Matlab仿真实验报告.doc

MATLAB电路仿真实验一 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熟悉有关矩阵运算的内容。三、实验内容1 如图（1）所示的电路，已知：R1=2，R2=6,R3=12,R4=8，R5=12,R6=4,R7=2。如,求i3,u4,u7;如已知，求，i3,i7。图（1）解：（1）MATLAB程序如下：%Z是阻抗矩阵Z=20 -12 0;-12 32 -12;0 -12 18;%V是电压矩阵V=10 0 0;%求出回路电流I=inv(Z)*V;%计算通过R3电流I3=I(1)-I(2);%计算R4两端电压U4=I(2)*8;%计算R7两端电压U7=I(3)*2;fprintf(when the power source is 10V)fprintf(i3 is %8.4f Amps n u4 is %8.4f V n u7 is %8.4f V n,I3,U4,U7)fprintf(when U4=4V n)I(2)=4/8;I(3)=12*I(2)/18;I(1)=(32*I(2)-12*I(3)/12;Us=20*I(1)-12*I(2);i3=I(1)-I(2);i7=I(3);fprintf(Us is %8.4f V n i3 is %8.4f A n i7 is %8.4f A,Us, i3,i7)解答为when the power source is 10Vi3 is 0.3571 Amps u4 is 2.8571 V u7 is 0.4762 V when U4=4V Us is 14.0000 V i3 is 0.5000 A i7 is 0.3333 A求解图（2）电路里的电压，例如V1,V2,.,V5。 图（2）解：在节点1有,;在节点2有，；在节点3有，；数据代入。MATLAB程序如下：%导纳矩阵YY=1/2+1/10-5 1/8 -1/8 -1/10+5 0; 1 -1 2 -2 0; 0 -1/8 1/5+1/8 -1/5 0; -1/10 0 -1/5 1/10+1/5+1/4 -1/4; 0 0 0 0 1;I=0 0 5 0 24;V=inv(Y)*I;fprintf(V1=%8.4f V n ,V(1)fprintf(V2=%8.4f V n ,V(2)fprintf(V3=%8.4f V n ,V(3)fprintf(V4=%8.4f V n ,V(4)fprintf(V5=%8.4f V n ,V(5)matlabe的解答是：V1=117.4792 V V2=299.7708 V V3=193.9375 V V4=102.7917 V V5= 24.0000 V如图（3）所示，已知R1=R2=R3=4，R4=2,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2A,求i1和i2. 图（3）解：在节点1和2之间有，；在节点1和2的电流关系有，；数据代入有，。MATLAB程序如下：Y=1/2 -1/2; -1/2 6/4;I=2 0;V=inv(Y)*I;%通过节点电压求出i1和i2电流i1=(V(1)-V(2)/4;i2=V(2)/2;fprintf(i1=%8.4f A ni2=%8.4f A n,i1,i2)matlabe的解答为：i1= 1.0000 A i2= 1.0000 A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、预习要求1复习戴维南等直流电路相关原理。2了解MATLAB变量生成的应用。3了解数组的运算。三、实验内容在图（1）中，当RL从0改变到50，绘制负载功率损耗。检校当RL为10的最大功率损耗。图（1）解：MATLAB程序如下：Us=10;R=10000;RL=0:50000;P=RL*Us./(RL+R)*Us./(RL+R);figure(1),plot(RL,P),gridmatlab的解答是这样的maximum power occurs at 10000.00 Ohmsmaximum power dissipation is 0.0025 Watts 运行结果： 从图中可以看出，当RL为10时负载有最大损耗功率。在图示电路中，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。 图（2）解：MATLAB程序如下：R1=5;R2=20;R3=2;R4=24;R5=1.2;U=75;a11=1/R1+1/R2+1/R3;a12=-1/R3;a13=0;a21=-1/R3;a22=1/R3+1/R4+1/R5;a23=-1/R5;a31=0;a32=-1/R5;a33=1/R5;A=a11,a12,a13;a21,a22,a23;a31,a32,a33;B=1,0,0;0,0,0;0,0,1;X1=AB*0;0;1;Req=X1(3);X2=AB*75/5;0;0;uoc=X2(3);Rl=0;2;4;6;10;18;24;42;90;186;Il=uoc./(Rl+Req);Ul=Il.*Rl;Pl=Ul.*Il;运行结果：C =-6.1061 49.7238（C(1)和C(2)即为等效电压源电压和内阻）02461018244290186864.84321.610.50.2501219.224303638.4424546.507292.1696907261.444222.511.625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学习复数的运算方法。二、预习要求1复习有关正弦交流电路的相关概念。2了解MATLAB有关向量图的绘制。三、实验内容1如图（1）所示电路，设R1=2,R2=3,R3=4,JXL=j2,-JXC1=-j3,-Jxc2=-J5,Us1=V,Us2=V,Us3=V,Us4=V,求各支路的电流相量和电压相量。 