MATLAB仿真技术实验教案.docx
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MATLAB仿真技术实验教案
《MATLAB仿真技术》实验教案
实验一
实验名称：
熟悉Matlab交互工作界面
一、实验目的
1、熟悉Matlab各种工作界面的操作要旨
2、掌握Matlab的基本操作命令
二、实验步骤
1、命令窗口
（1）体验命令窗口的菜单及各项功能
（2）尝试命令窗口编辑特殊功能键和设置
2、工作空间窗口与当前路径窗口
（1）在工作空间窗口查看及修改变量
（2）添加新的路径为Matlab路径
3、图形窗口和文本编辑窗口
（1）练习图形窗口中修改图形的方法
（2）在文本编辑窗口调试程序
4、体会Matlab的基本操作命令
三、实验仪器
PC机MATLAB软件
四、实验结果
五、结论
实验二
实验名称：
Matlab在符号计算方面的应用
一、实验目的
1、掌握标识符的生成和使用
2、掌握矩阵及变量的赋值
3、熟悉三类运算符及其功能
二、实验内容
1、标识符的生成和使用
1）、计算
，当x=2和x=4时的值。
>>x=[24];
y=x.^3+（x-0.98）.^2./（x+1.35）.^3-5*（x+1./x）;
y
y=
-4.472342.8096
2）、计算
。
>>y=cos（pi/3）-（9-sqrt
（2））^（1/3）
y=
-1.4649
2、矩阵及变量的赋值
1）、已知a=3,A=4，b=a2,B=b2-1,c=a+A-2B,C=a+2B+c,求C
>>a=3;A=4;
b=a^2;B=b^2-1;
c=a+A-2*B;C=a+2*B+c;
C
C=
10
2）、创建3×4矩阵魔方阵和相应的随机矩阵，将两个矩阵并接起来，然后提取任意两个列向量。
>>A=magic（4）;A（4,:
）=[];
B=rand（3,4）;C=[AB];
D=C（:
3）;E=C（:
4）;
D,E
D=
3
10
6
E=
13
8
12
3）、创建一个5×5随机阵并求其逆。
>>A=rand（5,5）;
B=inv（A）
B=
-0.3113-0.5610-0.43340.81770.8277
0.9176-1.04642.3486-2.99340.3191
-1.34830.5234-0.0487-0.17481.3919
0.67960.43660.48310.8076-1.7734
0.95051.2291-1.89181.7705-1.1269
4）利用上题的矩阵，计算矩阵的5次方。
>>A=rand（5,5）;
C=A^5
C=
2.01621.97631.04971.32852.9673
2.40182.34231.25651.58113.5262
4.49934.19262.42902.93696.4685
3.00872.81751.61711.96804.3373
2.42882.34301.27921.59513.5506
3、三类运算符及其功能
1）创建一个4×4随机矩阵，提取对角线以上部分。
>>A=rand（5,5）;
D=triu（A,1）
D=
00.31420.03810.16030.6649
000.45860.87290.8704
0000.23790.0099
00000.1370
00000
2）创建一个4×5随机矩阵，提取第一行和第二行中大于0.3的元素组成矩阵。
>>A=rand（4,5）;
B=A（[12],:
）>0.3;
C=B.*A（[12],:
）
C=
0.39720.37160.716500.7036
0.41360.42530.51130.70060.4850
3）设
，
，求C=A*B,D=A.*B。
>>A=[14813;-36-5-9;2-7-12-8];B=[543-2;6-23-8;-13-97];
C=A*B'
D=A.*B
C=
19-8230
12273
-385429
D=
51624-26
-18-12-1572
-2-21108-56
三、实验仪器
PC机MATLAB软件
四、实验结果
五、结论
实验三
实验名称：
一维二维数组创建与寻访
一、实验目的
1、掌握数组的创建和寻访
2、掌握数组的生成函数和操作运算
