matlab辅助程序设计实验指导书2014

1实验一MATLAB软件的安装和使用一、实验目的1.熟悉MATLAB的主界面；2.学会利用MATLAB的联机帮助系统和命令窗口帮助系统；二、实验设备PC机、Windowsxp操作系统和MATLAB2010a软件三、实验内容参看课本310内容。实验题目改为“MATLAB软件的安装和使用”实验二数组和矩阵处理一、实验目的1.掌握数组的相关操作：创建，寻访，运算。2.掌握矩阵的构建与运算方法及相关函数；3.掌握多项式的运算方法。二、实验内容（一）matlab中数值运算的基础理论和相关命令“数值运算”是matlab的常用功能，也是其最基础的内容，要认真学习，扎实掌握。参看课本2.1、2.2、2.5和2.6节的内容，掌握矩阵和数组，多项式，元胞数组和结构数组的相关操作和简单应用并运行书中例题，细心体会。（二）数值运算中常见问题处理1.设2212a，4032b，21c，)2(eyed，求解下列问题：（1）3×a（2）a+b（3）a*d（4）a.*d（5）a\b（6）a.\b（7）a.^b（8）矩阵a的逆阵22.设三阶矩阵A，B，满足BAABAA61，其中710004100031A请求出矩阵B，并代入关系式进行验证。3.已知矩阵44434241343332312423222114131211A计算：（1）A(:,1)（2）A(2,:)（3）A(:,2:3)（4）A(:,1:2:3)（5）[eye(size(A)),A';zeros(size(A)),A^2]5.求解下列方程（1）0189234XXX（2）12224732258232432143214321421xxxxxxxxxxxxxxx6.设矩阵a、b、c和d的定义如下：]2[a；4112b；02112c；9011d，试判断下列表达式的值：（1）)(~ba（2）cbca&（3）dc3实验三数值运算和特殊矩阵的设计（matlab符号计算）一、实验目的1.掌握符号变量及符号表达式的构建；2.掌握符号表达式的运算方法及相关函数。二、实验内容（一）matlab符号运算的基本知识和相关命令Matlab的数学运算分为数值运算和符号运算。符号运算具有以下特点：一、运算以推理解析的方式进行，因此不受计算误差积累问题困扰；二、符号计算，或给出完全正确的封闭解，或给出任意精度的数值解（当封闭解不存在时）；三、符号计算指令的调用比较简单，经典教科书公式相近；四、计算所需时间较长，有时难以忍受。涉及符号计算的指令使用、运算符操作、计算结果可视化、程序编制以及在线帮助系统都是十分完整、便捷的。认真学习课本3.1，3.2，3.3，3.4和3.6各节内容，掌握符号运算的相关知识，运行书中例题。（二）matlab符号运算常见问题处理1.创建符号表达式)tan()cos()sin()(xxxxf，并计算该符号表达式在1x、2x处的值。2.设x为符号变量，12)(24xxxf，536)(23xxxxg，试进行如下运算：（1）)()(xgxf（2）)()(xgxf（3）对)(xf进行因式分解3.求下列表达式的极限（1）求xx)(cos当0x时的极限（2）求)1ln()cos1(1cossin32xxxxx当0x时的极限4.求下列表达式的积分4（1）dxxxx111（2）80)(sindxxx（3）dxdyxexy5.求下列表达式的微分（1）计算xxxf1sin)cos()(22的2次微分（2）计算5)sin()(xxxf的5次微分6.利用符号运算计算级数65564334212之和。7.求解下列方程组134143yxyx8.计算下列微分方程（1）求xeyyy244的通解（2）求22yxyyx，1|1xy实验四图形设计及界面设计一、目的与要求（1）熟练掌握matlab二维曲线的绘制和修饰。（2）掌握三维图形的绘制。（3）熟练掌握句柄图形的概念和GUI设计。二、实验设备PC机、Windowsxp操作系统和MATLAB2010a软件三、内容与步骤（一）图形设计及界面设计的基础知识MATLAB作为世界顶级的数值计算工具软件具有极其强大的数据可视化功能，可制作具有出版质量图形。详细介绍MATLAB这一部分的内容的书籍有《matlab图形与动画设计》（国防工业出版社），《基于matlab的计算机图形与动画技术》（清华大学出版社）。认真学习课本4.1（重点），4.3中的4.3.1，4.3.2两节，以及4.7。（二）简单的图形设计及界面设计参看课本336页内容，将课本中的题目改成“图形设计及界面设计”5实验五程序设计一、目的与要求1、掌握MATLAB程序设计的流程和M文件的结构2、掌握循环语句、条件转移试探结构的使用方法3、掌握内联函数的创建、查看和调用方法二、实验设备PC机、Windowsxp操作系统和MATLAB2010a软件三、内容与步骤（一）matlab程序设计基本知识Matlab编程属于面向对象编程，Matlab的编程语言称为m语言。学习matlab程序设计对灵活运用matlab解决实际问题，充分调动起科学技术资源十分有用。认真学习课本中5.1（5.1.7不看），5.2，5.3，5.4，5.6中的内容，掌握matlab程序设计的相关知识，。（二）简单的matlab程序设计1、实验内容（1）使用for…end循环编程求出1+3+5…+99的值。（2）使用for…end循环将单位阵zeros(6,1)转换为列向量（3）采用while…end结构11113521yn，求y3时的最大n值和y值。（4）采用条件转移if…else…end结构根据不同的分段表达式04462()685/281xxxfxxxx≤≤≤≥，，绘制分段函数曲线。（5）用switch…case开关结构得出各月份的季节.