武大MATLAB电路仿真实验报告.docx
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武大MATLAB电路仿真实验报告
电路MATLAB
仿真报告
武汉大学电气工程学院
2015级班
刘》》
2015302540》》
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=[40,-10,-30;
-10,30,-5;
-30,-5,65];
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
使用matlab命令为
clear
%初始化阻抗矩阵
Z=[20-120;
-1232-12;
0-1218];
%初始化电压矩阵
V=[1000]';
%解答回路电流
I=inv（Z）*V;
%I3的计算
I3=I
（1）-I
（2）;
fprintf（'thecurrentI3is%8.2fAmps\n',I3）
%U4的计算
U4=8*I
（2）;
fprintf（'thevoltageU4is%8.2fVmps\n',U4）
%U7的计算
U7=2*I（3）;
fprintf（'thevoltageU7is%8.2fVmps\n',U7）
结果
thecurrentI3is0.36Amps
thevoltageU4is2.86Vmps
thevoltageU7is0.48Vmps
clear
%初始化矩阵X
X=[20-10;
-120-12;
0018];
%初始化矩阵Y
Y=[6-166]';
%进行解答
A=inv（X）*Y;
%计算各要求量
Us=A
（2）
I3=A
（1）-0.5
I7=A（3）
结果
Us=14.0000
I3=0.5000
I7=0.3333
2求解电路里的电压
如图1-4（书本16页），求解V1,V2,V3,V4,V5
使用matlab命令为
clear
%初始化节点电压方程矩阵
Z=[0.725-0.125-0.1-5-1.25;
-0.1-0.20.5500;
-0.1250.325-0.201.25;
10-1-10;
00.2-0.201];
I=[06500]';
%解答节点电压U1，U3，U4与Vb，Ia
A=inv（Z）*I;
%最终各电压计算
V1=A
（1）
V2=A
（1）-10*A（5）
V3=A
（2）
V4=A（3）
V5=24
结果
V1=117.4792
V2=299.7708
V3=193.9375
V4=102.7917
V5=24
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.
使用matlab命令为
clear
%初始化节点电压方程矩阵
Z=[0.5-0.250-0.5;
-0.251-10.5;
00.50-1;
1-1-40];
I=[2000]';
%解答节点电压V1，V2及电流I1，I2
A=inv（Z）*I;
%计算未知数
V1=A
（1）
V2=A
（2）
I1=A（3）
I2=A（4）
结果如下：
V1=6
V2=2
I1=1
I2=1
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
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）
RL=
012345678910
p=
Columns1through7
00.69441.02041.17191.23461.25001.2397
Columns8through11
1.21531.18341.14801.1111
A．功率随负载变化曲线
B.电路对负载的输出特性
功率随负载的
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
使用matlab命令为
clear
%定义电压源和电阻值
Us=10;
Rs=10000;
RL=0:
20000;
p=（Us^2.*RL）./（RL+Rs）.^2;
plot（RL,p）;
输出结果为
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。
使用matlab命令为：
clear
%设置元件参数
RL=[02461018244290186];
%列出要求的参数同元件间关系式以得出结果
UL=48*RL./（RL+6）
IL=48./（RL+6）
p=2304*RL./（RL+6）.^2
%画出要求参数随RL变化的曲线
plot（RL,UL,'r+'）
holdon
plot（RL,IL,'m*'）
holdon
plot（RL,p,'ks'）
结果
数据
UL=Columns1through7
012.000019.200024.000030.000036.000038.4000
Columns8through10
42.000045.000046.5000
IL=Columns1through7
8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000
Columns8through10
1.00000.50000.2500
p=Columns1through7
072.000092.160096.000090.000072.000061.4400
Columns8through10
42.000022.500011.6250
UL=Columns1through7
012.000019.200024.000030.000036.000038.4000
Columns8through10
42.000045.000046.5000
IL=Columns1through7
8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000
Columns8through10
1.00000.50000.2500
p=Columns1through7
072.000092.160096.000090.000072.000061.4400
Columns8through10
42.000022.500011.6250
UL=Columns1through7
012.000019.200024.000030.000036.000038.4000
Columns8through10
42.000045.000046.5000
IL=Columns1through7
8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000
Columns8through10
1.00000.50000.2500