3、掌握数组操作运算与矩阵操作运算
二、实验步骤
1、直接输入法创建数组
创建一个数组并赋值给变量a
使a=
2、使用MATLAB函数创建数组
创建一个数组并赋值给变量b，使b中元素服从均值为0，方差为1的正态分布（b为4×4阶）
3、利用外部数据文件（MAT）保存和装载数组
保存并调用变量a,b
4、比较数组运算与矩阵运算操作的区别
⑴分别对变量a,b进行矩阵乘和数组乘
⑵分别对变量a,b进行矩阵除和数组除
三、实验结果
1、直接输入法创建数组
创建一个数组并赋值给变量a
使a=
MATAB源程序：
>>a=[1234;5678;9101112;13141516]
a=
1234
5678
9101112
13141516
2、使用MATLAB函数创建数组
创建一个数组并赋值给变量b，使b中元素服从均值为0，方差为1的正态分布（b为4×4阶）
MATAB源程序：
>>b=randn（4,4）
b=
-0.4326-1.14650.3273-0.5883
-1.66561.19090.17462.1832
0.12531.1892-0.1867-0.1364
0.2877-0.03760.72580.1139
3、利用外部数据文件（MAT）保存和装载数组
保存并调用变量a,b
MATAB源程序：
>>saveD:
\55ab
>>clear
>>loadD:
\55ab
4、比较数组运算与矩阵运算操作的区别
⑴分别对变量a,b进行矩阵乘和数组乘
MATAB源程序：
>>a*b
ans=
-2.23704.65233.01963.8246
-8.97769.43627.183710.1142
-15.718214.220111.347716.4038
-22.458719.004015.511822.6934
>>a.*b
ans=
-0.4326-2.29290.9819-2.3533
-8.32797.14551.222517.4655
1.128011.8916-2.0538-1.6368
3.7398-0.526910.88691.8229
⑵分别对变量a,b进行矩阵除和数组除
MATAB源程序：
>>a/b
ans=
-2.61660.7871-1.47894.7435
-7.50050.8441-2.646712.1430
-12.38440.9011-3.814519.5425
-17.26830.9581-4.982226.9420
>>a\b
Warning:
Matrixisclosetosingularorbadlyscaled.
Resultsmaybeinaccurate.RCOND=1.387779e-018.
ans=
1.0e+016*
0.6415-1.33560.3480-1.1382
-0.63721.4254-0.39191.1373
-0.65031.1558-0.26021.1400
0.6459-1.24570.3041-1.1391
>>a./b
ans=
-2.3118-1.74459.1661-6.7991
-3.00195.038140.08273.6644
71.80918.4093-58.9153-87.9792
45.1897-372.011220.6671140.4355
>>a.\b
ans=
-0.4326-0.57320.1091-0.1471
-0.33310.19850.02490.2729
0.01390.1189-0.0170-0.0114
0.0221-0.00270.04840.0071
三、实验仪器
PC机MATLAB软件
四、实验结果
五、结论
实验四
实验名称：
Matlab在数值计算方面的应用
一、实验目的
1、学会使用MATLAB关系运算符
2、学会使用MATLAB逻辑运算符
3、掌握多项式的表示方法及运算
4、熟练掌握精度可控的数值积分
二、实验步骤
1、关系运算符
生成一个包含10个元素的行向量A，要求A中的元素服从均值为0，方差为1的正态分布，求sin（A）./A的极限。
注：
当A中的元素为0时MATLAB不发出警告
2、逻辑运算符
分别生成两个包含10个元素的行向量A、B，要求A、B中的元素在（0，1）之间服从均匀分布，找出A中大于0.5，B中小于0.5的元素，并将结果分别赋值给变量a、b，求变量a、b的同或（只利用与、或、非三个基本逻辑运算符）。
