电路设计matlab应用报告

《电路设计MATLAB应用》报告专业：物联网班级：1121学号：姓名：指导教师：季剑岚2012一、设计目的1．巩固学习MATLAB软件和电路分析。2．学习MATLAB软件对电路进行建模，仿真设计。3．学习在MATLAB环境下编程、仿真，记录分析仿真结果。二、设计内容1.在如图所示的电路中，已知：R1=3Ω，R2=5Ω，R3=9Ω，R4=2Ω，R5=6Ω，R6=R7=1Ω。(1)已知Us=48V,求Is和Io(2)已知Io=2A,求Us和IsUsUsR1R2R3R5R4R7R6I0ibiciaIs电路分析建模：这是电阻电路求解问题。利用网孔法进行建模，按上面电路图可以列出以下网孔方程：可将上述线性方程组改写成矩阵形式：=Us若令A=，I=，B=则有A*I=B*Us。令Us=48V,利用关系I0=Ib-Ic,Is=Ia,即可得到问题（1）的解。由电路的线性性质，可令Is=k1*Us,I0=k2*Us。于是可以得到k1=Is/Us,k2=I0/Us;所以，Us=I0/k2,Is=k1*I0/k2。通过这些式子就可以得到问题（2）的解。MATLAB程序：clear;closeall;clc;R1=3;R2=5;R3=9;R4=2;R5=6;R6=1;R7=1;display('问题(1)');us=input('us=?');A=[R2+R5,-R2,-R5;-R2,R1+R2+R3+R4,-R4;-R5,-R4,R4+R5+R6+R7];B=[1;0;0];I=A\B*us;ia=I(1);ib=I(2);ic=I(3);I0=ib-ic,Is=iadisplay('求解问题(2)');I02=input('输入I02=?');k1=Is/us;k2=I0/us;us=I02/k2,Is=k1*I02/k2程序运行结果：题1结果截图：所以(1)当us=48V时,Is=9A,I0=-3A;(2)当I0=2A时,us=-32V,Is=-6A。结果分析：把这些数据代入网孔中，每个网孔的电压和正好为0，满足题目，说明结果为正确的。而且有答案可以看出，us与is是成正比关系的，且符号相同，若电路中其他元件的参数不改变，us增大则is增大。反之亦然。2.电路如图所示，已知Us（t）=200cos(ωt+90°）V，R1=22Ω，L=50H，R2=33Ω，C=100μf，画出Uc（t）及Us（t）的波形。RR1L+Us(t)_R2C+--Uc(t)zlzcI电路分析建模：题目只要求Uc（t）和Us（t）的波形图，而Us（t）=200*cos(20*t+pi/2)题目中已经给出。只要求出Uc（t）的表达式就好了。Zl=R1+j*w*LZc=(R2*(1/j*w*C))/(R2+(1/j*w*C))=/(Zl+Zc)=*Zc求出来的也是a+jb形式的，用abs（），angle（）分别求出模和角度。又因为在正弦电路中，所以，Uc和US的角频率相同，所以可以设Uc（t）=Acos(20*t+)。其中A、就是abs（）、angle（）。MATLAB程序：clear;closeall;clc;R1=22;L=50;R2=33;C=100*10^(-6);j=sqrt(-1);w=20;US=200*exp(j*(pi/2));Zl=R1+j*w*L;Zc=(R2*(1/j*w*C))/(R2+(1/j*w*C));I=US/(Zl+Zc);Uc=I*Zc;disp('AY');disp([abs(Uc),angle(Uc)*180/pi]);A=abs(Uc);Y=angle(Uc)*180/pi;t=[0:0.001:10];US=200*cos(w*t+pi/2);Uc=A*cos(w*t+Y);subplot(2,1,1);h1=plot(t,US);gridon;title('US=200cos(20t+pi/2)');holdon;subplot(2,1,2);h2=plot(t,Uc);gridon;title('Uc=Acos(20t+Y)');程序运行结果：结果分析：所求的波形图都是余弦函数的图，从图中发现满足这个条件。第一副图，当t=0时，US=0，所以图示图像从0开始。第二幅图t=0时，Uc不等于0，所以图像不是从0开始的，以上发现，图示都满足要求。3.正弦激励的一阶电路如图所示,已知R=2Ω,C=0.5F,电容初始电压Uc(0+)=4V,激励的正弦电压Us(t)=10cos2t。