5,10）
ans=
1.0e+005*
0.00100.00220.00460.01000.02150.04640.10000.21540.46421.0000
>>t5=t3（:
4）
t5=
6.0000
4.4000
>>t3（2,:
）
ans=
5.00004.80004.60004.40004.20004.0000
>>t6=t3（2,:
）
t6=
5.00004.80004.60004.40004.20004.0000
>>t7=t3（:
）
t7=
0
5.0000
2.0000
4.8000
4.0000
4.6000
6.0000
4.4000
8.0000
4.2000
10.0000
4.0000
二．MATLAB的可视化画图
（1）绘制二维图形的基本函数
t=0:
pi/20:
4*pi;
y=sin（t）;
plot（t,y）;
运行图像：
t=0:
0.1:
2;
y1=2*exp（-3*t）;
subplot（221）;
plot（t,y1）;
xlabel（'（a）'）;
y2=2*exp（-3*t）;
subplot（222）;
plot（t,y2）;
xlabel（'（b）'）;
t1=-4:
0.1:
4;
y3=1/（2^0.5）*exp（-0.5*t1.^2）;
subplot（223）;
plot（t1,y3）;
xlabel（'（c）'）;
t2=-5:
0.1:
5;
y4=sinc（t2）;
subplot（224）;
plot（t2,y4）;
xlabel（'（d）'）;
subplot（224）;
ylabel（'sinc（t）'）;
axis（[-55-0.251.1]）
gridon
运行图像：
（2）二维图形的修饰
>>t=0:
pi/20:
4*pi;
y=sin（t）;
plot（t,y）;
x=0:
pi/10:
4*pi;
plot（x,sin（x）,'r+:
'）;
holdon;
y2=4*x.*exp（-x）;
plot（x,y2,'m*-.'）;
plot（x,sin（x）-0.5,'bo-'）;
legend（'sin（x）','4*exp（x）','sin（x）-0.5'）
axis（[04*pi-1.61.6]）;
title（'实例6'）;gtext（'正弦函数'）;gtext（'指数函数'）;
运行图像：
总结：
该预备试验使我们大致了解了matlab的工作环境，及其关于矩阵的基本运算和画图的基本知识，为以后的实验打下基础。
实验一直流电路
1．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MATLAB的矩阵运算方法。
2．实验过程
（1）节点分析
例求下面电路的节点电压V1，V2，V3。
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
节点V1，V2和V3：
v=
404.2857
350.0000
412.8571
求得的值与电路仿真的答案差不多。
（2）回路分析
例求出电阻Rb的电流，及10V电压源提供的功率。
电路图（用pcpice所画）
>>Z=[40-10-30;-1030-5;-30-565];
V=[10;0;0];
fprintf（'回路电流I1，I2和I3：
\n'）;
i=inv（Z）*V
IRB=i（3）-i
（2）;
fprintf（'R2现在的电流为：
%8.3fA\n',IRB）;
PS=i
（1）*10;
fprintf（'10伏电压源提供的功率为%8.4fW\n',PS）
回路电流I1，I2和I3：
i=
0.4753
0.1975
0.2346
R2现在的电流为：
0.037A
10伏电压源提供的功率为4.7531W
（3）实验题
1．如图，已知：
R1=2，R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2.
（1）如Us=10V,求i3,u4,u7;
（2）如U4=4V,求Us,i3,i7.（图略）
程序：
>>clear;
Z=[20-120;-1232-12;0-1218];
U=[10;0;0];
I=inv（Z）*U;
U4=I
（2）*8;
U7=I（3）*2;
i3=I
（1）-I
（2）;
fprintf（'i3的值为：
%8.4f\n,u4的值为：
%8.4f\n，u7的值为：
%8.4f\n',i3,U4,U7）;
i3的值为：
0.3571
u4的值为：
2.8571
u7的值为：
0.4762
（2）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）
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.
程序如下：
Y=[1-12-20;
05-1380;
204-110;
176-55-1960;
00001];
I=[0-200-120024]';
V=inv（Y）*I;
V
（1）,V
（2）,V（3）,V（4）,V（5）
仿真结果：
3、如图，已知R1=R2=R3=4,R4=2,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2,求i1和i2.