3、多项式的表示方法及运算
令m（x）=x6+6x5+20x4+50x3+75x2+84x+64；n（x）=x4-12x3＋25x+16
求m（x）与n（x）的卷积。
4、精度可控的数值积分
已知y=x1·log（1＋x1）关于x1求从0到1的积分，要求精度为1e-6
三、实验结果
1、关系运算符
生成一个包含10个元素的行向量A，要求A中的元素服从均值为0，方差为1的正态分布，求sin（A）./A的极限。
MATAB源程序：
>>A=randn（1,10）;
A=A+（A==0）*eps;
sin（A）./A
ans=
0.77990.77590.99990.99590.62310.98900.82410.69810.89540.9541
2、逻辑运算符
分别生成两个包含10个元素的行向量A、B，要求A、B中的元素在（0，1）之间服从均匀分布，找出A中大于0.5，B中小于0.5的元素，并将结果分别赋值给变量a、b，求变量a、b的同或（只利用与、或、非三个基本逻辑运算符）。
MATAB源程序：
A=rand（1,10）
B=rand（1,10）
c=A>0.5;a=c.*A
d=B<0.5;b=d.*B
（（~a）&（~b））|（a&b）
A=
0.36540.14000.56680.82300.67390.99940.96160.05890.36030.5485
B=
0.26180.59730.04930.57110.70090.96230.75050.74000.43190.6343
a=
000.56680.82300.67390.99940.9616000.5485
b=
0.261800.0493000000.43190
ans=
0110000100
3、多项式的表示方法及运算
令m（x）=x6+6x5+20x4+50x3+75x2+84x+64；n（x）=x4-12x3＋25x+16
求m（x）与n（x）的卷积。
MATAB源程序：
>>m=[162050758464];
n=[1-1202516];
w=conv（m,n）
w=
Columns1through10
1-6-52-165-359-220626190733002944
Column11
1024
4、精度可控的数值积分
已知y=x1·log（1＋x1）关于x1求从0到1的积分，要求精度为1e-6
MATAB源程序：
>>y=quad（'x1.*log（1+x1）',0,1,'1e-6'）
y=
0.2500
三、实验仪器
PC机MATLAB软件
四、实验结果
五、结论
实验五
实验名称：
数据和函数的可视化
一、实验目的
1、掌握二维图形的绘制
2、熟悉二维图形的修饰
3、掌握三维图形的绘制
4、能从不同角度观察试图
二、实验步骤
1、二维图形的绘制
Y=sinx2e-x分别在四个子图中给出棒状图（红）、阶梯图（蓝）、条形图（黄）、填充图形（绿），并加网络线。
2、二维图形的修饰
已知y1=sin（x），y2=cos（x），在一个图形绘制y1，y2的曲线。
⑴给出图形题目（“正弦曲线和余弦曲线”）
⑵给出横坐标（“弧度值”），纵坐标（“函数值”）
⑶分别加曲线标注（“正弦曲线”），（“余弦曲线”）
⑷将x，y坐标轴的单位设置为相等
⑸将当前图形设置为正方形
3、三维曲线的绘制
分别绘制其网线图及曲面图
4、三维曲线的修饰及视角
对上题的曲面图作
⑴用截面颜色分布方式填充
⑵用插列式颜色分布方式填充
⑶用平面式颜色分布方式填充
⑷用300方位角，－37.50仰角观察
⑸用1800方位角，00仰角观察
三、实验结果
1、二维图形的绘制
Y=sinx2e-x分别在四个子图中给出棒状图（红）、阶梯图（蓝）、条形图（黄）、填充图形（绿），并加网络线。
MATAB源程序：
x=0:
0.5:
2*pi;
y=sin（x.^2）.*exp（-x）;
figure
（1）
subplot（2,2,1）
stem（x,y,'r'）
gridon
subplot（2,2,2）
stairs（x,y,'b'）
gridon
subplot（2,2,3）
bar（x,y,'y'）
