实验2 大规模直流电路的计算
实验目的 (1)了解大规模直流电路分析的一般方法,对电路的 计算机辅助分析有一定的认识。 (2)学习用MATLAB编程实现对通用直流电路计算的 方法。 (3)通过实例计算,体会用计算机自动计算复杂电路的功能。加深对电路计算方法的理解。
实验原理 关联矩阵 用表示,元素 定义为 +1 支路K与节点j关联,方向背向节点; -1 支路K与节点j关联,方向指向节点; 关联矩阵 用表示,元素 定义为 +1 支路K与节点j关联,方向背向节点; -1 支路K与节点j关联,方向指向节点; 0 支路K与节点j无关联。 如图关联矩阵为: 支路 1 2 3 4 5 6 节点 的行是不独立的,把 的任意一行去掉得 , 的行就独立了。则称 降阶关联矩阵或关联矩阵。
实验原理 用 表示的KCL、KVL的矩阵形式 其中, 为支路电流列向量 为支路电压列向量 为节点电压列向量
列表法电路方程的推导 对于电阻支路有: 对于电导支路有: 对于VCVS支路有: 对于VCCS支路有: 对于CCVS支路有: 首先规定一个元件为一条支路 对于电阻支路有: 对于电导支路有: 对于VCVS支路有: 对于VCCS支路有: 对于CCVS支路有: 对于CCCS支路有: 对于独立电压源支路有: 对于独立电流源支路有: 对于整个电路可以写出如下形式的支路方程
列表法电路方程的推导 设节点电压 为待求量,把用关联矩阵 表示的KCL,KVL以及支路方程如下: KCL KVL 支路方程 将这3个方程合在一起,便得到节点列表方程矩阵形式
输入数据结构 TOPLOG–VALUE(电路的拓扑结构及元件值) 元件 元件 支路 始节点 终节点 控制 元件(控制 元件 元件 支路 始节点 终节点 控制 元件(控制 顺序 类型 号数 号数 号数 支路 数值 系数)
元件编号 为了使计算机识别电路的元件类型,必须给每个元件编号。 0 ——电导G 1 ——电阻R 2 ——电容L 3 ——电感 4 ——电压源 5 ——电流源 6 ——CCCS 7 ——VCCS 8 ——CCVS 9 ——VCVS
计算示例 例1 求电路中的电压和电流(电阻单位为)。 TOPLOG_ VALUE矩阵 ① ④ ② ③
MATLAB程序 用Matlab 计算的程序如下: % 计算电路的计算程序 N=4;M=9; tv=[4 1 0 1 0 -10 1 2 1 2 0 2 1 3 1 4 0 2 9 4 2 4 7 3 1 5 2 3 0 0.5 7 6 0 3 3 2 0 7 3 0 0 3 5 8 0 4 0 6 0 9 4 0 0 3] dcan(N,M,tv)
程序运行结果 程序运行后,在命令窗口显示如下: 节点电压 ans = 10.0000 -39.0000 -20.0000 21.0000 >>T9_2_3 tv = 4.0000 1.0000 0 1.0000 0 -10.0000 1.0000 2.0000 1.0000 2.0000 0 2.0000 1.0000 3.0000 1.0000 4.0000 0 2.0000 9.0000 4.0000 2.0000 4.0000 7.0000 3.0000 1.0000 5.0000 2.0000 3.0000 0 0.5000 7.0000 6.0000 0 3.0000 3.0000 2.0000 0 7.0000 3.0000 0 0 3.0000 5.0000 8.0000 0 4.0000 0 6.0000 0 9.0000 4.0000 0 0 3.0000 节点电压 ans = 10.0000 -39.0000 -20.0000 21.0000
程序运行结果 支路电压 ans = -10.0000 49.0000 -11.0000 -60.0000 -19.0000 20.0000 -20.0000 -21.0000 21.0000 支路电流 19.0000 24.5000 -5.5000 62.5000 -38.0000 -22.0000 -60.0000 6.0000 63.0000 支路功率 1.0e+003 * -0.1900 1.2005 0.0605 -3.7500 0.7220 -0.4400 1.2000 -0.1260 1.3230
实验步骤和方法 1、对给出的电路的支路和节点编号。标出电流的方向。每条支路应采用关联参考方向。并选定参考节点(接地点)。 2、编写输入数据。根据元件类型的编号,电路的拓扑结构、元件值编写TOPLOG_ VALUE矩阵。见例1。该矩阵的第5列是专为受控源设计的,是受控源(编号6、7、8、9)时存放控制支路号。非受控源时为0。 3、仿照例1的方法,调用计算通用直流电路的函数dcan。完成对电路的计算。 4、下载程序dcan.m, 网址 http://221.233.24.35:1128/
实验注意事项 1、电路中支路的电压和电流应尽量选用关联参考方向。对于电源,若是选用非关联方向,则电源的元件值则为负值。 2、MATLAB的文件名要以字母开头,文件名中不得有运算符、专用名称等,但可以有下划线。 3、调用计算通用直流电路的程序dcan.m。应与所编程序在同一文件夹中。 4、若控制量是一个开路电压,则可以将开路用电导为零的电导元件代替。
实验报告要求 1.电路的支路、节点的编号,支路电压、电流的方向。 2.输入数据矩阵的编写,MATLAB编写的程序和命令。 3.计算出的结果。 4.通过本次实验,总结、归纳通用计算程序分析电路的步骤和方法。
实验内容 用通用直流电路分析程序计算以下电路。
实验内容 用通用直流电路分析程序计算以下电路。