图（1）解：MATLAB程序如下：A=-1 1 -1 -1 0 0;0 0 1 1 -1 -1;Y=zeros(6);Y(1,1)=1/(j*2);Y(2,2)=1/(2);Y(3,3)=1/(3);Y(4,4)=1/(-j*3);Y(5,5)=1/(4);Y(6,6)=1/(-j*5);Us1=8;Us2=6;Us3=8;Us4=15;Us=Us1 0 Us2 0 Us3 Us4;Is=zeros(6,1);U=(inv(A*Y*A)*(A*Is-A*Y*Us);U1=(Us1-U(1)I1=(Us1-U(1)/(j*2)U2=U(1)I2=U(1)/(2)U3=(-U(1)+U(2)+Us2)I3=(-U(1)+U(2)+Us2)/(3)U4=(U(1)-U(2)I4=(U(1)-U(2)/(-j*3)U5=(Us3-U(2)I5=(Us3-U(2)/(4)U6=(Us4-U(2)I6=(Us4-U(2)/(-j*5)compass(U1,U2,U3,U4,U5,U6,I1,I2,I3,I4,I5,I6)title(支路电流、电压相量图)运行结果：U1 = 4.2768 + 1.2732i，I1 =0.6366 - 2.1384i，U2 = 3.7232 - 1.2732i，I2 =1.8616 - 0.6366i，U3 =7.0903 + 3.4152i， I3 =2.3634 + 1.1384i， U4 = -1.0903 - 3.4152i，I4 = 1.1384 - 0.3634i，U5 = 3.1865 - 2.1420i，I5 = 0.7966 - 0.5355i，U6 =10.1865 - 2.1420i，I6 = 0.4284 + 2.0373i。2.如图（2）a所示电路已知R1=4,R2=R3=2,XL1=10,XL2=8，XM=4,Xc=8,，求电压源，电流源发出的复功率。 图（2）a解：等效电路如图（2）b所示， 图（2）bMATLAB程序如下：A=-1 1 0 0 0;0 -1 1 1 0;0 0 0 -1 1;y=1/4-1/8i 1/10i 1/4i 1/(2+8i) 1/2;Y=diag(y);Us=zeros(5,1);Is=10/4 0 0 0 10;U=inv(A*Y*A)*(A*Is-A*Y*Us);Pus=10/4*U(1)Pis=10*U(3)运行结果：Pus =-23.1214 - 0.2890i Pis =1.8642e+002 +3.6705e+001i如图（3）所示的电路，已知Us=100V,I1=100mA,电路吸收的功率P=6W,XL1=1250,Xc=750,电路呈感性，求R3及XL. 图（3）解：MATLAB程序如下：Us=100;Zl1=1250j;Zc=-750j;I1=0.1*exp(-53.13j/180*pi);Zrcl=Us/I1-Zl1;Z3=1/(1/Zrcl-1/Zc);R3=real(Z3)Xl3=imag(Z3)运行结果：R3 =750.0000;Xl3 =375.0022;Z3=7.5000e+0.02+3.7500e+002i;3图（4）所示电路中，已知IR=10A,Xc=10,并且U1=U2=200V,求XL. 图（4）解：MATLAB程序如下：U1=100;Zl=100j;R=20;Z=1/(1/R+1/Zl)运行结果：R=20；XL=5.3590 74.6410； R=20；YL=0.1866 0.0134；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、预习要求三、实验内容1.电路如图(1)所示，求电流i1(t)和vc(t). 图(1)解：MATLAB程序如下：B=1 0 1;0 1 -1;z=4+1/(0.4i) 8i+10 5i+6+1/(0.1i);Z=diag(z);Us=5 0 2*exp(pi*75*i/180);Is=zeros(3,1);I=inv(B*Z*B)*(B*Us-B*Z*Is);i1_abs=abs(I(1)i1_angle=angle(I(1)*180/pivc=-10i*(I(1)-I(2);vc_abs=abs(vc)vc_angle=angle(vc)*180/pi运行结果：i1_abs = 0.5780 i1_angle =9.8212 vc_abs = 4.0026 vc_angle =-66.97242 图（2）是一个不平衡wye-wye系统，求相电压,。解：电路可看做三个独立的回路，MATLAB程序如下：UA=110;VAN=(5-12i)/(1-1i+5-12i)*UA;VAN_abs=abs(VAN)VAN_angle=angle(VAN)*180/piUB=110*exp(-120*pi*i/180);VBN=(3-4i)/(1-2i+3-4i)*UB;VBN_abs=abs(VBN)VBN_angle=angle(VBN)*180/piUC=110*exp(120*pi*i/180);VCN=(5-12i)/(1-0.5i+5-12i)*UC;VCN_abs=abs(VCN)VCN_angle=angle(VCN)*180/pi运行结果：VAN_abs = 99.8755 VAN_angle =-2.1553 VBN_abs =76.2713 VBN_angle =-116.8202 VCN_abs =103.1342 VCN_angle =116.9789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计算方法。二、预习要求1复习一阶二阶电路的基本概念。2了解MATLAB暂态电路的计算方法。三、实验内容1 如图（1）的一阶电路，已知R=2,C=0.5F,电容初始电压Uc(0+)=4V，激励的正弦电压Us(t)=Umcos,其中=2rad/s.当t=0是，开关S闭合，求电容电压的全响应，区分其暂态响应与稳态响应，并画出波形。 图（1）解：设Um=10V,则MATLAB程序如下：R=2; C= 0.5;T=R*C; Uc0=4;%输入元件参数Um=10; w=2; Zc=1/ (j*w*C);t=0:0.1:10;Us=Um * cos(w * t);%输入激励信号Ucp=Us *Zc/(R+Zc);%计算稳态分量Ucp0=Ucp(1);%计算稳态分量的初始值Uct=(Uc0-Ucp0 )* exp(-t/T);%计算暂态分量Uc=Uct+Ucp;%计算电路的全响应plot (t ,Uc,t,Uct,t,Ucp),grid%绘制稳态分量，暂态分量，全响应的波形图运行结果：2 如图（2）的二阶电路，如L=0.5H,C=0.02F,初始值Uc(0)=1V,Il(0)=0A,试研究R分别为1，2，3，,10时，Uc(t)和Il(t)的零输入响应，并画出波形。 