Matlab电路仿真报告

电路仿真————MATLAB实验一：直流电路【示例实验】节点分析程序：clearY=[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运行结果：节点V1，V2和V3:v=404.2857350.0000412.8571回路分析程序：clearZ=[40-10-30;-1030-5;-30-565];V=[1000]';I=inv(Z)*V;IRB=I(3)-I(2);fprintf('thecurentthroughRis%8.3fAmps\n',IRB)PS=I(1)*10;fprintf('thepowersuppliedby10Vsourceis%8.4fwatts\n',PS)运行结果：thecurentthroughRis0.037Ampsthepowersuppliedby10Vsourceis4.7531watts【实验内容】1．电阻电路的计算程序：clear%计算节点电压的程序%给定阻抗矩阵Y和电流向量I%Y是阻抗矩阵同时I是电流向量%初始化矩阵Y和向量I使用YV=I格式Y=[1/2+1/6-1/600;-1/61/6+1/12+1/8-1/80;0-1/81/8+1/12+1/4-1/4;00-1/41/4+1/2];I=[5;0;0;0];%求解电压v=inv(Y)*I;i3=v(2)/12;u4=v(2)-v(3);u7=v(4);fprintf('i3=%8.4fA,u4=%8.4fV,u7=%8.4fV\n',i3,u4,u7)运行结果：i3=0.3571A,u4=2.8571V,u7=0.4762V程序：clear%该程序确定us和回路电流A=[1-200;01212;0018];B=[-6;16;6];%解答未知量X=inv(A)*B;us=X(1);i3=X(2)-0.5;u7=X(3)*2;fprintf('us=%8.4fV,i3=%8.4fA,u7=%8.4fV\n',us,i3,u7)运行结果：us=14.0000V,i3=0.5000A,u7=0.6667V求解电路里的电压程序：clear%该程序计算节点电压%给定阻抗矩阵Y和电流向量I%Y是阻抗矩阵同时I是电流向量%初始化矩阵Y和电流向量I，使用YV=I格式Y=[4.275-0.125-4.65;-0.1-0.20.55;-0.1250.0750.05];I=[0;6;5];%求解电压V=inv(Y)*I;V1=V(1);V2=V(1)+2*V(2)-2*V(3);V3=V(2);V4=V(3);V5=24;fprintf('节点电压V1,V2,V3,V4,V5为\nV=%8.4fV,%8.4fV,%8.4fV,%8.4fV,%8.4fV\n',V1,V2,V3,V4,V5)运行结果：节点电压V1,V2,V3,V4,V5为V=117.4792V,299.7708V,193.9375V,102.7917V,24.0000V求解含有受控源的电路里的电流程序：clear%该程序计算节点电压%给定阻抗矩阵Y和电流向量I%Y是阻抗矩阵同时I是电流向量%初始化矩阵Y和电流向量I，使用YV=I格式Y=[0.5-0.5;-0.51.5];I=[2;0];%求解电压V=inv(Y)*I;i1=(V(1)-V(2))/4;i2=V(2)/2;fprintf('i1=%8.4fA,i2=%8.4fA\n',i1,i2)运行结果：i1=1.0000A,i2=1.0000A实验心得：虽然是第一次接触MATLAB，但由于有了前面C语言和PSpice的基础，我们能够比较快的接受MATLAB的相关操作规定。本次实验，我们练习了运用MATLAB解决基本电路问题的基本方法。在实验的实际操作过程中，我认为用好MATLAB做电路仿真，最重要的是下面两点：电路方程列写一定要准确掌握好MATLAB的相关准确用语同时，通过本次实验，也加深了对直流电路的节点电压法和网孔电流法的理解。实验二：直流电路（2）求最大功率损耗程序：clearuoc=10;Req=10000;RL=0:50000,p=(RL*uoc./(Req+RL)).*uoc./(Req+RL),%设RL序列，求其功率figure(1),plot(RL,p),grid%画出功率随RL变化的曲线clearuoc=10;Req=10000;RL=10000;p=(RL*uoc./(Req+RL)).