[信息與通信]MATLAB電路仿真實驗報告.doc

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1、MATLAB電路仿真實驗報告武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院MATLAB電路仿真實驗報告班級：0810 學(xué)號：2008302540299姓名：李德澳2010年7月目錄實驗一 直流電路（1）2實驗二 直流電路（2）8實驗三 正弦穩(wěn)態(tài)17實驗四 交流分析和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)26實驗五 動態(tài)電路31實驗六 頻率響應(yīng)43實驗一 直流電路（1）一 實驗?zāi)康? 加深對直流電路的節(jié)點電壓法和網(wǎng)孔電流法的理解2 學(xué)習(xí)使用MATLAB的矩陣運算的方法二 實驗示例1節(jié)點分析電路如圖所示（見書本12頁），求節(jié)點電壓V1,V2,V3.根據(jù)電路圖得到矩陣方程，根據(jù)矩陣方程使用matlab命令為Y = 0.1500 -0.1000 -0.05

2、00 -0.1000 0.1450 -0.0250 -0.0500 -0.0250 0.0750節(jié)點v1，v2和v3： v = 404.2857 350.0000 412.85712 回路分析電路如圖所示（見書本13頁），使用解析分析得到同過電阻RB的電流，另外求10V電壓源的輸出功率。分析電路得到節(jié)點方程，根據(jù)節(jié)點方程得到矩陣方程，根據(jù)矩陣方程，使用matlab的命令為z=40,-10,-30; -10,30,-5; -30,-5,65;v=10,0,0;I=inv(z)*v;IRB=I(3)-I(2);fprintf(the current through R is %8.3f Amps

3、n,IRB)ps=I(1)*10;fprintf(the power supplied by 10v source is %8.4f wattsn,ps)結(jié)果為：the current through R is 0.037 Ampsthe power supplied by 10V source is 4.7531 watts三 實驗內(nèi)容1 根據(jù)書本15頁電路圖，求解電阻電路，已知：R1=2,R2=6,R3=12,R4=8,R5=12,R6=4,R7=2(1) 如果Us=10V,求i3,u4,u7(2) 如果U4=4V,求Us,i3,i7使用matlab命令為clear% 初始化阻抗矩陣Z=2

4、0 -12 0; -12 32 -12; 0 -12 18;% 初始化電壓矩陣V=10 0 0;% 解答回路電流I=inv(Z)*V;% I3的計算I3=I(1)-I(2);fprintf(the current I3 is %8.2f Ampsn,I3)% U4的計算U4=8*I(2);fprintf(the voltage U4 is %8.2f Vmpsn,U4)% U7的計算U7=2*I(3);fprintf(the voltage U7 is %8.2f Vmpsn,U7)結(jié)果the current I3 is 0.36 Ampsthe voltage U4 is 2.86 Vmps

5、the voltage U7 is 0.48 Vmpsclear% 初始化矩陣XX=20 -1 0; -12 0 -12; 0 0 18;% 初始化矩陣YY=6 -16 6;% 進行解答A=inv(X)*Y;% 計算各要求量Us=A(2)I3=A(1)-0.5I7=A(3)結(jié)果Us = 14.0000I3 = 0.5000I7 =0.33332 求解電路里的電壓如圖1-4（書本16頁），求解V1,V2,V3,V4,V5使用matlab命令為clear% 初始化節(jié)點電壓方程矩陣Z=0.725 -0.125 -0.1 -5 -1.25; -0.1 -0.2 0.55 0 0; -0.125 0.3

6、25 -0.2 0 1.25; 1 0 -1 -1 0; 0 0.2 -0.2 0 1;I=0 6 5 0 0;% 解答節(jié)點電壓U1，U3，U4與Vb，IaA=inv(Z)*I;% 最終各電壓計算V1=A(1)V2=A(1)-10*A(5)V3=A(2)V4=A(3)V5=24結(jié)果V1 =117.4792V2 = 299.7708V3 =193.9375V4 =102.7917V5 = 243 如圖1-5（書本16頁），已知R1=R2=R3=4,R4=2,控制常數(shù)k1=0.5，k2=4，is=2A，求i1和i2.使用matlab命令為clear% 初始化節(jié)點電壓方程矩陣Z=0.5 -0.25