当t=0时，开关S闭合。求电容电压的全响应，暂态响应和稳态响应。RCRCSUs（t）zt=0电路分析建模：因为图示为正弦激励的一阶电路图，所以要求电容电压的全响应有公式：f(t)=f’(t)+[f(0+)-f’(0+)]*e^(-t/T)。其中，f’(t)是特解为稳态响应，[f(0+)-f’(0+)]*e^(-t/T)为暂态响应。而f’(0+)是t=0+时稳态响应的初始值。f(0+)是在直流电源的激励下Uc(t)的初始值。根据三要素法，只要求出f’(t)、f(0+)、T，就可以求得全响应。又因为f(0+)题中已经给出，即Uc(0+)=4V;激励的正弦电压也给出，为Us(t)=10cos2t,所以可以设f’(t)=Acos(2t+Y)。综上所述，Uc(t)=A*cos(2*t+Y)+[4-A*cosY]*exp^(-t/t1)')。也就是说，只要求出A，Y，t1,就可以知道全响应以及暂态响应，稳态响应了。所以，我们要求Uc两端的电压，求出来是=a+jb的形式，把再化成A的形式。用abs（）求出A，angle（）求出。由书上的定义可以知道，此处的A和就是Uc（t）中所需求的值。而t1=R*C，所以，所求响应就由此可求。Uc(t)=A*cos(2*t+Y)+[4-A*cosY]*exp^(-t/t1)')，=*Z/(R+Z)，Z=1/(j*w*C)A=abs（），=angle（），t1=R*CMATLAB程序：clear;closeall;clc;R=2;C=1/2;US=10*exp(j*0);w=2;j=sqrt(-1);t1=R*C;Z=1/(j*w*C);U0=US*Z/(R+Z)display('AYt1f0');disp([abs(U0),angle(U0)*180/pi,R*C,4]);display('电容全响应');disp('Uc(ta)=A*cos(2*t+Y)+[f0-A*cosY]*exp(-t/t1)');display('稳态响应');disp('Uc(tb)=A*cos(2*t+Y)');display('暂态响应');disp('Uc(tc)=[f0-A*cosY]*exp(-t/t1)');A=abs(U0);Y=angle(U0)*180/pi;t1=R*C;f0=4;t=[0:0.01:20];Uc1=A*cos(2*t+Y)+(f0-A*cos(Y))*exp(-t/t1);Uc2=A*cos(2*t+Y);Uc3=(f0-A*cos(Y))*exp(-t/t1);subplot(3,1,1);h1=plot(t,Uc1);title('电容全响应');gridon;holdon;subplot(3,1,2);h2=plot(t,Uc2);title('电容稳态响应');gridon;holdon;subplot(3,1,3);h2=plot(t,Uc3);title('电容暂态响应');gridon;程序运行结果：题3结果截图：所以所求答案为：电容全响应Uc(ta)=4.4721cos(2t-63.4349)+[4.0000-4.4721cos(-63.4349)]*e^(-t)暂态响应Uc(tb)=4.4721cos(2t-63.4349)稳态响应Uc(tc)=[4.0000-4.4721cos(-63.4349)]*e^(-t)结果分析：如图像，稳态响应是一个光滑的波形，因为稳态响应是响应随时间不断变化的一个过程，所以图示的图形是一个光滑曲线。而暂态响应又称瞬态响应，是一个瞬间量，所以图示只有短短的一条。全响应为暂态与稳态只和，所以也是一个光滑的波形。三、总结1.实验过程中出现的问题没有注意符号的输入法，比如说逗号，分号之类的，用中文输入法来打，导致程序无法运行。2）对于matlab的一些语法不熟练，比如把函数里的90度直接用90表示，而没有用pi/2来表示，导致程序运行不出来。3）做第一题时，由于我对电路的线性性质不熟悉，导致第一题无法解出来。4）对于正弦激励下的一阶电路的全响应公式的运用不熟悉，导致无法编程。2.体会通过这次课程设计，我大体学会了如何用matlab来创建电路模型并且来求解电路。我觉得这对于计算电路非常的方便。以前自己要用向量，复数转化才能计算的电路题，现在只要输入条件就能计算。第一次做这样的设计，有点不太顺手。但是经过几天的看书和老师的指点，一下子就入门了。照着书做了第一题后，就发现后面