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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