7、0 -0.5; -0.25 1 -1 0.5; 0 0.5 0 -1; 1 -1 -4 0;I=2 0 0 0;% 解答節(jié)點電壓V1，V2及電流I1，I2A=inv(Z)*I;% 計算未知數(shù)V1=A(1)V2=A(2)I1=A(3)I2=A(4)結(jié)果如下：V1 =6V2 =2I1 = 1I2 =1實驗二 直流電路（2）一 實驗?zāi)康? 加深多戴維南定律，等效變換等的了解2 進一步了解matlab在直流電路中的作用二實驗示例如圖所示（圖見書本17頁2-1），分析并使用matlab命令求解為clear,format compactR1=4;R2=2;R3=4;R4=8;is1=2;is2=0.5;a

8、11=1/R1+1/R4;a12=-1/R1;a13=-1/R4;a21=-1/R1;a22=1/R1+1/R2+1/R3;a23=-1/R3;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=AB*is1;is2;0;uoc=X1(3);X2=AB*0;0;1;Req=X2(3);RL=Req;P=uoc2*RL/(Req+RL)2;RL=0:10,p=(RL*uoc./(Req+RL).*uoc./(Req+RL),figure(1),plot(RL

9、,p),gridfor k=1:21ia(k)=(k-1)*0.1;X=AB*is1;is2;ia(k);u(k)=X(3);endfigure(2),plot(ia,u,x),gridc=polyfit(ia,u,1);%ua=c(2)*ia=c(1) , 用擬合函數(shù)術(shù),c(1),c(2)uoc=c(1),Req=c(2)RL = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10p = Columns 1 through 7 0 0.6944 1.0204 1.1719 1.2346 1.2500 1.2397 Columns 8 through 111.2153 1.1834 1.1480 1

10、.1111A功率隨負(fù)載變化曲線 B.電路對負(fù)載的輸出特性功率隨負(fù)載的三 實驗內(nèi)容1 圖見書本19頁2-3，當(dāng)RL從0改變到50k，校驗RL為10k的時候的最大功率損耗使用matlab命令為clear% 定義電壓源和電阻值Us=10;Rs=10000;RL=0:20000;p=(Us2.*RL)./(RL+Rs).2;plot(RL,p);輸出結(jié)果為Maximum power occur at 10000.00hmsMaximum power dissipation is 0.0025Watts2 在圖示電路里(書本20頁2-4)，當(dāng)R1取0，2，4，6，10，18，24，42，90和186時，

11、求RL的電壓UL,電流IL和RL消耗的功率。使用matlab命令為：clear% 設(shè)置元件參數(shù)RL=0 2 4 6 10 18 24 42 90 186;% 列出要求的參數(shù)同元件間關(guān)系式以得出結(jié)果UL=48*RL./(RL+6)IL=48./(RL+6)p=2304*RL./(RL+6).2% 畫出要求參數(shù)隨RL變化的曲線plot(RL,UL,r+)hold onplot(RL,IL,m*)hold onplot(RL,p,ks)結(jié)果數(shù)據(jù)UL =Columns 1 through 7 0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Colum

12、ns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p = Columns 1 through 7 0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 10 42.0000 22.5000 11.6250UL = Columns 1 through 7 0 1

13、2.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Columns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000IL =Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p =Columns 1 through 7 0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 10 4

14、2.0000 22.5000 11.6250UL =Columns 1 through 7 0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Columns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p = Columns 1 through 7 0 72.0000 92.1600 96.

