武大电气-Matlab电路仿真实验报告(大二上)

姓名：张帅帅班级：电气0班学号：2012300000000MATLAB电路仿真实验报告武汉大学电气工程与自动化2/34实验一直流电路（矩阵的基本运算）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=404.2857350.0000412.85712、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]';武汉大学电气工程与自动化3/34I=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：thecurrentthroughRis0.037Ampsthepowerbuppliedby10Vsourceis4.7531watts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;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）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)武汉大学电气工程与自动化4/34fprintf('i3=%f\n',i3)fprintf('i7=%f\n',i7)仿真结果：Us=14.000000i3=0.500000i7=0.3333332、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=117.479167VV2=299.770833VV3=193.937500VV4=102.791667VV5=24.000000V3、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=1.000000Vi2=1.000000V四、实验总结1、仿真前需进行准确的计算，列出节点或回路表达式方可列出矩阵惊醒计算。2、熟练矩阵运算公式，即：V=inv（Y）*I武汉大学电气工程与自动化5/34实验二直流电路（2）（基本二维图形的绘制）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,formatcompactR1=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)^2RL=0:10,p=(RL*uoc./(Req+RL)).*uoc./(Req+RL),figure(1),plot(RL,p),gridfork=1:21ia(k)=(k-1)*0.1;X=A\B*[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=0.3712武汉大学电气工程与自动化6/34RL=012345678910p=Columns1through700.25000.33910.36750.37050.36240.3496Columns8through110.33500.32000.30540.291501234567891000.050.10.150.20.250.30.350.4武汉大学电气工程与自动化7/3400.20.40.60.811.21.41.61.822345678910三、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。R=10;U=10;RL=10;P=U^2*(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程序运行结果：P=0.0025p=Columns1through700.00080.00140.00180.00200.00220.0023Columns8through140.00240.00250.00250.00250.00250.00250.0025Columns15through210.00240.00240.00240.00230.00230.00230.0022Columns22through280.00220.00210.00210.00210.00200.00200.0020Columns29through35武汉大学电气工程与自动化8/340.00190.00190.00190.00180.00180.00180.0018Columns36through420.00170.00170.00170.00160.00160.00160.0016Columns43through490.00160.00150.00150.00150.00150.00140.0014Columns50through510.00140.001400.511.522.533.544.55x10400.511.522.5x10-3Maximumpoweroccursat10000OhmsMaximumpowerdissipationis0.0025Watts2、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。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),gridfigure(2),plot(RL,u),grid武汉大学电气工程与自动化9/34figure(3),plot(RL,p),grid仿真结果：RL=02461018244290186i=Columns1through78.00006.00004.80004.00003.00002.00001.6000Columns8through101.00000.50000.2500u=Columns1through7012.000019.200024.000030.000036.000038.4000Columns8through1042.000045.000046.5000p=Columns1through7072.000092.160096.000090.000072.000061.4400Columns8through1042.000022.500011.6250020406080100120140160180200012345678武汉大学电气工程与自动化10/34020406080100120140160180200051015202530354045500204060801001201401601802000102030405060708090100四、实验总结1、经过这次实验基本了解了MATLAB变量生成的应用。武汉大学电气工程与自动化11/342、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+4.3301iIr=1.7321+1.0000iI=-0.7679+5.3301iU1=-15.9904-2.3038iUcIrIcIu1Us幅值10.00002.00005.00005.385216.15557.8102相角30.000030.0000120.000098.1986-171.8014159.8056武汉大学电气工程与自动化12/3424681030210602409027012030015033018002、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,formatcompactw=[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=[