电路Matlab仿真实验报告.docx

1、电路Matlab仿真实验报告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;-0.1 0.145 -0.025;-0.05 -0.025 0.075 ;I = 5; 0; 2 ;fprintf(节点V1,V2和V

2、3: n)v = inv(Y)*I仿真结果： 节点V1,V2和V3: v = 404.2857 350.0000 412.85712、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(thecurrentthroughRis%8.3fAmpsn,IRB)PS=I(1)*10;fprintf(thepower supplied

3、 by 10V source is%8.4fwattsn,PS)仿真结果为：thecurrentthroughRis0.037Ampsthepowersuppliedby10Vsourceis4.7531watts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 -12 0;-12 32 -12; 0 -12 18;V = 10 0 0;

4、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=0.357143 u4=2.857143 u7=0.476190（2）解：Matlab求解：Z = 0 8 0;-12 32 -12; 0 -12 18;V = 4 0 0;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,i

5、3)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，V2V5Y=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=0-200-120024;V=inv(Y)*I;fprintf(V1=%fVnV2=%fVnV3=%fVnV4=%fVnV5=%fVn,V(1),V(2),V(3),V(4),V(5)仿真结果：V1=117.479167VV2=299.770833VV3=193.937500VV4=102.7916

6、67VV5=24.000000V3.如图所示，已知R1=R2=R3=4 Ohms, R4=4 Ohms,控制系数K1=0.5， K2=4，is=2A,求i1和i2。解：Matlab求解：Z = 1 0 0 0; -4 16 -8 -4; 0 0 1 0.5; 0 -8 4 6;V = 2 0 0 0;I = inv(Z)*V;i1 = I(2)-I(3);i2 = I(4);fprintf(i1=%f Vni2=%f Vn,i1,i2)仿真结果：i1=1.000000 Vi2=1.000000 V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，

7、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=4 Ohms， R2=2 Ohms， R3=4 Ohms；R4=8 Ohms；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010 Ohms范围内变化时，其吸收功率的变化情况。Matlab求解：clear,format compactR1=4;R2=2;R

8、3=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=AB*is1;is2;0;uoc=X1(3)X2=AB*0;0;1;Req=X2(3)RL=Req;P=uoc2*RL/(Req+RL)2RL=0:10,p=(RL*uoc./(Req+RL).*uoc./(Req+

9、RL),figure(1),plot(RL,p),gridfor k=1:21 ia(k)=(k-1)*0.1; X=AB*is1;is2;ia(k); u(k)=X(3);endfigure(2),plot(ia,u,x),gridc=polyfit(ia,u,1);仿真结果：uoc = 2.3333Req = 3.6667P = 0.3712RL = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10p = Columns 1 through 7 0 0.2500 0.3391 0.3675 0.3705 0.3624 0.3496 Columns 8 through 110.3350 0.32

10、00 0.3054 0.2915（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=U2*(RL*1000)/(R+RL)*1000)2RL=0:50;p=(RL*1000*U./(R+RL)*1000).*U./(R+RL)*1000)figure(1),plot(RL,p),grid仿真结果：P = 0.0025p = Columns 1 through 7 0 0.0008 0.0014 0.0018 0.0020 0.0

11、022 0.0023 Columns 8 through 14 0.0024 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 Columns 15 through 21 0.0024 0.0024 0.0024 0.0023 0.0023 0.0023 0.0022 Columns 22 through 28 0.0022 0.0021 0.0021 0.0021 0.0020 0.0020 0.0020 Columns 29 through 35 0.0019 0.0019 0.0019 0.0018 0.0018 0.0018 0.0018 Column

12、s 36 through 42 0.0017 0.0017 0.0017 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 Columns 43 through 49 0.0016 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0014 0.0014 Columns 50 through 51 0.0014 0.00142. 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 -1/2 0; 1/2 -33/24 5/6; 0 1 -1;I=15 0 0; U=inv(

13、A)*I; us=U(3); R=6;Z=0 2 4 6 10 18 24 42 90 186;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),gridfigure(2),plot(RL,u),gridfigure(3),plot(RL,p),grid仿真结果：RL = 0 2 4 6 10 18 24 42 90 186i = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.600