15、0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 10 42.0000 22.5000 11.6250UL = Columns 1 through 7 0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Columns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.0000 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000

16、 0.2500p = Columns 1 through 7 0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 10 42.0000 22.5000 11.6250UL =Columns 1 through 7 0 12.0000 19.2000 24.0000 30.0000 36.0000 38.4000 Columns 8 through 10 42.0000 45.0000 46.5000IL = Columns 1 through 7 8.0000 6.0000 4.8000 4.0000 3.00

17、00 2.0000 1.6000 Columns 8 through 10 1.0000 0.5000 0.2500p = Columns 1 through 7 0 72.0000 92.1600 96.0000 90.0000 72.0000 61.4400 Columns 8 through 1042.0000 22.5000 11.6250實驗三 正弦穩(wěn)態(tài)一 實驗?zāi)康? 學(xué)習(xí)正弦交流電路的分析方法2 學(xué)習(xí)matlab復(fù)數(shù)的運算方法二 實驗示例1 如圖3-1（書本21頁），已知R=5,L=3，1/c=2，uc=1030V,求Ir，Ic，I和UL,Us，并畫出其向量圖。使用matlab命令

18、為:Z1=3*j;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*Zdisp(Uc Ir Ic I U1 Us)disp(幅值),disp(abs(Uc,Ir,Ic,I,U1,Us)disp(相角),disp(angle(Uc,Ir,Ic,U1,Us)*180/pi)ha=compass(Uc,Ir,Ic,U1,Us,Uc);set(ha,linewidth,3)Ic = -2.5000 + 4.3301iIr = 1.7321 + 1.000

19、0iI = -0.7679 + 5.3301iU1 = -15.9904 - 2.3038iUs = -7.3301 + 2.6962iUc Ir Ic I U1 Us幅值 10.0000 2.0000 5.0000 5.3852 16.1555 7.8102相角 30.0000 30.0000 120.0000 -171.8014 159.80562 正弦穩(wěn)態(tài)電路，戴維南定理如圖3-3（書本22頁），已知C1=0.5F,R2=R3=2,L4=1H,Us(t)=10+10cost,is(t)=5+5cos2t,求b，d兩點之間的電壓U(t)使用matlab命令為：clear,format co

20、mpactw=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;Zep=Z3.*Z4./(Z3+Z4)+Z1.*Z2./(Z1+Z2);U=Is.*Zep+Uoc;disp(w Um phi)disp(w,abs(U),angle(U)*180/pi)w Um phi 0.0000 10.0000 0 1.0000 3.1623 -18.43492.0000 7.0711 -8.1301由此可以寫出U（t）=10=3.1623cos（t-

21、18.4394）+7.0711cos（2t-8.1301）3 含受控源的電路：戴維南定理如圖3-4-1（書本23頁），設(shè)Z1=-j250,Z2=250,Is=20,求負(fù)載Zl獲得最大功率時的阻抗值及其吸收的功率，使用matlab命令為clear,format compactZ1=-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=

22、AB*Is;0;Uoc=X0(2),X1=AB*0;1;Zep=X1(2),Plmax=(abs(Uoc)2/4/real(Zep)Uoc = 5.0000e+002 -1.0000e+003iZep = 5.0000e+002 -5.0000e+002iPlmax = 625三 實驗內(nèi)容1 如圖3-5所示（圖見25頁），設(shè)R1=2,R2=3,R3=4,jxl=j2，-jxc1=-j3，-jxc2=-j5，s1=80，s2=60，s3=80，s4=150，求各支路的電流向量和電壓向量。使用matlab命令為clear% 定義各阻抗和電壓源R1=2;R2=3;R3=4;ZL=2*j;ZC1=-3