*uoc./(Req+RL);fprintf('Maximumpoweroccursat%8.4fOhms\n',RL)fprintf('Maximumpowerdissipationis%8.4fWatts\n',p)运行结果：Maximumpoweroccursat10000.0000OhmsMaximumpowerdissipationis0.0025Watts求消耗的功率程序：clearR1=5;R2=20;R3=2;R4=24;R5=1.2;%设置元件参数us=75;%按A*X=B*is列写此电路的矩阵方程，其中X=[u1;u2];is=[us/R1;ia]%设置系数矩阵Aa11=1/R1+1/R2+1/R3;a12=-1/R3;a21=-1/R3;a22=1/R3+1/R4;A=[a11,a12;a21,a22];B=[1,0;0,1];%令ia=0，求uoc=x1(2);再令us=0，设ia=1，求Req=(x2(2)-(-ia)*R5)/ia=x2(2)+R5X1=A\B*[us/R1;0];uoc=X1(2);X2=A\B*[0;1];Req=X2(2)+R5;%设RL为一数组，求出的IL,UL,PL也为一数组RL=[0;2;4;6;10;18;24;42;90;186];IL=uoc./(Req+RL);UL=IL.*RL;PL=IL.*IL.*RL;fprintf('RL/Ohms%d%d%d%d%d%d%d%d%d%d\n',RL(1),RL(2),RL(3),RL(4),RL(5),RL(6),RL(7),RL(8),RL(9),RL(10))fprintf('IL/A%.2f%.2f%.2f%.2f%.2f%.2f%.2f%.2f%.2f%.2f\n',IL(1),IL(2),IL(3),IL(4),IL(5),IL(6),IL(7),IL(8),IL(9),IL(10))fprintf('UL/V%.1f%.1f%.1f%.1f%.1f%.1f%.1f%.1f%.1f%.1f\n',UL(1),UL(2),UL(3),UL(4),UL(5),UL(6),UL(7),UL(8),UL(9),UL(10))fprintf('PL/W%.3f%.3f%.3f%.3f%.3f%.3f%.3f%.3f%.3f%.3f\n',PL(1),PL(2),PL(3),PL(4),PL(5),PL(6),PL(7),PL(8),PL(9),PL(10))运行结果:RL/Ohms02461018244290186IL/A8.006.004.804.003.002.001.601.000.500.25UL/V0.012.019.224.030.036.038.442.045.046.5PL/W0.00072.00092.16096.00090.00072.00061.44042.00022.50011.625实验心得：通过本次仿真，加深了对戴维南定律，等效变换等的了解。掌握了用MATLAB绘制简单的二维曲线图。实验三：正弦稳态求各支路的电流相量和电压相量程序：clear%设定元件参数Z1=2*j;Z2=2;Z3=-3*j;Z4=3;Z5=4;Z6=-5*j;Us1=8*exp(0*j);Us2=6*exp(0*j);Us3=8*exp(0*j);Us4=15*exp(0*j);%Y是导纳矩阵，I是电流向量%初始化矩阵Y和Iy11=1/Z1+1/Z2+1/Z3+1/Z4;y12=-(1/Z3+1/Z4);y21=-(1/Z3+1/Z4);y22=1/Z3+1/Z4+1/Z5+1/Z6;Y=[y11,y12;y21,y22];I=[Us1/Z1+Us2/Z4;+Us3/Z5+Us4/Z6-Us2/Z4];%求解电压V=inv(Y)*I;%求解未知量ua=V(1)ub=V(2)I1=ua*(1/Z1+1/Z2)I2=(ub-ua)*(1/Z3+1/Z4)I3=-ub*(1/Z5+1/Z6)I1R=ua/Z2I1L=(ua-Us1)/Z1I2R=-(ua-ub-Us2)/Z4I2C=(ub-ua)/Z3I3R=-(ub-Us3)/Z5I3C=-(ub-Us4)/Z6%利用compass绘制向量图ha=compass([ua,ub,I1,I2,I3,I1R,I1L,I2R,I2C,I3R,I3C]);set(ha,'linewidth',3)运行结果：ua=3.7232-1.2732iub=4.8135+2.1420iI1=1.2250-2.4982iI2=-0.7750+1.5018iI3=-0.7750-1.4982iI1R=1.8616-0.6366iI1L=-0.6366+2.1384iI2R=2.3634+1.1384iI2C=-1.1384+0.3634iI3R=0.7966-0.5355iI3C=0.4284+2.0373i含互感的电路：复功率程序：clear%设定元件参数Y1=1/4+j/8