14、0 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500u = Columns 1 through 7 0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Columns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000p = Columns 1 through 7 0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 10 42.0000 22.5000 11.6250功率P、电压U、电流I随电阻R的变化曲线分

15、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.了解有关相量图的绘制三、实验示例 1.如图所示电路，已知欧姆，欧姆，1/wC=2欧姆，uc=1030 V, 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=

16、Z1+Z23;Ic=Uc/Z3,Ir=Uc/Z2,I=Ic+Ir,U1=I*Z1,Us=I*Z;disp(Uc Ir Ic I u1 Us)disp(),disp(abs(Uc,Ir,Ic,I,U1,Us)disp(),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 + 4.3301iIr = 1.7321 + 1.0000iI = -0.7679 + 5.3301iU1 = -15.9904 - 2.3038iUc Ir Ic I u1

17、Us幅值 10.0000 2.0000 5.0000 5.3852 16.1555 7.8102相角 30.0000 30.0000 120.0000 98.1986 -171.8014 159.80562.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,format compactw=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

18、;Uoc=(Z2./(Z1+Z2)-Z4./(Z3+Z4).*Us;Zeq=Z3.*Z4./(Z3+Z4)+Z1.*Z2./(Z1+Z2);U=Is.*Zeq+Uoc;disp( w Um phi )disp(w,abs(U),angle(U)*180/pi)仿真结果：w Um phi 0.0000 10.0000 01.0000 3.1623 -18.43492.0000 7.0711 -8.13011.含受控源的电路，戴维南定理如图所示电路，设Z1=-J250 Ohms，Z2=250欧姆，Is=20 A，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,for

19、mat compactZ1=-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=AB*Is;0;Uoc=X0(2),X1=AB*0;1;Zeq=X1(2),PLmax=(abs(Uoc)2/4/real(Zeq)仿真结果：Uoc = 5.0000e+002 -1.0000e+003iZeq = 5.0000e+002 -5.000

20、0e+002iPLmax = 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=80 V,Us2=60 V, Us3=80, Us4=150, 求各支路的电流相量和电压相量。解：Matlab求解：clear,format compactR1=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;a2

21、1=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 = 1.22

22、50 - 2.4982iI2 = -0.7750 + 1.5018iI3 = -0.7750 - 1.4982iua = 3.7232 - 1.2732iub = 4.8135 + 2.1420iI1R = 1.8616 - 0.6366iI1L = 0.6366 - 2.1384iI2R = 2.3634 + 1.1384iI2C = 1.1384 - 0.3634iI3R = 0.7966 - 0.5355iI3C = 0.4284 + 2.0373i2.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

23、=100 V, Is=100 A。求电压源、电流源发出的复功率。解：Matlab求解：clear,format compactR1=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

24、;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*IiPis=uc*IS仿真结果：

25、 Pus = 54.0488 - 9.3830iPis = 1.7506e+002 +3.2391e+001i2.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：clearU2=200;IR=10;R=U2/IR;XC=10;U=200*exp(-150j*pi/180);200*exp(-30j*pi/180);I=(U-200)./(-j*X

26、C);X=200./(I-10);XL=imag(X)仿真结果：XL =5.3590 74.6410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=10 rad/s. 解：Matlab求解：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

27、*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(voltage v3, magnitude: %f n voltage v3, angle in degree:%f,v3_abs,v3_ang)仿真结果：voltage v3, magnitude: 1.850409 voltage v3, angle in degree:-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

28、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=1 1 -1;6-5*j 0 4-2.5*j;6-5*j -10-8*j 0;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(voltage it,magnitude: %f n voltage it,angle in degree: %f ,it_abs,it_ang)

29、voltage it,magnitude: 0.387710 voltage it,angle in degree: 15.019255 fprintf(voltage Vc,magnitude: %f n voltage Vc,angle in degree: %f ,Vc_abs,Vc_ang)voltage Vc,magnitude: 4.218263 voltage Vc,angle in degree: -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*j 0 0;0 4+6*j 0;0 0 6-12.5*j;c1=110;c2=110*exp(pi*(-120)*j/180);c3=110*exp(pi*120*j/180);v=c1;c2;c3;i=inv(