電路Matlab仿真實驗報告

1、真誠為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請指正。武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院MATLAB電路仿真實驗報告姓名：班級：學(xué)號：目錄實驗一 直流電路（1）4一、實驗?zāi)康?二、預(yù)習(xí)要求4三、實驗例題4四、實驗內(nèi)容6五、實驗總結(jié)9實驗二 直流電路（2）10一、實驗?zāi)康?0二、預(yù)習(xí)要求10三、實驗示例10四、實驗內(nèi)容13五、實驗總結(jié)18實驗三、正弦穩(wěn)態(tài)19二、預(yù)習(xí)要求19三、實驗示例19四、實驗內(nèi)容23實驗四、交流分析和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)28一、實驗?zāi)康?8二、預(yù)習(xí)要求28三、實驗示例28實驗五、動態(tài)電路32一、實驗?zāi)康?2二、預(yù)習(xí)要求32三、實驗示例32四、實驗內(nèi)容37五、實驗總結(jié)45實驗六、頻率響應(yīng)46一、實驗?zāi)康?6

2、二、預(yù)習(xí)要求46三實驗示例46實驗七 simulink仿真交流電路54一、實驗?zāi)康?4二、實驗內(nèi)容54實驗一 直流電路（1）一、實驗?zāi)康?1.加深對直流電路的節(jié)點(diǎn)電壓法和網(wǎng)孔電流法的理解。 2.學(xué)習(xí)使用MATLAB的矩陣運(yùn)算的方法。二、預(yù)習(xí)要求1.復(fù)習(xí)基爾霍夫KCL和KVL方程及直流電路的相關(guān)內(nèi)容。2.熟悉前面有關(guān)矩陣預(yù)算的內(nèi)容。三、實驗例題1.節(jié)點(diǎn)分析 示例1.1電路如下圖所示，求節(jié)點(diǎn)電壓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(節(jié)點(diǎn)V1,

3、V2和V3: n)v = inv(Y)*I仿真結(jié)果： 節(jié)點(diǎn)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過電阻RB的電流。另外，求10V電壓源提供的功率。解：分析電路得到節(jié)點(diǎn)方程，根據(jù)節(jié)點(diǎn)方程得到矩陣方程，根據(jù)矩陣方程，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 supp

4、lied by 10V source is%8.4fwattsn,PS)仿真結(jié)果為：thecurrentthroughRis0.037Ampsthepowersuppliedby10Vsourceis4.7531watts四、實驗內(nèi)容編寫以下程序，并記錄程序和結(jié)果，寫出簡單注釋。 1. 電阻電路的計算如圖，已知：R1=2，R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2，單位均為歐姆。(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

5、0 0;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)仿真結(jié)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

6、 n,i3)fprintf(i7=%f n,i7)仿真結(jié)果：Us=14.000000 I3=0.500000 i7=0.333333 2.求解電路里的電壓，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)仿真結(jié)果：V1=117.479167VV2=299.770833VV3=193.937500VV4=102.

7、791667VV5=24.000000V3.如圖所示，已知R1=R2=R3=4 Ohms, R4=4 Ohms,控制系數(shù)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)仿真結(jié)果：i1=1.000000 Vi2=1.000000 V五、實驗總結(jié)1、仿真前需進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，列出節(jié)點(diǎn)或回路方程進(jìn)而進(jìn)行矩陣計算。2、熟練矩陣運(yùn)

8、算公式，即：V=inv（Y）*I實驗二 直流電路（2）一、實驗?zāi)康?.加深對戴維南定理、等效變換的了解。2.進(jìn)一步了解MATLAB在直流電路中的應(yīng)用。二、預(yù)習(xí)要求1.復(fù)習(xí)戴維南定理等直流電路的相關(guān)原理。2.了解MATLAB變量生成的應(yīng)用。3.了解數(shù)組的運(yùn)算。三、實驗示例1.戴維南定理如圖所示電路，已知R1=4 Ohms， R2=2 Ohms， R3=4 Ohms；R4=8 Ohms；is1=2A，is2=0.5A.（1）.負(fù)載RL為何值時能獲得最大功率？（2）.研究RL在010 Ohms范圍內(nèi)變化時，其吸收功率的變化情況。Matlab求解：clear,format compactR1=4;R2

9、=2;R3=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./(

10、Req+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);仿真結(jié)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

11、0.3200 0.3054 0.2915（a）功率隨負(fù)載的變化曲線（b）電路對負(fù)載的輸出特性四、實驗內(nèi)容1. 在下圖中，當(dāng)RL從0改變到50千歐，繪制負(fù)載功率損耗。校驗當(dāng)RL=10千歐時的最大功率損耗。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仿真結(jié)果：P = 0.0025p = Columns 1 through 7 0 0.0008 0.0014 0.0018 0.0020

12、 0.0022 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 Co

13、lumns 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. 在圖示電路中，當(dāng)R1取0,2,4,6,10,18,24,42,90和186歐時，求RL的電壓UL，電流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=

14、inv(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仿真結(jié)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

