武大电气matlab电路仿真实验报告90分精品.docx

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武大电气matlab电路仿真实验报告90分精品

武汉大学

电气工程学院

MATLAB电路仿真实验报告

姓名：

XXX

学号：

2014302540XXX

班级：

X班

实验一直流电路

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MATLAB的矩阵运算方法。

二、实验示例

1、节点分析

示例一

电路如图所示，求节点电压V1、V2和V3。

MATLAB求解：

Y=[0.15-0.1-0.05;

-0.10.145-0.025;

-0.05-0.0250.075];

I=[5;

0;

2];

fprintf（'½ÚµãV1,V2ºÍV3:

\n'）

v=inv（Y）*I

仿真结果：

节点V1,V2和V3:

v=

404.2857

350.0000

412.8571

2、回路分析

示例二

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。

MATLAB求解：

Z=[40-10-30;

-1030-5;

-30-565];

V=[1000]';

I=inv（Z）*V;

IRB=I（3）-I

（2）;

fprintf（'thecurrentthroughRis%8.3fAmps\n',IRB）

PS=I

（1）*10;

fprintf（'thepowerbuppliedby10Vsourceis%8.4fwatts\n',PS）

仿真结果：

thecurrentthroughRis0.037Amps

thepowerbuppliedby10Vsourceis4.7531watts

三、实验内容：

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.

（1）如Us=10V,求i3,u4,u7;

（2）如U4=4V,求Us,i3,i7.

（1）

Z=[20-120;

-1232-12;

0-1218];

V=[1000];

I=inv（Z）*V'

%通过R3的电流i3的计算

i3=I

（1）-I

（2）;

fprintf（'thei3is%8.4fA\n',i3）

%R4的电压u4的计算

u4=8*I

（2）;

fprintf（'theu4is%8.4fV\n',u4）

%R7的电压u7的计算

u7=2*I（3）;

fprintf（'theu7is%8.4fV\n',u7）

仿真结果：

thei3is0.3571A

theu4is2.8571V

theu7is0.4762V

（2）

Z=[200-1;

-12-120;

0180];

V=[6-166];

H=inv（Z）*V'

%电压源的电压Us的计算

Us=H（3）;

fprintf（'theUsis%8.4fV\n',Us）

%通过R3的电流i3的计算

i3=H

（1）-0.5;

fprintf（'thei3is%8.4fA\n',i3）

%R7的电压i7的计算

i7=H

（2）;

fprintf（'thei7is%8.4fV\n',i7）

仿真结果：

theusis14.0000V

thei3is0.5000V

thei7is0.3333A

2、求解电路里的电压，例如V1,V2,……V5.

Y=[1-12-20;

05-1380;

204-110;

176-55-1960;

00001];

I=[0-200-120024]';

V=inv（Y）*I;

fprintf（'V1=%fV\nV2=%fV\nV3=%fV\nV4=%fV\nV5=%fV\n',V

（1）,V

（2）,V（3）,V（4）,V（5））

仿真结果：

V1=117.479167V

V2=299.770833V

V3=193.937500V

V4=102.791667V

V5=24.000000V

3、如图，已知R1=R2=R3=4,R4=2,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2,求i1和i2.

Z=[1000;

-416-8-4;

0010.5;

0-846];

V=[2000]';

I=inv（Z）*V;

i1=I

（2）-I（3）;

i2=I（4）;

fprintf（'i1=%fV\ni2=%fV\n',i1,i2）

仿真结果：

i1=1.000000V

i2=1.000000V

实验二直流电路

（2）

一、实验目的：

1、加深对戴维南定律，等效变换等的了解。

2、进一步了解MATLAB在直流电路的应用。

二、实验示例

1、戴维南定理

如图所示电路，已知R1=4Ω，R2=2Ω，R3=4Ω，R4=8Ω;is1=2A,is2=0.5A。

（1）负载RL为何只是能获得最大功率？

（2）研究RL在0~10Ω范围内变化时，其吸收功率的情况。

MATLAB仿真：

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/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=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）;

仿真结果：

uoc=

2.3333

Req=

3.6667

P=

0.3712

RL=

012345678910

p=

Columns1through7

00.25000.33910.36750.37050.36240.3496

Columns8through11

0.33500.32000.30540.29

三、实验内容

1、在图2-3，当RL从0改变到50KΩ，绘制负载功率损耗。

检验当RL=10KΩ的最大功率损耗。

US=10;

