武大MATLAB电路仿真实验报告.docx

1、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 -0.1000 0.1450 -0.0250 -0.0500 -0.0250 0.0750节点v1，v2和v3： v = 404.2857 350.0000 412.857

2、12 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(the current through R is %8.3f Amps n,IRB)ps=I(1)*10;fprintf(the power supplied by 10v source is %8.4f wattsn,ps)结果为：the curr

3、ent through R is 0.037 Ampsthe power supplied by 10V source is 4.7531 watts三 实验内容1 根据书本15页电路图，求解电阻电路，已知：R1=2,R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2(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 -12 0; -12 32 -12; 0 -12 18;% 初始化电压矩阵V=10 0 0;% 解答回路电流I=inv(Z)*V;% I3的计算I3=I(1)-I(2);fpri

4、ntf(the current I3 is %8.2f Ampsn,I3)% U4的计算U4=8*I(2);fprintf(the voltage U4 is %8.2f Vmpsn,U4)% U7的计算U7=2*I(3);fprintf(the voltage U7 is %8.2f Vmpsn,U7)结果the current I3 is 0.36 Ampsthe voltage U4 is 2.86 Vmpsthe voltage U7 is 0.48 Vmpsclear% 初始化矩阵XX=20 -1 0; -12 0 -12; 0 0 18;% 初始化矩阵YY=6 -16 6;% 进行

5、解答A=inv(X)*Y;% 计算各要求量Us=A(2)I3=A(1)-0.5I7=A(3)结果Us = 14.0000I3 = 0.5000I7 =0.33332 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 -0.2 0.55 0 0; -0.125 0.325 -0.2 0 1.25; 1 0 -1 -1 0; 0 0.2 -0.2 0 1;I=0 6 5 0 0;% 解答节点电压U1，U3，U4与Vb，IaA=inv(Z)*I;%

6、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 =117.4792V2 = 299.7708V3 =193.9375V4 =102.7917V5 = 243 如图1-5（书本16页），已知R1=R2=R3=4,R4=2,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 -0.25 0 -0.5; -0.25 1 -1 0.5; 0 0.5 0 -1; 1 -1 -4 0;I=2 0 0 0;% 解答节点电压V1，V2及电流I1，I2A=inv(Z)*I;% 计

7、算未知数V1=A(1)V2=A(2)I1=A(3)I2=A(4)结果如下：V1 =6V2 =2I1 = 1I2 =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,format compactR1=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

8、;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)2;RL=0:10,p=(RL*uoc./(Req+RL).*uoc./(Req+RL),figure(1),plot(RL,p),gridfor k=1:21ia(k)=(k-1)*0.1;X=AB*is1;is2;ia(k);u(k)=X(3);endfigure(2),plot(ia,u,x),gr

9、idc=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 = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10p = Columns 1 through 7 0 0.6944 1.0204 1.1719 1.2346 1.2500 1.2397 Columns 8 through 111.2153 1.1834 1.1480 1.1111A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50k，校验RL为10k的时候的最大功率损耗使用matlab

10、命令为clear% 定义电压源和电阻值Us=10;Rs=10000;RL=0:20000;p=(Us2.*RL)./(RL+Rs).2;plot(RL,p);输出结果为Maximum power occur at 10000.00hmsMaximum power dissipation is 0.0025Watts2 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186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=0 2 4 6 10 18 24 42 90 186;% 列出要求的参数同元件间关

11、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+)hold onplot(RL,IL,m*)hold onplot(RL,p,ks)结果数据UL =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 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000

12、 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p = 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 11.6250UL = 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 46.5000

13、IL =Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p =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 11.6250UL =Columns 1 through 7 0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.

