MATLAB及应用技术》实验书.docx

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MATLAB及应用技术》实验书

 

《MATLAB及应用》实验指导书

 

班级:

姓名:

学号:

总评成绩:

 

汽车工程系

电测与汽车数字应用中心

 

实验04051001熟悉MATLAB语言1

实验04051002熟悉GUI/SIMULINK/Simulink7

实验04051003MATLAB实例编程16

实验04051001熟悉MATLAB语言

操作成绩

报告成绩

【实验目的】

1.1掌握MATLAB的运行环境

1.2掌握MATLAB的矩阵和数组的运算

1.3掌握MATLAB符号表达式的创建

1.4熟悉符号方程的求解

【实验要求】

从下面所列14题中任选6题,能正确使用函数得到正确结果,并列写语句代码。

【实验内容】

3.1利用rand等函数产生下列矩阵:

产生一均匀分布在(-5,5)之间的随机阵(50×2),要求精度到小数点后一位(精度控制指令为format)。

3.2有一测量矩阵a(100×100)矩阵中,删除整行全为0的行,删除整列内容全为0的整列(判断某列元素是否为0方法:

看a(,i).*(a(,j)’)是否为0)。

3.3假设汽车系在下列各年度的人口统计如表所示

类别

大一新生

学士毕业生

年份

2004

98

94

2005

105

97

2006

121

110

试用一个二维矩阵A表示上述数据。

由上题矩阵A来算出下列各数值:

(1)汽车系在2004、2005、2006年之间的每年平均新生、毕业生人数。

(2)3年来汽车系共有多少毕业生?

(3)在哪几年,新生数目比毕业生多?

(4)三年来每年的毕业生对新生的比例平均值为何?

3.4使用randn产生一个10X10的矩阵A

(1)计算B=(A+A’)/2。

请注意,B一定是一个对称矩阵

(2)计算矩阵B的特征向量e1e2…e10(使用函数eig)

(3)验证在i不等于j的情况下,ei和ej的内积必定为0

3.5求f(x)=4x6-x+x3-95在(0,100)上最大值、最小值,根。

(使用函数fminbnd、roots)

3.6求解常微分方程x’’=-x’+x+1,x’(0)=1,x(0)=0(使用函数dsolve)

3.7已知t=an2+bn,测得对应数据如下:

(多项式插值interp1)

t=[0,20,40,60,80,100,120,140,160,183.5]。

n=[0,1153,2045,2800,3466,4068,4621,5135,5619,6152]。

试求a和b的值。

3.8请用梯形法、辛普森法分别计算积分值

(trapz、quad)

3.9计算二重积分

(使用函数dblquad)

3.10矩阵M=[1,2,6。

4,2,7。

8,9,3],求M的LU分解,QR分解,对角阵,特征值分解。

(使用函数lu、qr、shol、eig)

3.11a=3,A=4,b=a2,B=b2-1,c=a+A-2B,C=a+B+2c,求C。

(使用函数solve)

3.12用两种方法求解Ax=b的解。

(A为四阶随机矩阵,b为四阶向量,自己创建)。

3.13建立一5×5矩阵,分别用polyval函数和polyvalm函数将矩阵代入

f(x)=1.35+0.0668x+0436x2+0.695x3计算结果并比较。

3.14

,用两种方法求函数的根,并求其极值与零点。

【实验仪器、设备及材料】

4.1高性能的计算机

4.2Matlab7.0

【实验步骤】

打开Matlab运行环境

在它的功能菜单中共有File,Edit,View,Web,Windows,Help六个主菜单,每一个之下又各有下一级子菜单。

1为当前路径选择窗口,可点击

打开文件夹选择框选择当前工作路径。

2中内容可通过点击3和4分别显示分类帮助文件夹和工作空间,工作空间窗口显示当前已经定义的变量值。

5中内容可通过点击6和7分别显示指令历史记录与当前目录下文件。

8为指令窗口,在符号“>>”后键入指令,执行相关动作,本次实验内容便在指令窗口内输入并运行,每输完一条指令,回车即执行。

在指令窗操作时应特别注意以下几点:

1)所有输入的指令、公式或数值必须按下回车键以后才能执行。

例如:

>>(10*19+2/4-34)/2*3(回车)

ans=

234.7500

2)所有的指令、变量名称都要区分字母的大小写。

3)%作为MATLAB注释的开始标志,以后的文字不影响计算的过程。

4)应该指定输出变量名称,否则MATLAB会将运算结果直接存入默认的输出变量名ans。

5)MATLAB可以将计算结果以不同的精确度的数字格式显示,可以在直接在指令视窗键入不同的数字显示格式指令。

例如:

>>formatshort(这是默认的)

6)MATLAB利用了↑↓二个游标键可以将所下过的指令叫回来重覆使用。

按下↑则前一次指令重新出现,之后再按Enter键,即再执行前一次的指令。

而↓键的功用则是往后执行指令。

其它在键盘上的几个键如→,←,Delete,Insert,其功能则显而易见,无须多加说明。

当要暂时执行作业系统(例如Dos)的指令而还要执行MATLAB,可以利用!

加上原作业系统的指令,例如!

dir,!

formata:

注意:

有三种方法可以结束MATLAB:

1)点击操作桌面窗口右上角的号;

2)在指令窗键入quit后回车;

3)点击File菜单下的ExitMATLAB菜单项。

如果你是个初学者,可在指令窗键入demo,将会出现下图所示的界面,这可是学习的好帮手。

一旦发现指令不知如何使用时,help命令将告诉你使用。

在指令窗中键入(help+指令名称)就可使用MATLAB的帮助系统,这是最快捷的取得帮助的途径。

例如:

>>helpsin

SINSine.

SIN(X)isthesineoftheelementsofX.

Overloadedmethods

helpsym/sin.m

【思考题】

6.1数组与矩阵在MATLAB表示与应用上有哪些区别。

6.2MATLAB求多项式的根是用什么方法,与传统方法相比有何优点?

实验04051002熟悉GUI与SIMULINK

操作成绩

报告成绩

【实验目的】

1.1掌握各种图形的绘制

1.2掌握GUI的使用

1.3掌握Simulink模型的创建

1.4掌握连续系统和离散系统的模型分析

【实验要求】

完成全部3题,得到正确图形结果,适当添加标注,列写程序代码。

【实验内容】

3.1假设汽车系在2004、2005、2006年的人员组成如表所示:

类别

大一

大二

大三

大四

年份

2004

10

21

23

14

2005

21

32

33

24

206

15

23

23

44

a)请用bar3命令来画出上述数据的立体长条图

b)请用各种你可以想到的方法,在上述图形中加入各种解释和说明的文字。

3.2北京内燃机总厂生产的492Q发动机,由实验测得的转矩特性为:

发动机转速n

(r·min-1)

1000

1500

2000

2500

3000

3500

3800

4000

发动机转矩T

(N·m)

135.33

147.10

152.98

156.91

147.10

138.27

133.37

125.53

试求出转矩特性的多项式表示,并作出发动机的外特性图(要有适当的标注)。

3.3建立二自由度汽车SIMULINK模型。

更改参数,观察不同参数下前轮角阶跃输入下的汽车稳态响应。

【实验仪器、设备及材料】

4.1.高性能的计算机

4.2Matlab7.0

【实验步骤】

5.1文件编辑调试器的使用

点击MATLAB操作界面的Newm-File图标

,就可打开下图所示的文件编辑调试器。

其窗口名为untitled,用户即可在空白窗口中编写程序。

说明:

在运行某文件之前,应先使该文件处于MATLAB的搜索路径上。

选择菜单Debug>>Run运行程序

本次实验内容3.1、3.2在文件编辑调试器编写程序。

5.2Simulink的使用

点击MATLAB操作界面的Simulink图标

,将会进入Simulink模块库浏览器,如下所示:

从Simulink模块库浏览器中,双击Simulink可将Simulink库浏览树展开,如下所示:

由上可知,Simulink提供了8类基本模块:

Continuous(连续系统)、Discrete(离散系统)、Function&Tables(函数与表)、Math(数学运算)、Nonlinear(非线性系统)、Signal&System(信号与系统)、Sinks(输出)和Sources(输入源)等标准模块库。

点击Simulink模块库浏览器中的图标

,即可进入模型窗口,如下所示:

在Simulink中,系统模型的构建就是绘制系统方框图,方框图的绘制几乎完全依赖于鼠标的操作,鼠标指针的不同形状表示不同的操作。

5.2.1标准模块的选取

单击某一标准模块库,在Simulink模块库浏览器中将出现该模块库的所有模块,例单击Continuous模块库会出现下图:

在右边的模块中,用鼠标单击选取某一模块,一直按下鼠标左键将该模块拖放至模型窗口中再松开鼠标左键,即完成模块的复制。

5.2.2模块的编辑

模块的编辑包括模块的移动、拷贝、剪切、粘贴和删除。

所有的这些操作都与Windows环境下的操作一样。

5.2.3模块的连接

将鼠标指针移到模块端口附近,鼠标指针变为“+”,按下左键,拖动鼠标到另一连接点,松开左键即可。

若要划分支线,则将鼠标指针移到要分支的线上,按下右键,拖动鼠标到另一连接点,松开右键即可。

5.2.4模块与连接线的命名

将鼠标指针移到模块下面字符处,单击左键,当出现一方框后,即可更改模块名。

双击连接线即可对连接线进行改名操作。

5.3simulink仿真步骤

假设系统中某变量p满足

,其中a,b为常数。

1)通过化简得到

2)利用微分模块

得到p,

3)利用simulink提供的功能模块表示

,并接在dp上

4)运行simulink,观看结果。

5.4本次实验3.3步骤如下:

1)Matlab指令窗口下输入指令’simulink’打开simulink编辑器并新建一个mdl。

2)分别将2个

拉入编辑窗口,分别命名为dv,dw,即可得到

,这里红色虚线表示现还没有与其他模块连接好。

3)将1个

拉入编辑窗口,并命名为u,代表控制车速,双击,在弹出的属性对话框中“constantvalue”一项改为100,表示速度为100。

4)将

拉入编辑窗口,如图接线,图中B代表实际车速与给定车速比值

5)分别将2个

拉入编辑窗口,并命名为k1、k2。

6)将

拉入编辑窗口并双击打开属性窗口,将“Listofsigns”改为“++”,命名为k1+k2,再将k1、k2与之相连。

7)将

拉入编辑窗口,再将k1+k2、B与之相连。

8)分别将

拉入编辑窗口,更改相应属性并连线

其中线“1”做法为在线“2”上按下右键,拖动鼠标到另一连接点,松开右键即可

9)如步骤3)创建a、b,将

拉入2个编辑窗口并双击打开属性窗口,分别将“Expression”项改为“u*u”,“u*u”。

10)如图接线,得到

的模型表示。

11)如图接线,得到最终框图。

12)点击

运行仿真,结束后双击“Scope”与“Scope1”观察曲线

13)更改k1、k2等参数,运行仿真,不同参数下前轮角阶跃输入下的汽车稳态响应曲线。

【思考题】

6.1请思考网络线有什么作用,为什么要对图形进行标注。

6.2画出横坐标在(-15,15)上的y=sinx函数的曲线,应该使用什么命令。

实验04051003MATLAB实例编程

操作成绩

报告成绩

【实验目的】

1.1掌握MATLAB程序设计的方法

1.2学会用户参数交互输入设计技术

1.3能将MATLAB应用到所学专业

【实验要求】

从下面4题中任选一题,写出设计思路、程序流程框图、详细程序使用说明,并打印出主要曲线图与程序代码。

【实验内容】

结合汽车理论知识,针对汽车某项性能设计一仿真软件,要求可根据输入参数绘制相应曲线。

3.1动力性计算,参数见《汽车理论》习题1.3

设计完成以下工作:

A、可进行整车参数输入

B、计算最高车速、加速时间(2档起步0~70km/h),最大爬坡度

C、绘制驱动力阻力平衡图、汽车加速时间曲线、汽车爬坡度图

3.2经济性计算,参数见《汽车理论》习题1.3,2.7

设计完成以下工作:

A、可进行整车参数输入

B、计算显示JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗

C、绘制汽车功率平衡图、最高档及次高档等速百公里油耗曲线

3.3制动性计算,参数见《汽车理论》习题4.3

设计完成以下工作:

A、可进行整车与制动系统参数输入

B、计算同步附着系数、空载制动距离、满载制动距离

C、计算前部管路损坏时的空载制动距离、满载制动距离

D、计算后部管路损坏时的空载制动距离、满载制动距离

E、绘制空、满载的理想制动力分配曲线,利用附着系数曲线、制动效率曲线

3.4操作稳定性计算,参数见《汽车理论》习题5.11

设计完成以下工作:

A、可进行整车参数输入

B、计算显示稳定形因数K、特征车速、静态储备系数ay=1.4

C、绘制稳态横摆角速度曲线

D、绘制时瞬态响应曲线

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