axis（[0,6,-.2,.6]）
gridon
subplot（2,2,4）
fill（x,y,'g'）
gridon
2、二维图形的修饰
已知y1=sin（x），y2=cos（x），在一个图形绘制y1，y2的曲线。
⑴给出图形题目（“正弦曲线和余弦曲线”）
⑵给出横坐标（“弧度值”），纵坐标（“函数值”）
⑶分别加曲线标注（“正弦曲线”），（“余弦曲线”）
⑷将x，y坐标轴的单位设置为相等
⑸将当前图形设置为正方形
MATAB源程序：
x=0:
0.1:
2*pi;
y1=sin（x）;
y2=cos（x）;
plot（x,[y1;y2]）
title（'正弦曲线和余弦曲线'）
xlabel（'弧度值'）
ylabel（'函数值'）
legend（'正弦曲线','余弦曲线'）
axis（'equal'）
axis（'square'）
3、三维曲线的绘制
分别绘制其网线图及曲面图
MATAB源程序：
x=-8:
0.5:
8;y=x;
[X,Y]=meshgrid（x,y）;
z=2.*sin（sqrt（X.^2+Y.^2）+eps）./（sqrt（X.^2+Y.^2）+eps）;
mesh（z）
figure
（2）
surf（z）
4、三维曲线的修饰及视角
对上题的曲面图作
⑴用截面颜色分布方式填充
⑵用插列式颜色分布方式填充
⑶用平面式颜色分布方式填充
⑷用300方位角，－37.50仰角观察
⑸用1800方位角，00仰角观
MATAB源程序：
shadingfaceted
shadinginterp
shadingflat察
view（30,-37.5）
view（180,0）
实验六
实验名称：
M文件和函数句柄
一、实验目的
1、掌握利用控制语句实现复杂问题的方法
2、掌握M文件的创建及调用方法
3、掌握利用函数句柄来求取函数值的方法
4、学习利用内联函数来求取函数值的方法
二、实验步骤
1、已知函数
要求利用控制语句来实现y的绘图。
2、已知
1）若X用矩阵代入，得f（x）为同阶矩阵
2）利用M文件求x∈[-1,0]的函数值
3）利用函数句柄求x∈[0,1]的函数值
4）利用内联函数求x∈[1,2]的函数值
3、设
，
，若N=2,α=0,π/3,π/2,π,在4个子图中分别画出其曲线。
（要求只有一个subplot命令）
三、实验结果
1、已知函数
要求利用控制语句来实现y的绘图。
M文件如下：
functiony=hs（x）
n=length（x）;
fork=1:
n
ifx（k）<=-1
y（k）=x（k）.*sin（3*x（k））;
elseifx（k）>=-1
y（k）=x（k）^3;
else
y（k）=exp（-x（k））;
end
end
plot（x,y）
调用如下：
>>a=-2:
.1:
2;
>>b=hs（a）;
2、已知
1）利用M文件求x∈[-1,0]的函数值
2）利用函数句柄求x∈[0,1]的函数值
3）利用内联函数求x∈[1,2]的函数值
4）若X用矩阵代入，得f（x）为同阶矩阵
M文件如下：
functiony=hs1（x）
y=1./（（x-2）.^2+.1）+1./（（x-3）.^3+.01）;
plot（x,y）
2）调用如下：
>>a=rand（4）;
>>b=hs1（a）
b=
0.71560.64560.57480.6805
0.26260.52330.33700.5045
0.41700.34200.42200.2475
0.35500.21060.54830.3212
2）调用如下：
>>a=-1:
0.1:
0;
>>b=hs1（a）;
3）调用如下：
>>c=0:
.1:
1;
>>d=@hs1;
>>e=d（c）;
4）调用如下：
y=inline（'1./（（x-2）.^2+.1）+1./（（x-3）.^3+.01）'）;
p=1:
.1:
2;
q=y（p）;
plot（p,q）
3、设
，
，若N=2,α=0,π/3,π/2,π,在4个子图中分别画出其曲线。
（要求只有一个subplot命令）
M文件如下：
functiony=hs1（t）
N=2;
alpha=[0pi/3pi/2pi];
fori=1:
4
x=cos（t）;
y=sin（N*t+alpha（1,i））;