15、.6000 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、電壓U、電流I隨電阻R的變

16、化曲線分別如下圖所示五、實驗總結(jié)1、經(jīng)過這次實驗基本了解了MATLAB變量生成的應(yīng)用。2、經(jīng)過這次實驗更加深刻了戴維南等效電路的原理。3、了解了MATLAB中圖像的生成。實驗三、正弦穩(wěn)態(tài)一、實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)正弦交流電路的分析方法2. 學(xué)習(xí)MATLAB復(fù)數(shù)的運(yùn)算方法二、預(yù)習(xí)要求3. 復(fù)習(xí)有關(guān)正弦交流電路的有關(guān)概念4. 了解有關(guān)相量圖的繪制三、實驗示例 1.如圖所示電路，已知?dú)W姆，歐姆，1/wC=2歐姆，uc=1030 V, 求Ir，Ic，I，Ul，Us，并畫出其相量圖。解：Matlab求解：Z1=3j;Z2=5;Z3=-2j;Uc=10*exp(30j*pi/180);Z23=Z2*Z3/(Z

17、2+Z3);Z=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)仿真結(jié)果：Ic = -2.5000 + 4.3301iIr = 1.7321 + 1.0000iI = -0.7679 + 5.3301iU1 = -15.9904 - 2.3038iUc Ir

18、Ic I u1 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.正弦穩(wěn)態(tài)電路，戴維南定理 如圖所示電路，已知C1=0.5F，R2=R3=2歐姆，L4=1H；US（t）=10+10cost,Is(t)=5+5cos2t,求b，d兩點(diǎn)之間的電壓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;

19、Z3=2,2,2;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)仿真結(jié)果：w Um phi 0.0000 10.0000 01.0000 3.1623 -18.43492.0000 7.0711 -8.13011. 含受控源的電路，戴維南定理如圖所示電路，設(shè)Z1=-J250 Ohms，Z2=250歐姆，Is=20 A，求負(fù)載ZL獲得最大功率時的阻抗值及其吸收功率。解：Matlab求解：

20、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;Zeq=X1(2),PLmax=(abs(Uoc)2/4/real(Zeq)仿真結(jié)果：Uoc = 5.0000e+002 -1.0000e+003iZeq = 5.0000e+0

21、02 -5.0000e+002iPLmax = 625四、實驗內(nèi)容 1.如圖所示電路，設(shè)R1=2歐姆，R2=3歐姆，R3=4歐姆，jXL=j2，-jXC1=-j3，-jXC2=-j5，Us1=80 V,Us2=60 V, Us3=80, Us4=150, 求各支路的電流相量和電壓相量。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;a1

22、3=1/Y3;a21=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仿真結(jié)果：

23、I1 = 1.2250 - 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.含互感的電路：復(fù)功率如圖電路，已知R1=4 歐姆，R2=R3=2歐姆，XL1=10歐姆，XL2=8歐姆，XM=4歐姆，

24、Xc=8歐姆，Us=100 V, Is=100 A。求電壓源、電流源發(fā)出的復(fù)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

25、;a42=1/Y2;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=u

26、c*IS仿真結(jié)果： Pus = 54.0488 - 9.3830iPis = 1.7506e+002 +3.2391e+001i2.正弦穩(wěn)態(tài)電路，求未知參數(shù)如圖所示電路，已知Us=100V，I1=100mA，電路吸收的功率P=6W，XL1=1250歐姆，Xc=750歐姆，電路呈感性，求R3及XL3.3.、正弦穩(wěn)態(tài)電路，利用模值求解如圖所示電路，已知IR=10A，Xc=10歐姆，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-20

27、0)./(-j*XC);X=200./(I-10);XL=imag(X)仿真結(jié)果：XL =5.3590 74.6410實驗四、交流分析和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)一、實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)交流電路的分析方法。2. 學(xué)習(xí)交流電路的MATLAB分析方法。二、預(yù)習(xí)要求1.復(fù)習(xí)有關(guān)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的相關(guān)概念三、實驗示例1.在圖里，如果R1=20歐姆，R2=100歐姆，R3=50歐姆，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;-0.00

28、25*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(voltage v3, magnitude: %f n voltage v3, angle in degree:%f,v3_abs,v3_ang)仿真結(jié)果：voltage v3, magnitude: 1.850409 voltage v3, angle in degree:-72.453299四、實驗內(nèi)容 1.電路顯示如圖，求電流i1(t)和電壓V

29、C（t）.將本題中電路圖改成頻域模型，產(chǎn)生的電路如下圖所示，電阻為歐姆。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_

30、abs,it_ang)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. 在圖里，顯示一個不平衡wye-wye系統(tǒng)，求相電壓Van，Vbn，Vcn.Matlab求解Y=6+13*j 0 0;0 4+6*j

31、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(Y)*v;Van_abs=abs(i(1)*(5+12*j);Van_ang=angle(i(1)*(5+12*j)*180/pi;Vbn_abs=abs(i(2)*(3+4*j);Vbn_ang=angle(i(2)*(3+4*j)*180/pi;Vcn_abs=abs(i(3)*(5-12*j);Vcn_ang=angle(i(3)*(5-12*j)*180/pi;Y=6+13*j 0 0;0 4+2*j 0;0 0 6-12.5*j; c1=110;c2=110*exp(pi*(-120)*j/180);c3=110*exp(pi*120*j/180);i=inv(Y)*v; Van_abs=abs(i(1)*(5+12*j);Van_ang=angle(i(1)*(5+12*j)*180/pi;Vbn_abs=abs(i(2)*(3+4*j); Vbn_ang=angle(i(2)*(3+4*j)*180/pi;Vcn_abs=abs(i(3)*(5-1