武大电气电路仿真实验报告 - 图文

电路仿真实验报告

2015年12月

姓名： 班级： 学号：

自强、弘毅、求是、拓新

目录

实验一直流电路 .............................................................................................................................. 3

实验目的 ................................................................................................................................... 3 实验内容 ................................................................................................................................... 3 实验二直流电路（二）................................................................................................................... 5 实验目的 ................................................................................................................................... 5 实验内容 ................................................................................................................................... 5 实验总结 ................................................................................................................................... 9 实验三正弦稳态 .............................................................................................................................. 9 实验目的 ................................................................................................................................... 9 实验内容 ................................................................................................................................... 9 实验总结 ................................................................................................................................. 11 实验四交流分析和网络函数......................................................................................................... 11 实验目的 ................................................................................................................................. 11 实验内容 ................................................................................................................................. 11 实验总结 ................................................................................................................................. 12 实验五动态电路 ............................................................................................................................ 13 实验目的......................................................................................................................................... 13 实验内容......................................................................................................................................... 13

实验总结 ................................................................................................................................. 20 实验六频率响应 ............................................................................................................................ 20 实验目的 ................................................................................................................................. 20 实验内容 ................................................................................................................................. 20 实验总结 ................................................................................................................................. 25 实验七 simulink仿真交流电路 ................................................................................................. 26 实验目的 ................................................................................................................................. 26 实验内容 ................................................................................................................................. 26 实验总结 ................................................................................................................................. 27

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自强、弘毅、求是、拓新

实验一直流电路

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。

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 -12 0; -12 32 -12; 0 -12 18]; V=[10; 0; 0]; I=Z\\V;

IRB=I(1)-I(2);

fprintf('the current through R3 is %8.4f Amps \\n',IRB) U4=I(2)*8; U7=I(3)*2;

fprintf('the source through R4 is %8.4f V \\n',U4) fprintf('the source through R7 is %8.4f V \\n',U7)

结果：

the current through R3 is 0.3571 Amps the source through R4 is 2.8571 V the source through R7 is 0.4762 V

（2）

Z=[ -12 -12; 0 18]; V=[-16; 6]; I=Z\\V; I(3)=0.5;

3

自强、弘毅、求是、拓新

U=I(1)*20-I(3)*12;

fprintf('the source is %8.4f V \\n',U) i3=I(1)-I(3); i7=I(2);

fprintf('the current through R3 is %8.4f Amps \\n',i3) fprintf('the current through R7 is %8.4f Amps \\n',i7) 结果

the source is 14.0000 V

the current through R3 is 0.5000 Amps the current through R7 is 0.3333 Amps

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已知R1=R2=R3=4,R4=2,控制常数k1=0.5,k2=4,is=2,求i1和i2 Z = [1 0 0 0; -4 16 -8 -4; 0 0 1 0.5; 0 -8 4 6]; V = [2 0 0 0]'; I = inv(Z)*V; i1 = I(2)-I(3); i2 = I(4);

fprintf('i1=%f A\\ni2=%f A\\n',i1,i2) 仿真结果： i1=1.000000 A i2=1.000000 A

实验总结

4

自强、弘毅、求是、拓新

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

实验二直流电路（二）

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。

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)^2

RL=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 =

0.0025 p =

Columns 1 through 7

0 0.0008 0.0014 0.0018 0.0020 0.0022 0.0023 Columns 8 through 14

0.0024 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 0.0025 Columns 15 through 21

0.0024 0.0024 0.0024 0.0023 0.0023 0.0023 0.0022 Columns 22 through 28

0.0022 0.0021 0.0021 0.0021 0.0020 0.0020 0.0020 Columns 29 through 35

0.0019 0.0019 0.0019 0.0018 0.0018 0.0018 0.0018 Columns 36 through 42

0.0017 0.0017 0.0017 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 Columns 43 through 49

0.0016 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015 0.0014 0.0014 Columns 50 through 51 0.0014 0.0014

5

自强、弘毅、求是、拓新

2.5x 10-321.5Maximum power occurs at 10000 OhmsMaximum power dissipation is 0.0025 Watts10.5000.511.522.533.544.5x 1054

