电路Matlab仿真实验报告.docx
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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;
-0.10.145-0.025;
-0.05-0.0250.075];
I=[5;0;2];
fprintf（'节点V1,V2和V3:
\n'）
v=inv（Y）*I
仿真结果：
节点V1,V2和V3:
v=
404.2857350.0000412.8571
2、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（'the current through R is %8.3f Amps \n',IRB）
PS=I
（1）*10;
fprintf（'the powersuppliedby10Vsourceis %8.4f watts\n',PS）
仿真结果为：
the current through R is 0.037 Amps
the power supplied by 10V source is 4.7531 watts
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=[20-120;
-1232-12;
0-1218];
V=[1000]';
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=0.357143u4=2.857143u7=0.476190
（2）解：
Matlab求解：
Z=[080;-1232-12;0-1218];
V=[400]';
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',i3）
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，V2…V5
Y = [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 -120 0 24]';
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.如图所示，已知R1=R2=R3=4Ohms,R4=4Ohms,控制系数K1=0.5，K2=4，is=2A,求i1和i2。
解：
Matlab求解：
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
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，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=4Ohms，R2=2Ohms，R3=4Ohms；R4=8Ohms；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0~10Ohms范围内变化时，其吸收功率的变化情况。
Matlab求解：
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
0.33500.32000.30540.2915
（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=U^2*（RL*1000）/（（R+RL）*1000）^2
RL=0:
50;p=（RL*1000*U./（（R+RL）*1000））.*U./（（R+RL）*1000）
figure
（1）,plot（RL,p）,grid
仿真结果：
P=
0.0025
p=
Columns1through7
00.00080.00140.00180.00200.00220.0023
Columns8through14
0.00240.00250.00250.00250.00250.00250.0025
Columns15through21
0.00240.00240.00240.00230.00230.00230.0022
Columns22through28
0.00220.00210.00210.00210.00200.00200.0020
Columns29through35
0.00190.00190.00190.00180.00180.00180.0018
Columns36through42
0.00170.00170.00170.00160.00160.00160.0016
Columns43through49
0.00160.00150.00150.00150.00150.00140.0014
Columns50through51
0.00140.0014
2.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=[3/4-1/20;
1/2-33/245/6;
01-1];
I=[1500]';U=inv（A）*I;us=U（3）;R=6;
Z=[02461018244290186];
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）,grid
figure
（2）,plot（RL,u）,grid
figure（3）,plot（RL,p）,grid
仿真结果：
RL=
02461018244290186
i=
Columns1through7
8.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000
Columns8through10
1.00000.50000.2500
u=
Columns1through7
012.000019.200024.000030.000036.000038.4000
Columns8through10
42.000045.000046.5000
p=
Columns1through7
072.000092.160096.000090.000072.000061.4400
Columns8through10
42.000022.500011.6250
功率P、电压U、电流I随电阻R的变化曲线分别如下图所示
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ＭＡＴＬＡＢ有关相量图的绘制
三、实验示例
1.如图所示电路，已知Ｒ＝５欧姆，ｗＬ＝３欧姆，1/wC=2欧姆，uc=10∠30V,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=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.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,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
1.含受控源的电路，戴维南定理
如图所示电路，设Z1=-J250Ohms，Z2=250欧姆，Is=2∠0A，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,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
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=8∠0V,Us2=6∠0V,Us3=8∠0,Us4=15∠0,求各支路的电流相量和电压相量。
解：
Matlab求解：
clear,formatcompact
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/ZC1+1/R2;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=（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=
1.2250-2.4982i
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=
0.6366-2.1384i
I2R=
2.3634+1.1384i
I2C=
1.1384-0.3634i
I3R=
0.7966-0.5355i
I3C=
0.4284+2.0373i
2.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=10∠0V,Is=10∠0A。
求电压源、电流源发出的复功率。
解：
Matlab求解：
clear,formatcompact
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/（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;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*Ii
Pis=uc*IS
仿真结果：
Pus=
54.0488-9.3830i
Pis=
1.7506e+002+3.2391e+001i
2.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：
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=5.359074.6410
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=10rad/s.
解：
Matlab求解：
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
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=[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>>
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*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（
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