電路設(shè)計matlab應(yīng)用報告

《電路設(shè)計MATLAB應(yīng)用》報告專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)班級：1121學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：季劍嵐2012一、設(shè)計目的1．鞏固學(xué)習(xí)MATLAB軟件和電路分析。2．學(xué)習(xí)MATLAB軟件對電路進(jìn)行建模，仿真設(shè)計。3．學(xué)習(xí)在MATLAB環(huán)境下編程、仿真，記錄分析仿真結(jié)果。二、設(shè)計內(nèi)容1.在如圖所示的電路中，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電路分析建模：這是電阻電路求解問題。利用網(wǎng)孔法進(jìn)行建模，按上面電路圖可以列出以下網(wǎng)孔方程：可將上述線性方程組改寫成矩陣形式：=Us若令A(yù)=，I=，B=則有A*I=B*Us。令Us=48V,利用關(guān)系I0=Ib-Ic,Is=Ia,即可得到問題（1）的解。由電路的線性性質(zhì)，可令I(lǐng)s=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。通過這些式子就可以得到問題（2）的解。MATLAB程序：clear;closeall;clc;R1=3;R2=5;R3=9;R4=2;R5=6;R6=1;R7=1;display('問題(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('求解問題(2)');I02=input('輸入I02=?');k1=Is/us;k2=I0/us;us=I02/k2,Is=k1*I02/k2程序運(yùn)行結(jié)果：題1結(jié)果截圖：所以(1)當(dāng)us=48V時,Is=9A,I0=-3A;(2)當(dāng)I0=2A時,us=-32V,Is=-6A。結(jié)果分析：把這些數(shù)據(jù)代入網(wǎng)孔中，每個網(wǎng)孔的電壓和正好為0，滿足題目，說明結(jié)果為正確的。而且有答案可以看出，us與is是成正比關(guān)系的，且符號相同，若電路中其他元件的參數(shù)不改變，us增大則is增大。反之亦然。2.電路如圖所示，已知Us（t）=200cos(ωt+90°）V，R1=22Ω，L=50H，R2=33Ω，C=100μf，畫出Uc（t）及Us（t）的波形。RR1L+Us(t)_R2C+--Uc(t)zlzcI電路分析建模：題目只要求Uc（t）和Us（t）的波形圖，而Us（t）=200*cos(20*t+pi/2)題目中已經(jīng)給出。只要求出Uc（t）的表達(dá)式就好了。Zl=R1+j*w*LZc=(R2*(1/j*w*C))/(R2+(1/j*w*C))=/(Zl+Zc)=*Zc求出來的也是a+jb形式的，用abs（），angle（）分別求出模和角度。又因為在正弦電路中，所以，Uc和US的角頻率相同，所以可以設(shè)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)');程序運(yùn)行結(jié)果：結(jié)果分析：所求的波形圖都是余弦函數(shù)的圖，從圖中發(fā)現(xiàn)滿足這個條件。第一副圖，當(dāng)t=0時，US=0，所以圖示圖像從0開始。第二幅圖t=0時，Uc不等于0，所以圖像不是從0開始的，以上發(fā)現(xiàn)，圖示都滿足要求。3.正弦激勵的一階電路如圖所示,已知R=2Ω,C=0.5F,電容初始電壓Uc(0+)=4V,激勵的正弦電壓Us(t)=10cos2t。當(dāng)t=0時，開關(guān)S閉合。求電容電壓的全響應(yīng)，暫態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。RCRCSUs（t）zt=0電路分析建模：因為圖示為正弦激勵的一階電路圖，所以要求電容電壓的全響應(yīng)有公式：f(t)=f’(t)+[f(0+)-f’(0+)]*e^(-t/T)。其中，f’(t)是特解為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，[f(0+)-f’(0+)]*e^(-t/T)為暫態(tài)響應(yīng)。而f’(0+)是t=0+時穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的初始值。f(0+)是在直流電源的激勵下Uc(t)的初始值。根據(jù)三要素法，只要求出f’(t)、f(0+)、T，就可以求得全響應(yīng)。又因為f(0+)題中已經(jīng)給出，即Uc(0+)=4V;激勵的正弦電壓也給出，為Us(t)=10cos2t,所以可以設(shè)f’(t)=Acos(2t+Y)。綜上所述，Uc(t)=A*cos(2*t+Y)+[4-A*cosY]*exp^(-t/t1)')。也就是說，只要求出A，Y，t1,就可以知道全響應(yīng)以及暫態(tài)響應(yīng)，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)了。所以，我們要求Uc兩端的電壓，求出來是=a+jb的形式，把再化成A的形式。用abs（）求出A，angle（）求出。由書上的定義可以知道，此處的A和就是Uc（t）中所需求的值。而t1=R*C，所以，所求響應(yīng)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('電容全響應(yīng)');disp('Uc(ta)=A*cos(2*t+Y)+[f0-A*cosY]*exp(-t/t1)');display('穩(wěn)態(tài)響應(yīng)');disp('Uc(tb)=A*cos(2*t+Y)');display('暫態(tài)響應(yīng)');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('電容全響應(yīng)');gridon;holdon;subplot(3,1,2);h2=plot(t,Uc2);title('電容穩(wěn)態(tài)響應(yīng)');gridon;holdon;subplot(3,1,3);h2=plot(t,Uc3);title('電容暫態(tài)響應(yīng)');gridon;程序運(yùn)行結(jié)果：題3結(jié)果截圖：所以所求答案為：電容全響應(yīng)Uc(ta)=4.4721cos(2t-63.4349)+[4.0000-4.4721cos(-63.4349)]*e^(-t)暫態(tài)響應(yīng)Uc(tb)=4.4721cos(2t-63.4349)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)Uc(tc)=[4.0000-4.4721cos(-63.4349)]*e^(-t)結(jié)果分析：如圖像，穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是一個光滑的波形，因為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是響應(yīng)隨時間不斷變化的一個過程，所以圖示的圖形是一個光滑曲線。而暫態(tài)響應(yīng)又稱瞬態(tài)響應(yīng)，是一個瞬間量，所以圖示只有短短的一條。全響應(yīng)為暫態(tài)與穩(wěn)態(tài)只和，所以也是一個光滑的波形。三、總結(jié)1.實驗過程中出現(xiàn)的問題沒有注意符號的輸入法，比如說逗號，分號之類的，用中文輸入法來打，導(dǎo)致程序無法運(yùn)行。2）對于matlab的一些語法不熟練，比如把函數(shù)里的90度直接用90表示，而沒有用pi/2來表示，導(dǎo)致程序運(yùn)行不出來。3）做第一題時，由于我對電路的線性性質(zhì)不熟悉，導(dǎo)致第一題無法解出來。4）對于正弦激勵下的一階電路的全響應(yīng)公式的運(yùn)用不熟悉，導(dǎo)致無法編程。2.體會通過這次課程設(shè)計，我大體學(xué)會了如何用matlab來創(chuàng)建電路模型并且來求解電路。我覺得這對于計算電路非常的方便。以前自己要用向量，復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化才能計算的電路題，現(xiàn)在只要輸入條件就能計算。第一次做這樣的設(shè)計，有點不太順手。但是經(jīng)過幾天的看書和老師的指點，一下子就入門了。照著書做了第一題后，就發(fā)現(xiàn)后面