2 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 -1/2 0;

1/2 -33/24 5/6; 0 1 -1]; I=[15 0 0]'; U=inv(A)*I; us=U(3); R=6;

Z=[0 2 4 6 10 18 24 42 90 186]; 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：

6

自强、弘毅、求是、拓新

RL =

0 2 4 6 10 18 24 42 90 186 i =

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 0.2500 u =

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 46.5000 p =

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 11.6250

876543210020406080100120140160180200

7

自强、弘毅、求是、拓新

50454035302520151050020406080100120140160180200

1009080706050403020100020406080100120140160180200

8

自强、弘毅、求是、拓新

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

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。

实验内容

1、如图所示电路，设R1=2,R2=3,R3=4,jxl=j2,-jXC1=-j3,-jXC2=-j5,Us1=8∠0°V,Us2=6∠0°,Us3=∠0°,Us4=15∠0°,求各电路的电流相量和电压向量。 clear,format compact

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

程序运行结果： I1 =

1.2250 - 2.4982i I2 =

-0.7750 + 1.5018i I3 =

-0.7750 - 1.4982i ua =

9

自强、弘毅、求是、拓新

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、含电感的电路：复功率 如图，已知R1=4,R2=R3=2,XL1=10,XL2=8,XM=4,Xc=8,Us=10∠0°V,Is=10∠0°A.求电压源，电压源发出的复功率。

clear,format compact

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

程序运行结果： Pus =

54.0488 - 9.3830i Pis =

1.7506e+002 +3.2391e+001i

4、正弦稳态电路，利用模值求解

如图所示电路，已知IR=10A，Xc=10Ω，并且U1=U2=200V，求XL。 clear

10

自强、弘毅、求是、拓新

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 = 5.3590 74.6410

实验总结

学习了正弦交流电路的分析方法，初步了解了MATLAB向量图的绘制，虽然并不能说完全掌握，但是基本有了一定的了解。

实验四交流分析和网络函数

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

实验内容

1求电流i1(t)和电压uc(t) Z=[10-j*7.5 -6+j*5; -6+j*5 10+j*3]; U2=2*exp(pi*75*j/180); U=[5; U2]; I=Z\\U; I1=I(1);

Uc=-j*10*(I(1)-I(2)); i1_abs=abs(I1);

i1_ang=angle(I1)*180/pi; uc_abs=abs(Uc);

uc_ang=angle(Uc)*180/pi;

fprintf('current I1,magnitude: %f \\n', i1_abs) fprintf('current I1,angle in degree:%f\\n',i1_ang)

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自强、弘毅、求是、拓新

fprintf('voltage Uc,mangnitude: %f \\n',uc_abs) fprintf('voltage Uc,angle in degree:%f\\n',uc_ang) 结果

current I1,magnitude: 0.597294 current I1,angle in degree:13.266138 voltageUc,mangnitude: 3.202746 voltageUc,angle in degree:-28.980786

2显示一个不平衡wye-wye系统，求相电压VAN，VBN和VCN。 Ua=110;

Ub=110*exp(pi*(-120)*j/180); Uc=110*exp(pi*120*j/180); Za1=1-j;Zb1=1-j*2;Zc1=1-j*0.5; Za2=5-j*12;Zb2=3-j*4;Zc2=5-j*12; Uan=Ua*Za2/(Za1+Za2); Ubn=Ub*Zb2/(Zb1+Zb2); Ucn=Uc*Zc2/(Zc1+Zc2); disp('UanUbnUcn')

disp('幅值'),disp(abs([Uan,Ubn,Ucn]))

disp('相角'),disp(angle([Uan,Ubn,Ucn])*180/pi) ha=compass([Uan,Ubn,Ucn]); set(ha,'linewidth',3) 结果

