Matlab实验报告武大电气.docx
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Matlab实验报告武大电气
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电气工程学院
电气工程与自动化
目录
实验一直流电路
（1）3
一、实验目的3
二、实验示例3
三、实验内容3
实验二直流电路
（2）6
一、实验目的6
二、实验示例6
三、实验内容7
实验三正弦稳态9
一、实验目的9
二、实验示例9
三、实验内容10
实验四交流分析和网络函数13
一、实验目的13
二、实验示例13
三、实验内容13
实验五动态电路15
一、实验目的15
二、实验示例15
三、实验内容17
实验六频率响应21
一、实验目的21
二、实验示例21
本学期Matlab仿真实验心得总结26
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。
2、学习Matlab的矩阵运算方法。
二、实验示例
1、节点分析
电路如图所示（见书本12页），求节点电压V1,V2,V3.
根据电路图得到矩阵方程，根据矩阵方程使用matlab命令为
Y=
0.1500-0.1000-0.0500
-0.10000.1450-0.0250
-0.0500-0.02500.0750
节点v1，v2和v3：
v=
404.2857
350.0000
412.8571
2、回路分析
电路如图所示（见书本13页），使用解析分析得到同过电阻RB的电流，另外求10V电压源的输出功率。
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.
使用matlab的命令为
z=[;
;
];
v=[10,0,0]';
I=inv（z）*v;
IRB=I（3）-I
（2）;
fprintf（'thecurrentthroughRis%8.3fAmps\n',IRB）
ps=I
（1）*10;
fprintf（'thepowersuppliedby10vsourceis%8.4fwatts\n',ps）
结果为：
thecurrentthroughRis0.037Amps
thepowersuppliedby10Vsourceis4.7531watts
三、实验内容
1、电阻电路的计算
根据书本15页电路图，求解电阻电路，已知：
R1=2Ω,R2=6Ω,R3=12Ω,R4=8Ω,R5=12Ω,R6=4Ω,R7=2Ω
（1）如果Us=10V,求i3,u4,u7
（2）如果U4=4V,求Us,i3,i7
解答：
（1）使用matlab命令为
Z=[20-120;
-1232-12;
0-1218];
V=[1000];
I=V/Z;
i3=I
（1）-I
（2）;
fprintf（'i3=%8.4fA\n',i3）
u4=I
（2）*8;
fprintf（'u4=%8.4fV\n',u4）
u7=I（3）*2;
fprintf（'u7=%8.4fV\n',u7）
输出结果：
i3=0.3571A
u4=2.8571V
u7=0.4762V
（2）使用matlab命令为：
A=[20-10;
-120-12;
0018];
B=[6;
-16;
6];
C=inv（A）*B;
Us=C
（2）;
fprintf（'Us=%8.4fV\n',Us）
i3=C
（1）-0.5;
fprintf（'i3=%8.4fA\n',i3）
u7=C（3）*2;
fprintf（'u7=%8.4fV\n',u7）
输出结果：
Us=14.0000V
i3=0.5000A
u7=0.6667V
2、求解电路里的电压
如图1-4（书本16页），求解V1,V2,V3,V4,V5
解答：
使用matlab命令为
Y=[-4.40.125-0.1254.90;
0-0.1250.325-0.20;
-0.10-0.20.55-0.25;
1-12-20;
00001];
I=[050024]';
fprintf（'½ÚµãµçѹV
（1）,V
（2）,V（3）,V（4）,V（5）Ϊ:
\n'）
V=inv（Y）*I
输出结果：
V=
117.4792
299.7708
193.9375
102.7917
24.0000
3、如图1-5（书本16页），已知R1=R2=R3=4Ω,R4=2Ω,控制常数k1=0.5，k2=4，is=2A，求i1和i2.