23、*j;ZC2=-5*j;Us1=8*exp(0);Us2=6*exp(0);Us3=8*exp(0);Us4=15*exp(0);% 定義節(jié)點電壓方程的自導(dǎo)互導(dǎo)矩陣和電流矩陣Z=1/R1+1/R2+1/ZL+1/ZC1 -(1/ZC1+1/R2); -(1/R2+1/ZC1) 1/R2+1/R3+1/ZC1+1/ZC2;I=Us1/ZL+Us2/R2; -Us2/R2+Us3/R3+Us4/ZC2;% 利用上面兩個矩陣和節(jié)點電壓之間的關(guān)系計算節(jié)點電壓U=inv(Z)*I;% 利用各要求參數(shù)與節(jié)點電壓間關(guān)系求各參數(shù)ua=U(1)ub=U(2)I1=U(1)/(R1*ZL/(R1+ZL)I2=(U

24、(2)-U(1)/ZC1I3=-U(2)/(R3*ZC2/(R3+ZC2)I1R=U(1)/R1I1L=(U(1)-Us1)/ZLI2R=(U(1)-U(2)-Us2)/R2I1C=(U(1)-U(2)/ZC1I3R=(U(2)-Us3)/R3I2C=(U(2)-Us4)/ZC2ha=compass(ua,ub,I1,I2,I3,I1R,I1L,I2R,I1C,I3R,I2C)結(jié)果如下：數(shù)據(jù)ua =3.7232 - 1.2732iub = 4.8135 + 2.1420iI1 =1.2250 - 2.4982iI2 = -1.1384 + 0.3634iI3 = -0.7750 - 1.498

25、2iI1R = 1.8616 - 0.6366iI1L =-0.6366 + 2.1384iI2R =-2.3634 - 1.1384iI1C = 1.1384 - 0.3634iI3R = -0.7966 + 0.5355iI2C = -0.4284 - 2.0373iha =196.0040 197.0040 198.0040 199.0040 200.0040 201.0040 202.0040 203.0040 204.0040 205.0040 206.00402 含互感的電路：復(fù)功率如圖3-6所示（書本26頁），已知R1=4,R2=R3=2,XL1=10,XL2=8,XM=4,XC

26、=8,S=100V,S=100A。使用matlab命令為clear% 定義各阻抗和電源R1=4;R2=2;R3=2;ZL1=10i;ZL2=8i;ZM=4i;ZC=-8i;Us=10;Is=10;Y1=1/(R1*ZC/(R1+ZC);Y2=1/(ZL1-ZM);Y3=1/ZM;Y4=1/(R2+ZL2-ZM);Y5=1/R3;% 定義節(jié)點電壓矩陣Y=Y1+Y2 -Y2 0; -Y2 Y2+Y3+Y4 -Y4; 0 -Y4 Y4+Y5;I=Us/R1 0 Is;U=inv(Y)*I;Pus=Us*(Us-U(1)/R1Pis=U(3)*Is結(jié)果如下：Pus =-4.0488 + 9.3830i

27、Pis = 1.7506e+002 +3.2391e+001i3 正弦穩(wěn)態(tài)電路：求未知參數(shù)如圖所示3-6（書本26頁），已知Us=100V,I1=100mA電路吸收功率P=6W,XL1=1250,XC=750,電路呈感性，求R3及XL使用matlab命令為：ZL1=1250*i;Us=60+80i;ZC=-750*i;I1=0.1;Z3=(Us-I1*ZL1)/(I1-(Us-I1*ZL1)/ZC)結(jié)果Z3 =4.5000e+002 +9.7500e+002i4 正弦穩(wěn)態(tài)電路，利用模值求解圖3-7所示電路中（書本27頁），已知IR=10A,XC=10,并且U1=U2=200V,求XL使用mat

