MATLAB实验指导书要点.docx
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MATLAB实验指导书要点
MATLAB语言及应用
实验指导书
机械与电气工程学院
黄高飞余群编写
目录
实验一基础准备及入门（2学时，验证性）1
实验二符号计算（2学时，验证性）5
实验三数值数组及其运算（4学时，验证性）6
实验四数据和函数的可视化（2学时，验证性）9
实验五MATLAB语言的程序设计（4学时，综合性）11
实验六SIMULINK交互式仿真集成环境（2学时，验证性）14
实验一基础准备及入门
一、实验目的
1、了解MATLAB操作桌面的基本结构和组成；
2、理解CommandWindow指令窗的作用，掌握指令窗的操作方式和指令的基本语法；
3、了解CommandHistory历史指令窗的作用、历史指令的再运行方法；
4、理解CurrentDirectory当前路径、搜索路径的作用，掌握当前路径、搜索路径的设置方法；
5、理解WorkspaceBrowser工作空间浏览器的作用，掌握内存变量的查阅、删除、保存和载入的基本方法；
6、了解LaunchPad的作用；
7、掌握M脚本文件的编写、运行方法；
8、掌握利用帮助系统查询函数等基本信息的方法。
二、实验原理
1、MATLAB操作桌面的基本结构和组成
了解MATLAB的基本组件是正确使用MATLAB的基本前提。
MATLAB由以下基本组件组成：
（1）指令窗CommandWindow：
可键入各种送给MATLAB运作的指令、函数、表达式；显示除图形外的所有运算结果
（2）历史指令窗CommandHistory：
记录已经运作过的指令、函数、表达式；
（3）当前目录浏览器：
进行当前目录的设置；展示相应目录上的M、MDL等文件；
（4）工作空间浏览器WorkspaceBrowser：
列出MATLAB工作空间中所有的变量名、大小、字节数；
（5）内存数组编辑器ArrayEditor：
在工作空间浏览器中对变量进行操作时启动
（6）开始按钮
（7）交互界面分类目录窗LaunchPad：
以可展开的树状结构列着MATLAB提供的所有交互界面
（8）M文件编辑/调试器
（9）帮助导航/浏览器
2、MATLAB指令窗的基本操作
MATLAB指令窗给用户提供了最直接的交互界面，可用于输入和执行指令、显示指令运行结果、调试MATLAB程序等常用的MATLAB仿真计算功能。
本实验掌握以下在指令窗执行的基本操作，达到熟悉使用指令窗的目的：
（1）最简单的计算器使用方法：
在MATLAB指令窗中，可按计算器的方式进行一般的数学计算，MATLAB的运算符的含义大致与常见的运算规则一致；
（2）在指令窗中输入和生成矩阵：
与一般的计算器不同，在MATLAB中可直接输入和生成矩阵。
实际上，矩阵是MATLAB工作的基本元素。
（3）数值表述方法：
在MATLAB中的大部分数值的表述方式与平常是相同的，需要注意的是在表示比较大的数时，MATLAB默认采用科学计数法显示；
（4）变量命名规则：
对于MATLAB变量命名规则，需要注意以下几点：
a、变量名、函数名对字母大小写敏感
b、变量名的第一个字母必须是英文字母，后续可以是字母、数字、下划线
c、变量的有效时限：
在变量定义赋值之后，会作为内存变量保存并显示在WorkspaceBrowser中。
因此，凡是显示在WorkspaceBrowser中的变量都是“有效”的，其后可以被调用，否则不能被调用。
d、对于像等常用的数学常量，MATLAB定义了预定义变量与其对应，在使用时需多加留意。
e、复数和复数矩阵的表示方法。
（5）其他操作的操作要旨和操作技巧的运用。
3、计算结果的图形表示
计算结果可视化是MATLAB的主要组成部分，借助图形表现数据是十分常用的“数据表达手段”，尤其当数据量相当庞大时，因为图形可以表现数据内在联系和宏观特征。
关于MATLAB绘图的基本方法在后续章节中详细讲述，本实验主要通过示例了解MATLAB绘图的基本功能。
4、CurrentDirectory、路径设置器和文件管理
理解当前目录CurrentDirectory和搜索路径的作用是正确使用MATLAB的关键环节。
当前目录指的是当前MATLAB工作的目录，MATLAB运行指令需要打开或者保存的文件，都首先在目录中查找或保存。
搜索路径则是MATLAB工作时，需查找相应的文件、函数或变量所在的相关文件夹所在的路径。
在理解当前目录CurrentDirectory和搜索路径的作用的基础上，也要掌握当前目录CurrentDirectory和搜索路径的设置方法，这是正确使用MATLAB的必要步骤。
为了理解MATLAB当前目录CurrentDirectory和搜索路径的作用，可以大致了解一下当用户从指令窗送入一个名为cow的指令后，MATLAB的“运作次序”：
（1）MATLAB在内存中检查，看cow是不是变量；如果不是，进行下一步；
（2）检查cow是不是内建函数；如果不是进行下一步；
（3）在当前目录下，检查是否有名为cow的M文件存在；如果不是，进行下一步；
（4）在MATLAB搜索路径的其他目录下，检查是否有名为cow的M文件存在。
5、WorkspaceBrowser和ArrayEditor
工作空间浏览器WorkspaceBrowser可以用于内存变量的查阅、保存和编辑，在使用MATLAB过程中，可以使用WorkspaceBrowser跟踪相应内存变量，对调试程序有很大的帮助。
MATLAB也提供了相应的数据文件存取功能，可以在WorkspaceBrowser中导入已保存的变量数据或者保存WorkspaceBrowser中现有的变量数据。