14、4000 Columns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p = 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 11.6250UL = Columns 1 thr

15、ough 7 0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Columns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p = Columns 1 through 7 0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8

16、through 10 42.0000 22.5000 11.6250UL =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 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p = Columns 1 through 7 0 72.0000

17、 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 1042.0000 22.5000 11.6250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=5,L=3，1/c=2，uc=1030V,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=I

18、c+Ir,U1=I*Z1,Us=I*Zdisp(Uc Ir Ic I U1 Us)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 + 4.3301iIr = 1.7321 + 1.0000iI = -0.7679 + 5.3301iU1 = -15.9904 - 2.3038iUs = -7.3301 + 2.6962iUc Ir Ic I U1 Us幅值 10.0

19、000 2.0000 5.0000 5.3852 16.1555 7.8102相角 30.0000 30.0000 120.0000 -171.8014 159.80562 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=2,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,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;Uoc=(Z2./(Z1+

20、Z2)-Z4./(Z3+Z4).*Us;Zep=Z3.*Z4./(Z3+Z4)+Z1.*Z2./(Z1+Z2);U=Is.*Zep+Uoc;disp(w Um phi)disp(w,abs(U),angle(U)*180/pi)w Um phi 0.0000 10.0000 0 1.0000 3.1623 -18.43492.0000 7.0711 -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=-j250,Z2=250,Is=20,求负载Zl获得最大

21、功率时的阻抗值及其吸收的功率，使用matlab命令为clear,format 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;Zep=X1(2),Plmax=(abs(Uoc)2/4/real(Zep)Uoc = 5.0000e+002 -1.0000

22、e+003iZep = 5.0000e+002 -5.0000e+002iPlmax = 625三 实验内容1 如图3-5所示（图见25页），设R1=2,R2=3,R3=4,jxl=j2，-jxc1=-j3，-jxc2=-j5，s1=80，s2=60，s3=80，s4=150，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/

23、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)/ZC1I3=-U(2)/(R3*ZC2/(R3+ZC2)I1R=U(1)/R1I1L=(U(1)-Us1)/ZLI2R=(U(1)-U(2)-Us2)/R2I1C=

24、(U(1)-U(2)/ZC1I3R=(U(2)-Us3)/R3I2C=(U(2)-Us4)/ZC2ha=compass(ua,ub,I1,I2,I3,I1R,I1L,I2R,I1C,I3R,I2C)结果如下：数据ua =3.7232 - 1.2732iub = 4.8135 + 2.1420iI1 =1.2250 - 2.4982iI2 = -1.1384 + 0.3634iI3 = -0.7750 - 1.4982iI1R = 1.8616 - 0.6366iI1L =-0.6366 + 2.1384iI2R =-2.3634 - 1.1384iI1C = 1.1384 - 0.3634iI

25、3R = -0.7966 + 0.5355iI2C = -0.4284 - 2.0373iha =196.0040 197.0040 198.0040 199.0040 200.0040 201.0040 202.0040 203.0040 204.0040 205.0040 206.00402 含互感的电路：复功率如图3-6所示（书本26页），已知R1=4,R2=R3=2,XL1=10,XL2=8,XM=4,XC=8,S=100V,S=100A。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

26、;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 -Y2 0; -Y2 Y2+Y3+Y4 -Y4; 0 -Y4 Y4+Y5;I=Us/R1 0 Is;U=inv(Y)*I;Pus=Us*(Us-U(1)/R1Pis=U(3)*Is结果如下：Pus =-4.0488 + 9.3830iPis = 1.7506e+002 +3.2391e+001i3 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,XL

27、1=1250,XC=750,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+002i4 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=10,并且U1=U2=200V,求XL使用matlab命令为：clearXL1=2000/(200-100*1.732)XL2=2000/(200+100*1.732)结果如下：XL1 = 74.6269XL2 =5.3591实验

28、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=20，R2=100,R3=50,并且L1=4H,L2=8H以及C1=250F,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

29、=c100;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)voltage V3,magnitude:1.850409 voltage V3,angle in degree:-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clearZ=10-7.5i 5i-6; 5i-6 16+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/pivc_abs=abs(vc)vc_ang=angle(vc)*180/pi结果如下：i1_abs = 0.3877