解答：
使用matlab命令为
Z=[1000;
-416-8-4;
0021;
0-846];
V=[2000]';
I=inv（Z）*V;
i1=I
（2）-I（3）;
fprintf（'i1=%1.0fA\n',i1）
i2=I（4）;
fprintf（'i2=%1.0fA\n',i2）
输出结果：
i1=1A
i2=1A
实验二直流电路
（2）
一、实验目的
1、加深多戴维南定律，等效变换等的了解
2、进一步了解matlab在直流电路中的作用
二、实验示例
1、戴维南定理
如图所示（图见书本17页2-1）。
分析并使用matlab命令求解为
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=[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）;%ua=c
（2）*ia=c
（1）,用拟合函数术,c
（1）,c
（2）uoc=c
（1）,Req=c
（2）
输出结果：
RL=
012345678910
p=00.69441.02041.17191.23461.25001.23971.21531.18341.14801.1111
（a）功率随负载的变化曲线
（b）电路对负载的输出特性
三、实验内容
1、图见书本19页2-3，当RL从0改变到50kΩ，校验RL为10kΩ的时候的最大功率损耗
解答：
使用matlab命令为
R=0:
50000;
U=10;
R1=10000;
P=（R*U./（R1+R））.*U./（R1+R）;
figure
（1）,plot（R,P）,grid;
结果
Maximumpoweroccurat10000.00hms
Maximumpowerdissipationis0.0025Watts
2、在图示电路里（书本20页2-4），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。
解答：
使用matlab命令为：
U=48;
R=6;
Rl=0;
IRl=U/（R+Rl）;
fprintf（'IRl=%8.1fA\n',IRl）
URl=IRl*Rl;
fprintf（'URl=%8.1fV\n',URl）
PRl=IRl*URl;
fprintf（'IRl=%8.1fW\n',PRl）
输出结果：
IRl=8.0A
URl=0.0V
IRl=0.0W
IRl=6.0A
URl=12.0V
IRl=72.0W
IRl=4.8A
URl=19.2V
IRl=92.2W
IRl=4.0A
URl=24.0V
IRl=96.0W
IRl=3.0A
URl=30.0V
IRl=90.0W
IRl=2.0A
URl=36.0V
IRl=72.0W
IRl=1.6A
URl=38.4V
IRl=61.4W
IRl=1.0A
URl=42.0V
IRl=42.0W
IRl=0.5A
URl=45.0V
IRl=22.5W
IRl=0.3A
URl=46.5V
IRl=11.6W
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、实验示例
1、如图3-1（书本21页），已知R=5Ω,ωL=3Ω，1/ωc=2Ω，uc=10∠30°V,求Ir，Ic，I和UL,Us，并画出其向量图。
使用matlab命令为:
Z1=3*j;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（'·幅值'）,disp（abs（[Uc,Ir,Ic,I,U1,Us]））
disp（'相角'）,disp（angle（[Uc,Ir,Ic,U1,Us]）*180/pi）
ha=compass（[Uc,Ir,Ic,U1,Us,Uc]）;
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
30.000030.0000120.0000-171.8014159.8056
2、正弦稳态电路，戴维南定理
如图3-3（书本22页），已知C1=0.5F,R2=R3=2Ω,L4=1H,Us（t）=10+10cost,is（t）=5
+5cos2t,求b，d两点之间的电压U（t）
使用matlab命令为：
clear,formatcompact
w=[eps,1,2];Us=[];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;
Zep=Z3.*Z4./（Z3+Z4）+Z1.*Z2./（Z1+Z2）;
U=Is.*Zep+Uoc;
disp（'wUmphi'）
disp（[w',abs（U'）,angle（U'）*180/pi]）
wUmphi
0.000010.00000
1.00003.1623-18.4349
2.00007.0711-8.1301
由此可以写出U（t）=10=3.1623cos（t-18.4394）+7.0711cos（2t-8.1301）
3、含受控源的电路：
戴维南定理
如图3-4-1（书本23页），设Z1=-j250Ω,Z2=250Ω,Is=2∠0°,求负载Zl获得最大功率时的阻抗值及其吸收的功率。
使用matlab命令为
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];Zep=X1
（2）,Plmax=（abs（Uoc））^2/4/real（Zep）
Uoc=
5.0000e+002-1.0000e+003i