;Y2=1/(6*j);Y3=1/(4*j);Y4=1/(2+4*j);Y5=1/2;Us=10*exp(0*j);Is=10*exp(0*j);%Y是导纳矩阵，I是电流向量%初始化Y和Iy11=Y1+Y2;y12=-Y2;y13=0;y21=-Y2;y22=Y2+Y3+Y4;y23=-Y4;y31=0;y32=-Y4;y33=Y4+Y5;Y=[y11,y12,y13;y21,y22,y23;y31,y32,y33];I=[Us/4;0;Is];%求解节点电压V=inv(Y)*I;%求解未知量I1=-(V(1)-Us)/4;Uc=V(3);Pus=Us*I1Pis=Uc*Is运行结果：Pus=-4.0488+9.3830iPis=1.7506e+002+3.2391e+001i正弦稳态电路：求未知参数程序：%设置元件参数Us=100;I1=0.1;ZL1=1250j;Zc=-750j;P=6;%列写电路方程：Us*I1*k=P(k为功率因数)k=P/Us/I1;a=I1*kb=-I1*(1-k*k)^0.5%先算得I1的向量值的实部和虚部得到I1的向量表达式%经计算a=0.06b=-0.08I2=0.06-0.08j;%I2为I1的向量形式U2=Us-I2.*ZL1%U2为Z3两端的电压I3=U2./Zc%I3为流过Zc的电流I4=I2-I3%I4为流过Z3的电流Z3=U2./I4运行结果：a=0.0600b=-0.0800U2=0-75.0000iI3=0.1000I4=-0.0400-0.0800iZ3=7.5000e+002+3.7500e+002i正弦稳态电路，利用模值求解程序:%由电路知识知Uc比U1滞后60°，U1比U2滞后60°，IR与U2同向，IL滞后U290°%Ic滞后U230°%变量初始化IR=10;Zc=-10j;U2=200;U1=200*exp(60j*pi/180);IL=IR/(3^0.5);XL=U2/IL运行结果：XL=34.6410实验心得：通过本次仿真，加深了对正弦交流电路的相关性能的理解。掌握了MATLAB复数的运算方法。掌握了用MATLAB对正弦交流电路进行分析。实验四：交流分析和网络函数求解电流和电压程序：%求解各支路电阻Z1=4+1./(400*10^(-6)*10^3j);Z2=5*10^(-3)*10^3j+6+1/(100*10^(-6)*10^3j);Z3=8*10^(-3)*10^3j+10;%求解等小电流源电流I1=5/Z1;I2=2*exp(pi*75j/180)/Z3;%求解节点电压V1=(I1+I2)/(1/Z1+1/Z2+1/Z3);%求解i1(t)和vc(t)i1=(V1-5)/Z1;i1_abs=abs(i1);i1_ang=angle(i1)*180/pi;vc=V1/Z2*(1/100*10^(-6)*10^3);vc_abs=abs(vc);vc_ang=angle(vc);%结果表达fprintf('currenti1,magnitude:%f\ncurrenti1,angleindegree:%f\nvoltagevc,magnitude:%f\nvoltagevc,angleindegree:%f',i1_abs,i1_ang,vc_abs,vc_ang);运行结果：currenti1,magnitude:0.001943currenti1,angleindegree:-167.700186voltagevc,magnitude:0.000000voltagevc,angleindegree:1.924033求解三相不平衡相电压程序：%求解支路电阻Z1=1-1j+5+12j;Z2=1-2j+3-4j;Z3=1-0.5j+5-12j;%求解支路电流I1=110/Z1;I2=110*exp(pi*(-120)*j/180)/Z2;I3=110*exp(pi*120j/180)/Z3;%求解元件电压VAN=I1*(5+12j);VBN=I2*(3-4j);VCN=I3*(5-12j);VAN_abs=abs(VAN);VAN_ang=angle(VAN);VBN_abs=abs(VBN);VBN_ang=angle(VBN);VCN_abs=abs(VCN);VCN_ang=angle(VCN);fprintf('voltageVAN,magnitude:%f\nvoltageVAN,angleindegree:%f\nvoltageVBN,magnitude:%f\nvoltageVBNangleindegree:%f\nvoltageVCN,magnitude:%f\nvoltageVCN,angleindegree