图（2）解：MATLAB程序如下：L=0.5;C=0.02;%输入元件参数uc0=1; iL0=0;For R=1:10;alpha=R/2/L;wn=sqrt(1/(L*C);%输入给定参数p1=-alpha+sqrt (alpha2-wn2);p2=-alpha-sqrt (alpha2-wn2);dt= 0.01; t=0: dt: 2;uc1=(p2*uc0-iL0/C)/(p2-p1)*exp(p1*t);%uc的第一个分量uc2=-(p1*uc0-iL0/C)/(p2-p1)*exp(p2*t);%uc的第二个分量iL1=p1*C*(p2*uc0-iL0/C)/(p2-p1)*exp(p1*t);iL2=-p2*C*(p1*uc0-iL0/C)/(p2-p1)*exp(p2*t);uc= uc1+uc2;iL= iL1+iL2;Figure (1), plot (t, uc), hold on;Figure (2), plot (t, iL), hold on;End运行结果：实验六 频率响应一、实验目的学习有关频率响应的相关的概念学习matla的频率计算二、实验实例一阶低通滤波电路的频率响应应用matlab进行的编程为：clear,format compactww=0:0.2:4;H=1./(1+j*ww);figure(1)subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H),grid,xlabel(ww),ylabel(angle(H)subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)grid,xlabel(ww),ylabel(angle(H)figure(2)subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H)grid,xlabel(ww),ylabel(分贝)subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)grid,xlabel(ww),ylabel(angle(H)应用matlab进行的编程之后的结果为：2.频率响应：二阶低通滤波电路实验电路图为：应用matlab进行的编程为：clear,format compactfor Q=1/3,1/2,1/sqrt(2),1,2,5 ww=logspace(-1,1,50); H=1./(1+j*ww/Q+(j*ww).2); figure(1) subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H),hold on subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H),hold on figure(2) subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H),hold on%纵坐标为分贝 subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H),hold on %绘制相频特性endfigure(1),subplot(2,1,1),grid,xlabel(w),ylabel(abs(H)subplot(2,1,2),grid,xlabel (w),ylabel(angle(H)figure(2),subplot(2,1,1),grid,xlabel(w),ylabel(abs(H)subplot(2,1,2),grid,xlabel(w),ylabel(angle(H)运行之后的编程结果为：3.频率响应：二阶带通电路应用matlab进行的编程如下：clear,format compactfor Q=1/3,1/2,1/sqrt(2),1,2,5 ww=logspace(-1,1,50); H=1./(1+j*ww/Q+(j*ww).2); figure(1) subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H),hold on subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H),hold on figure(2) subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H),hold on%纵坐标为分贝 subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H),hold on %绘制相频特性endfigure(1),subplot(2,1,1),grid,xlabel(w),ylabel(abs(H)subplot(2,1,2),grid,xlabel (w),ylabel(angle(H)figure(2),subplot(2,1,1),grid,xlabel(w),ylabel(abs(H)subplot(2,1,2),grid,xlabel(w),ylabel(angle(H)程序运行的结果为：复杂谐振电路的计算Matlab的编程如下：clear,format compactR1=2;R2=3;L1=0.75e-3;L2=0.25e-3;C=1000e-12;Rs=28200;L=L1+L2;R=R1+R2;Rse=Rs*(L/L1)2%折算内阻f0=1/(2*pi*sqrt(C*L)Q0=sqrt(L/C)/R%空载Q0值R0=L/C/R;Re=R0*Rse/(R0+Rse)%折算内阻与回路电阻的并联Q=Q0*Re/R0%实际Q值和带通B=f0/Qs=log10(f0);f=logspace(s-.1,s