UanUbnUcn 幅值

99.8755 76.2713 103.1342 相角

-2.1553 -116.8202 116.9789

UanUbnUcn 幅值

99.8755 76.2713 103.1342 相角

-2.1553 -116.8202 116.9789

实验总结

了解运用MATLAB分析交流电路。

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自强、弘毅、求是、拓新

实验五动态电路

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

实验内容

1、激励的一阶电路

已知R=2欧姆，C=0.5F, 电容初始电压Uc(0+)=4V，激励的正弦电压Us(t)=Umcoswt，其中w=2rad/s。当t=0时，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

uc0=4;w=2;R=2;C=1; Zc=1/(j*w*C); dt=0.1;t=0:dt:10; us=6*cos(w*t);%è?Um=6 T=R*C;

ucf=us*Zc/(Zc+R); uc1=uc0*exp(-t/T); figure(1);

subplot(3,1,1); h1=plot(t,ucf);

grid,set(h1,'linewidth',2) subplot(3,1,2); h2=plot(t,uc1);

grid,set(h2,'linewidth',2); uc=ucf+uc1; subplot(3,1,3); h3=plot(t,uc);

grid,set(h3,'linewidth',2) 程序运行结果：

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自强、弘毅、求是、拓新

0.50-0.542050-5012345678910012345678910012345678910

2、二阶欠阻尼电路的零输入响应

如图所示的二阶电路，如L=0.5H，C=0.02F。初始值uc（0）=1V，iL=0，试研究R分别为1Ω，2Ω，3Ω，…，10Ω时，uc（t）和iL(t)的零输入响应，并画出波形。 R=1

clear,format compact L=0.5;R=1;C=0.02; uc0=1;iL0=0;

alpha=R/2/L;wn=sqrt(1/(L*C)); p1=-alpha+sqrt(alpha^2-wn^2); p2=-alpha-sqrt(alpha^2-wn^2); dt=0.01;t=0:dt:1;

num=[uc0,R/L*uc0+iL0/C]; den=[1,R/L,1/L/C];

[r,p,k]=residue(num,den);

ucn=r(1)*exp(p(1)*t)+r(2)*exp(p(2)*t); iLn=C*diff(ucn)/dt; figure(1),subplot(2,1,1), plot(t,ucn),grid subplot(2,1,2)

plot(t(1:end-1),iLn),grid

14

自强、弘毅、求是、拓新

10.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.910.20.10-0.1-0.200.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=2

10.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.910.20.10-0.1-0.200.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=3

15

自强、弘毅、求是、拓新

10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.050-0.05-0.1-0.1500.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=4

10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.050-0.05-0.1-0.1500.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=5

16

自强、弘毅、求是、拓新

10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.050-0.05-0.1-0.1500.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=6

10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.050-0.05-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=7

17

自强、弘毅、求是、拓新

10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.050-0.05-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=8

10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.050-0.05-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=9

18

自强、弘毅、求是、拓新

10.50-0.500.10.20.30.40.50.60.70.80.910.020-0.02-0.04-0.06-0.0800.10.20.30.40.50.60.70.80.91

R=10

15105000.10.20.30.40.50.60.70.80.910-0.5-1-1.5-2-2.500.10.20.30.40.50.60.70.80.91

19

自强、弘毅、求是、拓新

实验总结

1学习动态电路的分析方法。

2了解MATLAB暂态电路的计算方法。

实验六频率响应

实验目的

1学习有关频率响应的相关概念 2学习MATLAB的频率计算

实验内容

1、一阶低通电路的频率响应 如图为一阶RC低通电路，若以Uc为响应，求频率响应函数，画出其幅频响应（幅频特性）∣H（jw）∣和相频的响应（相频特性）

clear,formatcompact ww=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*log(abs(H))) grid,xlabel('ww'),ylabel('dB') subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)) grid,xlabel('ww'), ylabel('angle(H)')

仿真结果：

20

自强、弘毅、求是、拓新

10.8angle(H)0.60.40.200.511.52ww2.533.540angle(H)-0.5-1-1.500.511.52ww2.533.54

(a)线性频率响

0-10dB-20-3010ww0-0.5-1-1.50angle(H)10ww0

(b)对数频率响

2、频率响应：二阶低通电路

令H0=1，画出Q=1/3,1/2,1/√2,1,2,5的幅频相频响应，当Q=1/√2时，成为最平幅度特性，即在通带内其幅频特性最为平坦。

clear,formatcompact

for 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

21

自强、弘毅、求是、拓新

subplot(2,1,2),plot(ww,angle(H)),hold on figure(2)

subplot(2,1,1),semilogx(ww,20*log10(abs(H))),hold on subplot(2,1,2),semilogx(ww,angle(H)),hold on end

figure(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)')