subplot（2,2,i）;
plot（x,y）
end
调用如下：
>>t=0:
.1:
6;
>>u=hs1（t）;
实验七
实验名称：
Simulink交互式仿真
一、实验目的
1、了解Simulink仿真的基本操作
2、熟练掌握系统中子系统的操作
3、掌握Simulink常用工具箱的基本运用
4、掌握连续时间系统的建模与仿真
二、实验步骤
1、信号平方运算
系统的功能是对输入信号进行平方运算，现要求建立系统的Simulink模型并进行简单的仿真分析。
⑴系统输入信号源幅值为1的正弦波
⑵使用示波器显示同时原始信号和结果信号
⑶生成系统运算部分的子系统
2、使用代数环计算下式的值
3、根据上题，计算下式的值
2x2+7x-30=0
4、构建一连续时间系统，使时间t<5秒内输出5sin（x）2，时间t>5秒输出3sin（x）。
三、实验结果
1、信号平方运算
系统的功能是对输入信号进行平方运算，现要求建立系统的Simulink模型并进行简单的仿真分析。
⑴系统输入信号源幅值为1的正弦波
⑵使用示波器显示同时原始信号和结果信号
⑶生成系统运算部分的子系统
2、使用代数环计算下式的值
3、根据上题，计算下式的值
2x2+7x-30=0
4、构建一连续时间系统，使时间t<5秒内输出5sin（x）2，时间t>5秒输出3sin（x）。
三、实验仪器
PC机MATLAB软件
四、实验结果
五、结论
实验八
实验名称：
Simulink交互式仿真
（二）
一、实验目的
1、掌握低通数字滤波器的使用
2、掌握通信系统的信源子系统的生成
3、掌握通信系统的调制与解调子系统的生成
4、掌握通信信道子系统的生成
二、实验原理
（1）通信信道动态方程为。
显然，此信道为一线性连续信道，信道传递函数描述如下：
（2）信道噪音：
信道受到服从高斯正态分布的随机加性噪音的干扰，噪音均值为0，方差为0.01。
（3）信道延迟：
信道经过缓冲区为1024的延迟。
·数字滤波器
数字滤波器的差分方程为
此数字滤波器为线性离散系统，使用滤波器形式对其进行描述如下：
三、实验步骤
1.建立通信系统模型
按照通信系统的物理与数学模型建立系统模型。
在建立系统模型之前，首先给出建立系统模型所需要的系统模块，如下所述：
（1）Sources模块库中的SineWave模块：
作为高频载波信号与解调信号。
（2）Sources模块库中的SignalGenerator模块：
产生低频锯齿波信号。
（3）Math模块库中的Product模块：
用于信号进行调制与解调。
（4）Continuous模块库中的TransferFcn模块：
描述通信信道。
（5）Sources模块库中的RandomNumber模块：
产生信道噪音。
（6）Continuous模块库中的TransportDelay模块：
产生信道延迟。
（7）Discrete模块库中的DiscreteFilter模块：
描述数字滤波器。
（8）Subsystems模块库中的Subsystem模块：
封装系统中不同部分。
（9）Sinks模块库的Scope模块：
显示输出。
然后建立系统模型，并将信号幅值调制、通信信道、幅值解调封装到单独的子系统之中，
2．系统模块参数设置与仿真参数设置
在建立系统模型之后，接下来按照系统的要求设置系统模块参数与仿真参数。
想必用户对模块参数设置与仿真参数设置已经比较熟悉了，故在此仅给出各模块的参数与相应的仿真参数（所有没有给出的模块参数或仿真参数均使用系统的默认值）；用户可仿照前面的例子对参数进行正确的设置。
信号调制子系统参数
（1）正弦载波SineWave模块：
频率Frequency为100Hz，幅值为1。
（2）锯齿信号SignalGenerator模块：
波形Waveform为sawtooth（锯齿波）。
·通信信道子系统参数
（1）随机信号RandomNumber模块：
均值mean为0、方差Variance为0.01。
（2）信道延迟TransferDelay模块：
初始缓冲区Initialbuffersize为1024。
（3）信道传递函数TransferFcn模块：
分子Numerator为[1]
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