RS=10000;

RL=0:

100:

50000;

p=（RL*US./（RS+RL）.*US./（RS+RL））;

figure

（1）,plot（RL,p）,grid

Maximunpoweroccursat10000.00Ohms

Maximunpowerdissipationis0.0025Watts

2、在如图所示电路中，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。

R1=5;R2=20;R3=2;R4=24;R5=1.2;

is=15;k=0;

a11=1/R1+1/R2+1/R3;a12=-1/R3;

a21=-1/R3;a22=1/R3+1/R4+k/R5;

A=[a11,a12;a21,a22];

B=[1,0;0,1];

X1=A\B*[is;0];

uoc=X1

（2）;

k=1;a22=1/R3+1/R4+k/R5;

A=[a11,a12;a21,a22];

X2=A\B*[is;0];

Req=R5*uoc/X2

（2）;

Z=[02461018244290186];

RL=Z（1,:

）,

i=uoc./（Req+RL）

u=uoc.*RL./（Req+RL）

p=（RL.*uoc./（Req+RL））.*uoc./（Req+RL）

figure

（1）,plot（RL,i）,grid

figure

（2）,plot（RL,u）,grid

figure（3）,plot（RL,p）,grid

仿真结果：

RL=

02461018244290186

i=

1至7列

8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000

8至10列

1.00000.50000.2500

u=

1至7列

012.000019.200024.000030.000036.000038.4000

8至10列

42.000045.000046.5000

p=

1至7列

072.000092.160096.000090.000072.000061.4400

8至10列

42.000022.500011.6250

实验三正弦稳态

一、实验目的：

1．学习正弦稳态电路的分析方法。

2．学习MATLAB复数的运算方法。

二、实验示例

1、如图所示电路，已知R=5Ω，wL=3Ω，1/wC=2Ω，uc=10∠30°V，求Ir，Ic，I和UL,Us。

并画出其向量图。

Matlab程序：

Z1=3j;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（'·ùÖµ'）,disp（abs（[Uc,Ir,Ic,I,U1,Us]））

disp（'Ïà½Ç'）,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+4.3301i

Ir=

1.7321+1.0000i

I=

-0.7679+5.3301i

U1=

-15.9904-2.3038i

UcIrIcIu1Us

幅值

10.00002.00005.00005.385216.15557.8102

相角

30.000030.0000120.000098.1986-171.8014159.8056

2、如图所示电路，已知C1=0.5F,R2=R3=2Ω，L4=1H;Us（t）=10+10cost,Is（t）=5+5cos2t,求b，d两点时间的电压U（t）。

MATLAB仿真：

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;

Zeq=Z3.*Z4./（Z3+Z4）+Z1.*Z2./（Z1+Z2）;

U=Is.*Zeq+Uoc;

disp（'wUmphi'）

disp（[w',abs（U'）,angle（U'）*180/pi]）

仿真结果：

wUmphi

0.000010.00000

1.00003.1623-18.4349

2.00007.0711-8.1301

3、含受控源的电路：

戴维南定理

如图所示电路，设Z1=-j250Ω，Z2=250Ω，Is=2∠0°A，球负载ZL获得最大功率时的阻抗值及其吸收功率。

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];Zeq=X1

（2）,

PLmax=（abs（Uoc））^2/4/real（Zeq）

仿真结果：

Uoc=

5.0000e+002-1.0000e+003i

Zeq=

5.0000e+002-5.0000e+002i

PLmax=

625

三、实验内容

1、如图所示电路，设R1=2,R2=3,R3=4,jxl=j2,-jXC1=-j3,-jXC2=-j5,Us1=8∠0°V,Us2=6∠0°,Us3=∠0°,Us4=15∠0°,求各电路的电流相量和电压向量。

R1=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/R2+1/ZC1;Y3=1/R3+1/ZC2;

a11=1/Y1;a12=1/Y2;a13=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=ua./ZL