（6）if与break命令结合，停止while循环。计算11113521yn值，当y=3时终止计算。2.在M文件编辑/调试器窗口编写计算二阶系统时域响应的M函数文件，并在MATLAB命令窗口中调用该文件,如：。在MATLAB命令窗口输入以下命令，则会出现f的计算值和绘制的曲线：f=Ex0512(0.3)3、内联函数的创建把sin(x)*exp(-z*x)作为内联函数（1）创建内联函数f=inline('sin(x)*exp(-z*x)','x','z')（2）调用函数f6y=f(5,0.3)（3）查看内联函数的信息char(f)（4）使内联函数f转换为适合于数组运算ff=vectorize(f)（5）执行内联函数。x=0:0.1:20;z=0:0.05:10;y=feval(ff,x,z)实验六工具箱的使用一、目的与要求1、掌握MATLAB常用的工具箱2、掌握在simulink下连续和离散系统的设计方法3、掌握在simulink下连续系统的仿真过程4、掌握在simulink下离散系统的仿真过程二、实验设备PC机、Windowsxp操作系统和MATLAB2010a软件三、实验内容与步骤（一）simulink的基本操作认真学习课本7.1，7.2，7.3，7.4，7.5节的内容。（二）simulink的简单应用本部分内容可以参看以下操作练习，也可参看课本中的实验7练习。1Simulink文件操作1：创建一个正弦信号的仿真模型输出结果如下图：2.从工作空间获取数据（FromWorkspace）。从工作空间获取数据模块的输入信号源。在工作空间计算变量t和y，将其运算的结果作为系统的输入。7t=0:0.1:10;y=sin(t);t=t';y=y';3从文件获取数据（Fromfile）。从文件获取数据是指从mat数据文件中获取数据。将下面例子中的数据保存到.mat文件。t=0:0.1:2*pi;y=sin(t);y1=[t;y];saveEx0702y1%保存在“Ex0702.mat”文件中将“FromFile”模块的“参数设置”对话框打开，在“Filename”栏填写“Ex0702.mat”，单击“OK”按钮。用示波器作为接收模块，可以查看输出波形。84传递函数（Transferfunction）。传递函数模块是用来构成连续系统结构的模块，其模块参数对话框如图所示。例如：建立二阶系统的仿真模型。（1）在“Sources”模块库选择“Step”模块，在“Continuous”模块库选择“TransferFcn”模块，在“MathOperations”模块库选择“Sum”模块，在“Sinks”模块库选择“Scope”模块。（2）连接各模块，从信号线引出分支点，构成闭环系统。（3）设置模块参数，打开“Sum”模块“参数设置”对话框，如图7.22所示。将“Iconshape”设置为“rectangular”，将“Listofsigns”设置为“|+”，其中“|”表示上9面的入口为空。5S函数在Simulink中选择“User-DefinedFunctions”模块库，如图7.54所示有多种可供用户自定义的模块。创建单级倒立摆系统simulink模型，并使用S函数构建自定义函数。单级倒立摆的动力学方程为：sin()dgMKuF其动力学方程转化为状态方程为：21212sin()dgxxkxuFxx(1)创建模型10在命令行下输入：editsfuntmpl（2）修改函数function[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=sfun_pendulum(t,x,u,flag)fd=0.8;fg=9.8;m=0.2;switchflag,case0,[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizes;%修改该函数输入参数case1,sys=mdlDerivatives(t,x,u,fd,fg,m);%修改该函数输入参数case2,sys=mdlUpdate(t,x,u);case3,sys=mdlOutputs(t,x,u);case9,sys=mdlTerminate(t,x,u);otherwiseDAStudio.error('Simulink:blocks:unhandledFlag',num2str(flag));end根据输入参数个数修改初始化函数“mdlInitializeSizes”：function[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=mdlInitializeSizessizes=simsizes;sizes.NumContStates=2;%修改状态参数为2个sizes.NumDiscStates=0;sizes.NumOutputs=1;%修改输出参数为1个sizes.NumInputs=1;%修改输入参数为1个sizes.DirFeedthrough=0;sizes.NumSampleTimes=1;sys=simsizes(sizes);11x0=[0;0];str=[];ts=[00];simStateCompliance='UnknownSimState';微分函数表示了状态变量之间的关系，修改微分函数“mdlDerivatives”如下：functionsys=mdlDerivatives(t,x,u,fd,fg,m)dx(1)=x(2);dx(2)=-fd*x(2)-m*fg*sin(x(1))+u;sys=dx;修改输出函数“mdlOutputs”如下：functionsys=mdlOutputs(t,x,