:%f',VAN_abs,VAN_ang,VBN_abs,VBN_ang,VCN_abs,VCN_ang)运行结果：voltageVAN,magnitude:114.126424voltageVAN,angleindegree:0.104556voltageVBN,magnitude:76.271277voltageVBNangleindegree:-2.038897voltageVCN,magnitude:103.134238voltageVCN,angleindegree:2.041666实验心得：1，通过本次仿真，再次强化了对交流电路的理解，也加强了用MATLAB对交流电路的进行分析的能力。2，掌握了用MATLAB对网络函数进行分析的方法。实验五：动态电路正弦激励的一阶电路由题目条件可知，Uc（0+）=4V，U（）=Um（设为10V），=RC，则有表达式Uc（t）=Uc（）+[Uc（0+）—Uc（）]（t0）给出电容电压的响应。程序：%变量初始化R=2;C=0.5;Uc0=4;Um=10;Ulong=Um;%作图t=0:0.01:20;time=R*C;Uct=Ulong+(Uc0-Ulong)*exp(-t/time);figure(1),plot(t,Uct),grid运行结果：二阶欠阻尼电路的零输入响应程序：L=0.5;R=1;C=0.02;%输入元件参数Uc0=1;IL0=0;alpha=R/2/L;wn=sqrt(1/(L*C));%输入给定参数p1=-alpha+sqrt(alpha^-wn^2);%方程的两个根p2=-alpha-sqrt(alpha^2-wn^2)dt=0.01;t=0:dt:1;%设定时间组%用公式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;%分别画出两种数据曲线subplot(2,1,1),plot(t,Uc),gridsubplot(2,1,2),plot(t,IL),grid运行结果：R=1R=2R=3R=4R=5R=6R=7R=8R=9R=10实验心得：通过本次仿真，加深了对动态电路的理解。掌握了动态电路的MATLAB计算方法。实验六：频率响应一阶低通电路的频率响应程序：ww=0:0.2:4;%设定频率数组ww=w/wcH=1./(i+j*ww);%求复频率响应figure(1)subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)),%绘制幅频特性grid,xlabel('ww'),ylabel('angle(H)')subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)),%绘制相频特性grid,xlabel('ww'),ylabel('angle(H)')figure(2)%绘制对数频率特性subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H)))%纵坐标为分贝grid,xlabel('ww'),ylabel('分贝')subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H))%绘制相频特性grid,xlabel('ww'),ylabel('angle(H)')运行结果：频率响应：二阶低通电路程序：forQ=[1/3,1/2,1/sqrt(2),1,2,5]ww=logspace(-1,1,50);%设无量纲频率数组ww=w/w0H=1./(1+j*ww/Q+(j*ww).^2);%求复频率响应figure(1)subplot(2,1,1),plot(ww,abs(H)),holdonsubplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)),holdonfigure(2)subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H))),holdon%纵坐标为分贝subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)),holdon%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('abs(H)')运行结果：频率响应：二阶带通电路程序：clear,formatcompactH0=1;wn=1;forQ=[5,10,20,50,100]w=logspace(-1,1,50);%设频率数组wH=H0./(1+j