6、Editor/Debugger和脚本编写初步
通过指令窗直接输入指令一般用于解决比较简单的“一次性”问题，在以下情形是使用M文件特别有用：
a、待解决问题所需的指令较多且所用指令结构较复杂
b、一组指令通过改变少量参数就可以被反复使用去解决不同的问题
M脚本文件中的指令形式和前后位置，与解决同一个问题时在指令窗中输入的那组指令没有任何区别，MATLAB在运行这个脚本时，只是简单地从文件中读取那一条条指令，送到MATLAB中去执行。
与在指令窗中直接运行指令一样，脚本文件运行产生的变量都驻留在MATLAB基本工作空间中。
M文件的扩展名是“.m”。
7、MATLAB帮助系统
MATLAB提供了强大的帮助系统以供用户使用。
在碰到MATLAB使用的各种相关问题时，查阅MATLAB帮助系统往往可以找到相应的解决办法和答案。
对于初学者，尤其需要重视帮助系统的使用。
MATLAB带有各种可利用的帮助系统，包括：
（1）纯文本帮助
（2）“导航/浏览器交互界面”帮助
（3）PDF帮助
（4）演示帮助和PDF帮助
其中，纯文本帮助和“导航/浏览器交互界面”帮助是常用的帮助系统。
三、实验内容
1、指令窗的基本操作
完成以下实验内容，把相关结果以截屏方式保存：
（1）使用值：
x=10,y=3，用MATLAB进行以下计算，并用计算器检验结果：
a.u=x+yb.v=xyc.w=x/yd.s=5sin（2y）
（2）使用clear指令清除当前所有内存变量，使用clc清除指令窗的显示结果。
（3）指令窗显示方式的操作
a、在指令窗中输入if（或for、while）等关键词，观察其颜色；
b、在指令窗中输入s='hello'，观察其颜色、
c、指令行中的标点符号：
运行指令x＝3＋2，分别在最后加上和不加上分号，观察并记录其结果的区别。
2、CurrentDirectory、路径设置器和文件管理
（1）在E盘新建一个文件夹并把其设置为当前目录。
截屏相关过程结果并保存。
（2）在E盘新建一个文件夹并把其加入搜索路径。
截屏相关过程结果并保存。
（3）逐步按照以下步骤进行并记录各个步骤的结果：
1）在指令窗中输入clear指令；
2）在指令窗中输入cow，并运行；
3）在指令窗中输入cow=21，并运行；
4）再次在指令窗中输入cow，并运行；
5）再次在指令窗中输入clear指令后，输入cow；
6）使用M文件编辑器新建一个M文件，在该文件中输入一条指令：
x＝2。
保存在当前目录下，命名为cow.m。
7）再次在指令窗中输入cow，并运行；
8）把cow.m暂时移动到另一个无关的文件夹，如“我的文档”。
9）再次在指令窗中输入cow，并运行；
10）把cow.m再次剪切，移动到
（2）建立的搜索路径的文件夹中，并确认该文件夹已加入到搜索路径中。
11）再次在指令窗中输入cow，并运行。
以上各个步骤是否验证了MATLAB对cow的搜索次序？
3、WorkspaceBrowser和ArrayEditor
（1）运行以下指令：
clear;
x=-8:
0.5:
8;
y=x';
X=ones（size（y））*x;
Y=y*ones（size（x））;
R=sqrt（X.^2+Y.^2）+eps;
Z=sin（R）./R;
（2）保存全部变量为数据文件Mydata.mat；在对应文件夹中找到该文件，截屏后保存结果；
（3）使用clear清除变量X和Y；
（4）删除全部内存变量；
（5）把Mydata.mat的所有变量再次装入内存。
4、Editor/Debugger和脚本编写初步
把以下指令编写为M脚本文件，并运行：
t=0:
pi/50:
4*pi;
y0=exp（-t/3）;
y=exp（-t/3）.*sin（3*t）;plot（t,y,'-r',t,y0,':
b',t,-y0,':
b'）
grid
5、帮助系统的使用
（1）使用help指令查找zeros函数的作用。
（2）在指令窗口中输入sin，用鼠标选中此指令，并使用鼠标右键弹出菜单，选中helponselection。
你发现了什么？
此方法也是查询函数注释的有效方法，请牢记。
四、实验报告要求
1、简述实验目的、实验原理及其要点；
2、把实验过程中的结果以截屏方式保存并打印出来，按实验步骤附在实验报告中，并对所得结果进行分析和解释。
3、总结实验中的主要结论，记录心得体会。
实验二符号计算
一、实验目的
1、掌握符号对象和符号表达式的创建方法；
2、掌握符号表达式和符号函数的操作方法；
3、掌握符号微积分的基本方法；
4、掌握符号积分变换的基本方法。
二、实验内容
1、符号对象及其定义方法
（1）分别定义数字类常数和符号类常数，计算两类数字之间的差（提示：
参考教材[例2.1-1]）
（2）使用syms函数定义符号变量x、y、z，并由此定义符号表达式
2、利用MATLAB帮助系统，查阅函数numden的用法。
写出使用numden函数求解表达式的分子和分母的MATLAB指令，并根据求解结果写出其表达式。
3、使用limit函数求极限。
4、使用diff函数对求微分
5、对函数，当为正实数时，求。
（提示：
参考教材[例2.3-8]，）
6、使用int函数求以下不定积分和定积分：
（1）；
（2）
7、求的傅里叶变换，并用反变换验算。
7、实验报告要求
1、简述实验目的、实验原理及其要点；
2、把实验过程中的结果以截屏方式保存并打印出来，按实验步骤附在实验报告中，并对所得结果进行分析和解释。
3、总结实验中的主要结论，记录心得体会。
实验三数值数组及其运算
一、实验目的
1、掌握一维数组的创建方法；掌握一维数组子数组的寻访和赋
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