6abs(H)420012345w6789100-1angle(H))-2-3-4012345w678910

(a)线性频率响

22

自强、弘毅、求是、拓新

200abs(H)-20-40-60-1100110w100-1angle(H)-2-3-4-1100110w10

(b)对数频率响

3、频率响应：二阶带通电路

clear,formatcompact H0=1;wn=1;

for Q=[5,10,20,50,100] w=logspace(-1,1,50); H=H0./(1+j*Q*(w./wn-wn./w)); figure(1)

subplot(2,1,1),plot(w,abs(H)),grid,holdon subplot(2,1,2),plot(w,angle(H)),grid,holdon figure(2)

subplot(2,1,1),semilogx(w,20*log10(abs(H))),grid,holdon subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(H)),grid,holdon end

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自强、弘毅、求是、拓新

10.80.60.40.20012345678910210-1-2012345678910

0-20-40-60-110210-1-2-110100101100101

4、复杂谐振电路的计算

clear,formatcompact

R1=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 f0=1/(2*pi*sqrt(C*L)) Q0=sqrt(L/C)/R,R0=L/C/R; Re=R0*Rse/(R0+Rse) Q=Q0*Re/R0,B=f0/Q s=log10(f0);

f=logspace(s-.1,s+.1,501);w=2*pi*f;

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自强、弘毅、求是、拓新

z1e=R1+j*w*L;z2e=R2+1./(j*w*C); ze=1./(1./z1e+1./z2e+1./Rse); subplot(2,1,1),loglog(w,abs(ze)),grid

axis([min(w),max(w),0.9*min(abs(ze)),1.1*max(abs(ze))]) subplot(2,1,2),semilogx(w,angle(ze)*180/pi) axis([min(w),max(w),-100,100]),grid

fh=w(find(abs(1./(1./z1e+1./z2e))>50000))/2/pi; fhmin=min(fh),fhmax=max(fh)

仿真结果： Rse =

5.0133e+004 f0 =

1.5915e+005 Q0 = 200 Re =

4.0085e+004 Q =

40.0853 B =

3.9704e+003 fhmin =

1.5770e+005 fhmax =

1.6063e+005

实验总结

1学会MATLAB的频率计算

2用MATLAB 中的abs(H)和angle(H)语句可直接计算幅频响应，而且其图像的频率坐标可以是线性的（用plot），也可以用时半对数的（用semilogx）。

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自强、弘毅、求是、拓新

实验七simulink仿真交流电路

实验目的

1了解simulink模块的使用。

2学习simpowersystem模块的使用。

实验内容

1、正弦交流电路如图所示，（w=1000rad/s），试求电流I1和I2

AC Voltage SourceSeries RLC Branchmagnitudesignalangle2.22Display-40.27Display1FourierSeries RLC Branch2Display32.289Series RLC Branch1Current Measurement2i+-signalrms1.574Display2Fourier1magnitudeanglesignalRMSCurrent Measurement1i+-Display411.63RMS1signalDisplay51.599rmsi+-Current Measurement2GainContinuous+Controlled Voltage Sources-powergui2、分析正弦稳态电路 电压有效值30 相位30

36.98magnitudesignalangleDisplay-9.49Display1signalrms26.14Display2ContinuouspowerguiFourierRMSi+-Current MeasurementSeries RLC Branch1.392magnitudesignalangleDisplay678.28Display7signalrms0.984Display8Fourier2Current Measurement2Current Measurement1i+-i-+AC Voltage SourceRMS2Series RLC Branch1Series RLC Branch226

36.95magnitudesignalangleDisplay3-11.65Display426.13Display5Fourier1signalrmsRMS1自强、弘毅、求是、拓新

实验总结

了解simulink模块，并初步学习使用simpowersystem模块的使用

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jm1w.html