I2R=（Us2+ub-ua）/R2

I2C=（ua-ub）./ZC1

I3R=（Us3-ub）/R3

I3C=（Us4-ub）./ZC2

ha=compass（[ua,ub,I1R,I1L,I2R,I2C,I3R,I3C]）;

set（ha,'linewidth',3）

程序运行结果：

I1=

1.2250-2.4982i

I2=

-0.7750+1.5018i

I3=

-0.7750-1.4982i

ua=

3.7232-1.2732i

ub=

4.8135+2.1420i

I1R=

1.8616-0.6366i

I1L=

-0.6366-1.8616i

I2R=

2.3634+1.1384i

I2C=

1.1384-0.3634i

I3R=

0.7966-0.5355i

I3C=

0.4284+2.0373i

2、含电感的电路：

复功率

如图，已知R1=4,R2=R3=2,XL1=10,XL2=8,XM=4,Xc=8,Us=10∠0°V,Is=10∠0°A.求电压源，电压源发出的复功率。

R1=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/（R2+j*（XL2-XM））;Y5=1/R3;

a11=1/Y1+1/Y2+1/Y3;a12=-1/Y3;

a21=-1/Y3;a22=1/Y3+1/Y4+1/Y5;

A=[a11,a12;a21,a22];

B=[US/（Y1*R1）;-IS/Y5];

I=inv（A）*B;

ua=US/（R1*Y1）-I

（1）/Y1;

uc=IS/Y5+I

（2）/Y5;

Pus=US*（US-ua）/R1

Pis=uc*IS

程序运行结果：

Pus=

-4.0488+9.3830i

Pis=

1.7506e+02+3.2391e+01i

3、正弦稳态电路：

求未知参数

如图3-6所示电路，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XL3。

ZL1=1250;ZC=750;

US=60+j*80;I1=0.1;

U1=I1*j*ZL1;

U2=US-U1;

I2=U2/（-j*ZC）;

U3=U2;

I3=I1-I2;

Z3=U3/I3

R3=real（Z3）

XL3=imag（Z3）

程序运行结果：

Z3=

7.5000e+02+3.7500e+02i

R3=

750

XL3=

375

4、正弦稳态电路，利用模值求解

如图所示电路，已知IR=10A，Xc=10Ω，并且U1=U2=200V，求XL。

clear

U2=200;IR=10;R=U2/IR;XC=10;

U=[200*exp（-150j*pi/180）;200*exp（-30j*pi/180）];

I=（U-200）./（-j*XC）;

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、实验示例

1、如图，如果R1=20Ω，R2=100Ω，R3=50Ω，并且L1=4H，L2=8H以及C1=250Uf，求v3（t），其中w=10rad/s。

Y=[0.05-0.0225*j0.025*j-0.0025*j;

0.025*j0.01-0.0375*j0.0125*j;

-0.0025*j0.0125*j0.02-0.01*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）

仿真结果：

voltagev3,magnitude:

1.850409

voltagev3,angleindegree:

-72.453299

三、实验内容

1、电路显示如图所示，求电流i1（t）和电压uc（t）

Y=[11-1;6-5*j04-2.5*j;6-5*j-10-8*j0];

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（'voltageit,magnitude:

%f\nvoltageit,angleindegree:

%f',it_abs,it_ang）

voltageit,magnitude:

0.387710

voltageit,angleindegree:

15.019255

fprintf（'voltageVc,magnitude:

%f\nvoltageVc,angleindegree:

%f',Vc_abs,Vc_ang）

voltageVc,magnitude:

4.218263

voltageVc,angleindegree:

-40.861691

2、如图，显示一个不平衡wye-wye系统，求相电压VAN，VBN和VCN。

Y=[6+13*j00;04+6*j0;006-12.5*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*j00;04+2*j0;006-12.5*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）*（5-12*j））;

Vcn_ang=angle（i（3）*（5-12*j））*180/pi;

fprintf（'voltageVan,magnitude:

%f\nvoltageVan,angleindegree:

%f',Van_abs,Van_ang）;

voltageVan,magnitude:

99.875532

voltageVan,angleindegree:

2.155276

fprintf（'voltageVbn,magnitude:

%f\nvoltageVbn,angleindegree:

%f',Vbn_abs,Vbn_ang）;

voltageVbn,magnitude:

122.983739

voltageVbn,angleindegree:

-93.434949

fprintf（'voltageVcn,magnitude:

%f\nvoltageVcn,angleindegree:

%f',Vcn_abs,Vcn_ang）;

voltageVcn,magnitude:

103.134238

voltageVcn,angleindegree:

116.978859

实验五动态电路

一、实验目的

1、学习动态电路的分析方法。

2、学习动态电路的MATLAB