程序如下：
>>Z=[1000;
-416-8-4;
0010.5;
0-846];
V=[2000]';
I=inv（Z）*V;
i1=I
（2）-I（3）
i2=I（4）
i1=
1
i2=
1
总结：
仿真前需进行准确的计算，列出节点或回路表达式方可列出矩阵方程计算，且熟练矩阵运算公式，即：
V=inv（Y）*I。
实验二直流电路
（2）
1．实验目的
（1）加深对戴维南定律，等效变换等的了解。
（2）进一步了解MATLAB在直流电路的应用。
2．实验过程
（1）戴维南定理
方法一：
clear,formatcompact
A=[3/8-1/4-1/8;-1/41-1/8;-1/8-1/43/8];
Is1=[110;000;0-11]*[2;0.5;0];
Un1=inv（A）*Is1;
Uoc=Un1（3）;
Is2=[110;000;0-11]*[0;0;1];
Un2=inv（A）*Is2;
Req=Un2（3）/Is2（3）;
RL=Req;PL=Uoc^2*RL/（Req+RL）^2;
RL=0:
10,PL=（RL*Uoc./（Req+RL））.*Uoc./（Req+RL）,
figure
（1）,plot（RL,PL）,grid
RL=
012345678910
PL=
00.64000.88890.97961.00000.98770.96000.92560.88890.85210.8163
若缩短步长，则可得到下面更为光滑的曲线：
方法二：
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/R1;a22=1/R1+1/R2+1/R3;a23=-1/R3;
a31=-1/R4;a32=-1/R3;a33=1/R3+1/R4;A=[a11a12a13;a21a22a23;a31a32a33];
B=[110;000;0-11];
fork=1:
61
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）;
（2）实验题
1、在图2-3，当RL从0改变到50KΩ，绘制负载功率损耗。
检验当RL=10KΩ的最大功率损耗。
程序如下：
>>RL=0:
50000;R1=10000;Us=10;
PL=RL*Us./（RL+R1）.*Us./（RL+R1）;
figure
（1）,plot（RL,PL）,grid
RL=R1;PL=（Us*RL/（RL+R1））^2/RL;
fprintf（'最大功率为%3.4fW',PL）;
最大功率为0.0025W>>
图像如下：
由上图可以看出，当RL=R1=10000时，输出功率取得了最大值2.5*10^（-3）w。
2．在如图所示电路中，当R1取0,2,4,6,10,18,24,42,90和186Ω时，求RL的电压UL，电流IL和RL消耗的功率。
程序如下：
clear,formatcompact
a11=1/5+1/2+1/20;a12=-1/2;
a21=-1/2;a22=1/2+1/24;
A=[a11a12;a21a22];is1=15;
X1=inv（A）*[is1;0];Us=X1
（2）;
X2=inv（A）*[0;1];Req=X2
（2）+1.2;
RL=[02461018244290186];
IL=Us./（RL+Req）,
UL=IL.*RL,
PL=IL.*UL
figure
（1）,plot（RL,IL）,grid
figure
（2）,plot（RL,UL）,grid
figure（3）,plot（RL,PL）,grid
IL=
8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.60001.00000.50000.2500
UL=
012.000019.200024.000030.000036.000038.400042.000045.000046.5000
PL=
072.000092.160096.000090.000072.000061.440042.000022.500011.6250
图像如下：
IL-RL图像：
UL-RL图像：
PL-RL图像：
结论：
经过这次实验基本了解了MATLAB变量生成的应用，更加深刻了戴维南等效电路的原理，且了解了MATLAB中图像的生成。
实验三正弦稳态
1．实验目的
（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。
2．实验过程
（1）关于正弦稳态电路的基本计算
如图所示电路，已知R=5Ω，wL=3Ω，1/wC=2Ω，uc=10∠30°V，求Ir，Ic，I和UL,Us。
并画出其向量图。
程序如下：
>>Z1=3*j;Z2=5;Z3=-2*j;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（'幅值'）,disp（abs（[Uc,Ir,Ic,I,U1,Us]））
disp（'相角'）,disp（angle（[Uc,Ir,Ic,I,U1,Us]）*180/pi）
ha=compass（[Uc,Ir,Ic,I,U1,Us]）;
set（ha,'linewidth',3）
Ic=
-2.5000+4.3301i
Ir=
1.7321+1.0000i
I=
-0.7679+5.3301i
U1=
-15.9904-2.3038i
Us=
-7.3301+2.6962i
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=2Ω，L4=1H;Us（t）=10+10cost,Is（t）=5+5cos2t,求b，d两点时间的电压U（t）。
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]）
运行结果：
wUmphi
0.000010.00000
1.00003.1623-18.4349
2.00007.0711-8.1301
（3）含受控源的电路，戴维南定理
如图所示电路，设Z1=-j250Ω，Z2=250Ω，Is=2∠0°A，球负载ZL获得最大功率时的阻抗值及其吸收功率。
>>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）
Uoc=
5.0000e+002-1.0000e+003i
Zeq=
5.0000e+002-5.0000e+002i
PLmax=
625
（4）实验题
1．如图所示电路，设R1=2,R2=3,R3=4,jxl=j2,-jXC1=-j3,-jXC2=-j5,Us1=8∠0°V,Us2=6∠0°,Us3=∠0°,Us4=15∠0°,求各电路的电流相量和电压向量。
程序如下：
clear,formatcompact
Y11=1.0/（j*2）+1.0/2+1.0/3-1.0/（3*j）;Y12=-（1.0/3-1.0/（3*j））;
Y21=-（1.0/3-1.0/（j*3））;Y22=1.0/3+1.0/4-1.0/（j*5）-1.0/（j*3）;
Us1=8;Us2=6;Us3=8;Us4=15;
Y=[Y11,Y12;Y21,Y22];
Un=inv（Y）*[（1.0/（j*2）*Us1+1.0/3*Us2）;（1.0/4*Us3-1.0/（5*j）*Us4）];
Ua=Un
（1）
Ub=Un
（2）
I1=Ua/（4*j/（2+2*j））
I2=（Ub-Ua）*（3/（-3*3*j+1））
I3=Ub/（4/（-4*j*5+1））
IR1=Ua/2
IL1=（Us1-Ua）/（2*j）
IR2=（Us2+Ub-Ua）/3
IC2=（Us4-Ub）*（-5*j）
IR3=（Us1-Ub）/4
IC1=（Ub-Ua）/（-3*j）
运行结果：
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．含电感的电路：
复功率
如图，已知R1=4,R2=R3=2,XL1=10,XL2=8,XM=4,Xc=8,Us=10∠0°V,Is=10∠0°A.求电压源，电压源发出的复功率。
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
运算结果：
Pus=
54.0488-9.3830i
Pis=
1.7506e+002+3.2391e+001i
3．正弦稳态电路，利用模值求解
如图所示电路，已知IR=10A，Xc=10Ω，并且U1=U2=200V，求XL。
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=
5.3590
74.6410
结论：
初步了解了MATLAB向量图的绘制，且了解了matlab对于复数（正弦交流电）的处理。
实验四交流分析和网络函
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