p=Columns1through7
072.000092.160096.000090.000072.000061.4400
Columns8through10
42.000022.500011.6250
UL=Columns1through7
012.000019.200024.000030.000036.000038.4000
Columns8through10
42.000045.000046.5000
IL=Columns1through7
8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000
Columns8through10
1.00000.50000.2500
p=Columns1through7
072.000092.160096.000090.000072.000061.4400
Columns8through10
42.000022.500011.6250
UL=Columns1through7
012.000019.200024.000030.000036.000038.4000
Columns8through10
42.000045.000046.5000
IL=Columns1through7
8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000
Columns8through10
1.00000.50000.2500
p=Columns1through7
072.000092.160096.000090.000072.000061.4400
Columns8through10
42.000022.500011.6250
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=[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;
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。
使用matlab命令为
clear
%定义各阻抗和电压源
R1=2;R2=3;R3=4;ZL=2*j;ZC1=-3*j;ZC2=-5*j;
Us1=8*exp（0）;Us2=6*exp（0）;Us3=8*exp（0）;Us4=15*exp（0）;
%定义节点电压方程的自导互导矩阵和电流矩阵
Z=[1/R1+1/R2+1/ZL+1/ZC1-（1/ZC1+1/R2）;
-（1/R2+1/ZC1）1/R2+1/R3+1/ZC1+1/ZC2];
I=[Us1/ZL+Us2/R2;
-Us2/R2+Us3/R3+Us4/ZC2];
%利用上面两个矩阵和节点电压之间的关系计算节点电压
U=inv（Z）*I;
%利用各要求参数与节点电压间关系求各参数
ua=U
（1）
ub=U
（2）
I1=U
（1）/（R1*ZL/（R1+ZL））
I2=（U
（2）-U
（1））/ZC1
I3=-U
（2）/（R3*ZC2/（R3+ZC2））
I1R=U
（1）/R1
I1L=（U
（1）-Us1）/ZL
I2R=（U
（1）-U
（2）-Us2）/R2
I1C=（U
（1）-U
（2））/ZC1
I3R=（U
（2）-Us3）/R3
I2C=（U
（2）-Us4）/ZC2
ha=compass（[ua,ub,I1,I2,I3,I1R,I1L,I2R,I1C,I3R,I2C]）
结果如下：
数据
ua=3.7232-1.2732i
ub=4.8135+2.1420i
I1=1.2250-2.4982i
I2=-1.1384+0.3634i
I3=-0.7750-1.4982i
I1R=1.8616-0.6366i
I1L=-0.6366+2.1384i
I2R=-2.3634-1.1384i
I1C=1.1384-0.3634i
I3R=-0.7966+0.5355i
I2C=-0.4284-2.0373i
ha=196.0040
197.0040
198.0040
199.0040
200.0040
201.0040
202.0040
203.0040
204.0040
205.0040
206.0040
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。
使用matlab命令为
clear
%定义各阻抗和电源
R1=4;R2=2;R3=2;ZL1=10i;ZL2=8i;ZM=4i;ZC=-8i;Us=10;Is=10;
Y1=1/（R1*ZC/（R1+ZC））;
Y2=1/（ZL1-ZM）;
Y3=1/ZM;
Y4=1/（R2+ZL2-ZM）;
Y5=1/R3;
%定义节点电压矩阵
Y=[Y1+Y2-Y20;
-Y2Y2+Y3+Y4-Y4;
0-Y4Y4+Y5];
I=[Us/R10Is]';
U=inv（Y）*I;
Pus=Us*（Us-U
（1））/R1
Pis=U（3）*Is
结果如下：
Pus=-4.0488+9.3830i
Pis=1.7506e+002+3.2391e+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
使用matlab命令为：
ZL1=1250*i;Us=60+80i;ZC=-750*i;I1=0.1;
Z3=（Us-I1*ZL1）/（I1-（（Us-I1*ZL1）/ZC））
结果
Z3=4.5000e+002+9.7500e+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
使用matlab命令为：
clear
XL1=2000/（200-100*1.732）
XL2=2000/（200+100*1.732）
结果如下：
XL1=74.6269
XL2=5.3591
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=250µ
F,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
clear
Z=[10-7.5i5i-6;
5i-616+3i];
U=[5;-2*exp（pi*75*i/180）];
I=inv（Z）*U;
i1=I
（1）;
vc=（I
（1）-I
（2））*（-10i）;
i1_abs=abs（i1）
i1_ang=angle（i1）*180/pi
vc_abs=abs（vc）
vc_ang=angle（vc）*180/pi
结果如下：
µ
i1_abs=0.3877
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