Zep=
5.0000e+002-5.0000e+002i
Plmax=
625
三、实验内容
1、如图3-5所示（图见25页），设R1=2Ω,R2=3Ω,R3=4Ω,jxl=j2，-jxc1=-j3，-jxc2=-j5，Ùs1=8∠0°，Ùs2=6∠0°，Ùs3=8∠0°，Ùs4=15∠0°，求各支路的电流向量和电压向量。
解答：
使用matlab命令为：
R1=2;R2=3;R3=4;RL=2*1j;Rc1=-3*1j;Rc2=-5*1j;
Us1=8*exp（0j*pi/180）;Us2=6*exp（0j*pi/180）;
Us3=8*exp（0j*pi/180）;Us4=15*exp（0j*pi/180）;
a11=RL+R1;a12=0;a13=0;a14=-R1;
a21=0;a22=-R2-Rc1;a23=0;a24=Rc1;
a31=0;a32=0;a33=R3+Rc2;a34=-R3;
a41=R1;a42=Rc1;a43=R3;a44=-R1-Rc1-R3;
A=[a11,a12,a13,a14;a21,a22,a23,a24;a31,a32,a33,a34;a41,a42,a43,a44];
B=[8
6
-7
8];
I=inv（A）*B;
IR1=I
（1）-I（4）;IR2=I
（2）;IR3=I（3）-I（4）;IRc1=I
（2）-I（4）;IRc2=I（3）;IRL=I
（1）;Ua=Us1-I
（1）*RL;Ub=Us3-R3*IR3;
disp（'UaUbIR1IR2IR3IRc1IRc2IRL'）
disp（'幅值'）,disp（abs（[Ua,Ub,IR1,IR2,IR3,IRc1,IRc2,IRL]））
disp（'相角'）,disp（angle（[Ua,Ub,IR1,IR2,IR3,IRc1,IRc2,IRL]））
ha=compass（[Ua,Ub,IR1,IR2,IR3,IRc1,IRc2,IRL]）;
set（ha,'linewidth',3）
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+2.1384i
I2C=-1.1384+0.3634i
I2R=2.3634+1.1384i
I3R=-0.7966+0.5355i
I3C=-0.4284-2.0373i
2、含互感的电路：
复功率
如图3-6所示（书本26页），已知R1=4Ω,R2=R3=2Ω,XL1=10Ω,XL2=8Ω,XM=4Ω,XC=8Ω,ÙS=10∠0°V,ÍS=10∠0°A。
解答：
使用matlab命令为：
R1=4;R2=2;R3=2;R4=6*1j;R5=4*1j;R6=4*1j;R7=-8*1j;
Us=10*exp（0j*pi/180）;
Is=10*exp（0j*pi/180）;
a11=1/R1+1/R7+1/R4;a12=-1/R4;a13=0;
a21=-1/R4;a22=1/R4+1/（R5+R2）+1/R6;a23=-1/（R5+R2）;
a31=0;a32=-1/（R5+R2）;a33=1/（R5+R2）+1/R3;
A=[a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33];
B=[2.5
0
10];
U=inv（A）*B;
Pus=Us*（Us-U
（1））/R1;Pis=U（3）*Is;
disp（'PusPis'）
disp（'幅值'）,disp（abs（[Pus,Pis]））
disp（'相角'）,disp（angle（[Pus,Pis]）*180/pi）
ha=compass（[Pus,Pis]）;
set（ha,'linewidth',3）
输出结果
Pus=-4.0488+9.3830i
Pis=1.750e+002+3.23901e+001i
3、正弦稳态电路：
求未知参数
如图所示3-6（书本26页），已知Us=100V,I1=100mA电路吸收功率P=6W,XL1=1250Ω,XC=750Ω,电路呈感性，求R3及XL
解答：
使用matlab命令为：
Z1=1250*1j;Z2=-750*1j;
Us=100*exp（0j*pi/180）;
Is=0.1*exp（-53.13j*pi/180）;
Z=inv（Is）*Us;
Z3=Z2*（Z-Z1）/（Z1+Z2-Z）;
disp（'Z3'）
disp（'幅值'）,disp（abs（[Z3]））
disp（'相角'）,disp（angle（[Z3]）*180/pi）
ha=compass（[Z3]）;
set（ha,'linewidth',3）
输出结果
7.5000e+002+3.7500e+002i
4、正弦稳态电路，利用模值求解
图3-7所示电路中（书本27页），已知IR=10A,XC=10Ω,并且U1=U2=200V,求XL
解答：
使用matlab命令为：
XL1=2000/（*1.732）
XL2=2000/（200+100*1.732）
fprintf（'XL1=%8.4f\n',XL1）
fprintf（'XL2=%8.4f\n',XL2）
输出结果
XL1=74.6410
XL2=5.359
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、实验示例
在图4-1（书本28页）里，如果R1=20Ω，R2=100Ω,R3=50Ω,并且L1=4H,L2=8H以及C1=250µF,求V3（t）,其中w=10rad/s.