28、lab命令為：clearXL1=2000/(200-100*1.732)XL2=2000/(200+100*1.732)結(jié)果如下：XL1 = 74.6269XL2 =5.3591實驗四 交流分析和網(wǎng)絡(luò)函數(shù)一、實驗?zāi)康? 學(xué)習(xí)交流電路的分析方法2學(xué)習(xí)交流電路的MATLAB分析方法二 實驗示例 在圖4-1（書本28頁）里，如果R1=20，R2=100,R3=50,并且L1=4H,L2=8H以及C1=250F,求V3(t),其中w=10rad/s.使用節(jié)點分析法后把元素值帶入，得到矩陣方程【Y】【V】=【I】,使用MATLAB命令計算為Y=0.05-0.0225*j,0.025*j,-0.0025*

29、j; 0.025*j,0.01-0.0375*j,0.0125*j; -0.0025*j,0.0125*j,0.02-0.01*j;c1=0.4*exp(pi*15*j/180);I=c100;V=inv(Y)*I;v3_abs=abs(V(3);v3_ang=angle(V(3)*180/pi;fprintf(voltage V3,magnitude:%f n voltage V3,angle in degree:%f,v3_abs,v3_ang)voltage V3,magnitude:1.850409 voltage V3,angle in degree:-72.453299從MATLA

30、B的結(jié)果可以看出時域電壓V3(t)=1.85COS(10t-72.45)三 實驗內(nèi)容1 電路圖如圖所示（書本30頁），求電流i1(t)和電壓v(t)使用MATLAB命令計算為clearZ=10-7.5i 5i-6; 5i-6 16+3i;U=5;-2*exp(pi*75*i/180);I=inv(Z)*U;i1=I(1);vc=(I(1)-I(2)*(-10i);i1_abs=abs(i1)i1_ang=angle(i1)*180/pivc_abs=abs(vc)vc_ang=angle(vc)*180/pi結(jié)果如下：i1_abs = 0.3877 i1_ang =15.0193vc_abs

31、= 4.2183vc_ang = -40.8617所以電流i1(t)=0.3877cos（1000t+15.0193）同時電壓v(t)=4.2183cos（1000t-40.8617）2 在4-4圖里（見書本30頁），顯示一個不平衡的wye-wye系統(tǒng)，求相電壓Van，Vbn，Vcn使用MATLAB命令為% 定義阻抗Z1=1-1i;Z2=5-12i;Z3=1-2i;Z4=3-4i;Z5=1-0.5i;Z6=5-12i;% 定義電壓源Us1=110;Us2=110*exp(-120*pi*i/180);Us3=110*exp(120*pi*i/180);% 定義阻抗矩陣Z=Z1+Z2 0 0;

32、0 Z3+Z4 0; 0 0 Z5+Z6;U=Us1; Us2; Us3;I=inv(Z)*U;Van=I(1)*Z2Vbn=I(2)*Z4Vcn=I(3)*Z6Van_abs=abs(Van)Van_ang=angle(Van)*180/piVbn_abs=abs(Vbn)Vbn_ang=angle(Vbn)*180/piVcn_abs=abs(Vcn)Vcn_ang=angle(Vcn)*180/pi結(jié)果如下：Van = 99.8049 - 3.7561iVbn =-34.4130 -68.0665iVcn =-46.7881 +91.9105iVan_abs =99.8755Van_an

33、g =-2.1553Vbn_abs =76.2713Vbn_ang = -116.8202Vcn_abs =103.1342Vcn_ang = 116.9789實驗五 動態(tài)電路一 實驗?zāi)康? 學(xué)習(xí)動態(tài)電路的分析方法2 學(xué)習(xí)動態(tài)電路的matlab計算方法二 實驗示例1 一階動態(tài)電路，三要素公式電路如圖5-1所示（書本31頁），已知R1=3, R2=12, R3=6,C=1F,Us=18V,is=3A,在t50000)/2/pi;fhmin=min(fh),fhmax=max(fh),結(jié)果為：諧振頻率處的幅頻和相頻特性Rse = 5.0133e+004f0 = 1.5915e+005Q0 = 200Re = 4.0085e+004Q = 40.0853B = 3.9704e+003fhmin = 1.5770e+005fhmax = 1.6063e+00553