使用节点分析法后把元素值带入，得到矩阵方程
【Y】【V】=【I】,
使用MATLAB命令计算为
Y=[0.05-0.0225*j,0.025*j,-0.0025*j;
0.025*j,0.01-0.0375*j,0.0125*j;
-0.0025*j,0.0125*j,0.02-0.01*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）
voltageV3,magnitude:
1.850409
voltageV3,angleindegree:
-72.453299
从MATLAB的结果可以看出时域电压V3（t）=1.85COS（10t-72.45°）
三、实验内容
1、电路图如图所示（书本30页），求电流i1（t）和电压v（t）
使用MATLAB命令计算为
R=[10-7.5*1j5*1j-6;
6-5*1j-16-3*1j];
U1=5*exp（0*1j*pi/180）;
U2=2*exp（75*1j*pi/180）;
U=[U1
U2];
I=inv（R）*U;
I1_abs=abs（I
（1））;
I1_ang=angle（I
（1））*180/pi;
fprintf（'voltageI1,magnitude:
%f\nvoltageI1,angleindegree:
%f',I1_abs,I1_ang）
V=（I
（1）-I
（2））*（-10*1j）;
VC_abs=abs（V）;
VC_ang=angle（V）*180/pi;
fprintf（'voltageVC,magnitude:
%f\nvoltageVC,angleindegree:
%f',VC_abs,VC_ang）
输出结果：
voltageI1,magnitude:
0.387710
voltageI1,angleindegree:
15.01925
voltageVC,magnitude:
4.218263
voltageVC,angleindegree:
-40.861691
所以电流i1（t）=0.3877cos（1000t+15.0193°）
同时电压v（t）=4.2183cos（1000t-40.8617°）
2、在4-4图里（见书本30页），显示一个不平衡的wye-wye系统，求相电压Van，Vbn，Vcn
使用MATLAB命令为：
Ub=110*exp（-120*1j*pi/180）;
Uc=110*exp（120*1j*pi/180）;
Z1=1+1*1j;Z2=5+12*1j;Z3=1-2*1j;Z4=3+4*1j;Z5=1-0.5*1j;Z6=5-12*1j;
Za=Z1+Z2;Zb=Z3+Z4;Zc=Z5+Z6;
Ia=Ua/Za;Ib=Ub/Zb;Ic=Uc/Zc;
V1=Ia*Z2;
Van_abs=abs（V1）;
Van_ang=angle（V1）*180/pi;
fprintf（'voltageVan,magnitude:
%f\nvoltageVan,angleindegree:
%f',Van_abs,Van_ang）
V2=Ib*Z4;
Vbn_abs=abs（V2）;
Vbn_ang=angle（V2）*180/pi;
fprintf（'voltageVbn,magnitude:
%f\nvoltageVbn,angleindegree:
%f',Vbn_abs,Vbn_ang）
V3=Ic*Z6;
Vcn_abs=abs（V3）;
Vcn_ang=angle（V3）*180/pi;
fprintf（'voltageVcn,magnitude:
%f\nvoltageVcn,angleindegree:
%f',Vcn_abs,Vcn_ang）
输出结果
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