matlab实验指导书.docx
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matlab实验指导书
MATLAB实验指导书
机电工程学院
实验一熟悉MATLAB环境认识MATLAB
一、实验目的
熟悉matlab的安装与启动；熟悉matlab用户界面；熟悉matlab功能、建模元素；熟悉matlab优化建模过程。
二、实验设备与仪器
1.微机
2.matlab仿真软件
三、实验步骤
1.了解matlab的硬件和软件必备环境；
2.启动matlab；
3.熟悉标题栏，菜单栏，工具栏，元素选择窗口，状态栏，控制栏以及系统布局区；
4.学习优化建模过程。
四、实验报告要求
1.写出matlab系统界面的各个构成；以及系统布局区的组成；以及每一部分的功能；
2.优化建模过程应用举例
五、实验内容
（一）、Matlab操作界面
1.命令窗口（commandwindow）
2.命令历史窗口（commandhistory）
3.工作空间管理窗口（workspace）
4.当前路径窗口（currentdirectory）
（二）、实现下列优化建模过程
1、简单矩阵
的输入步骤。
2、矩阵的分行输入。
A=[1,2,3
4,5,6
7,8,9]
3、指令的续行输入
S=1-1/2+1/3-1/4+...
1/5-1/6+1/7-1/8
4、画出
所表示的三维曲面。
的取值范围是
。
6、复数矩阵的生成及运算
A=[1,3;2,4]-[5,8;6,9]*i
B=[1+5i,2+6i;3+8*i,4+9*i]
C=A*B
实验二MATLAB运算基础
一、实验目的及要求
1.掌握建立矩阵的方法。
2.掌握MATLAB各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。
二、实验设备与仪器
1.微机
2.matlab仿真软件
三、实验原理
１．矩阵的建立方法
（1）直接输入法：
将矩阵的元素用方括号括起来，按矩阵行的顺序输入各元素，同一行的各元素之间用空格或逗号分隔，不同行的元素之间用分号分隔。
（2）利用M文件建立矩阵,对于比较大且比较复杂的矩阵，可以为它专门建立一个M文件。
（3）用MATLAB函数建立矩阵,MATLAB提供了许多产生特殊矩阵的函数，可以利用他们去建立矩阵
2.常用数学函数
sin:
正弦函数
cos：
余弦函数
sqrt：
平方根函数
exp：
自然指数函数
abs：
绝对值函数
rem：
求余数或模运算
mod：
模除求余
fix：
向零方向取整
floor：
大于自变量的最大整数
round：
四舍五入到最邻近的整数
四、实验内容及步骤：
１．计算表达式的值
，
，
2.矩阵的直接建立及矩阵的运算
（1）请利用直接建立矩阵的方法，采用两种方式建立如下矩阵：
；
（2）将矩阵A第2至3行中第1，3，4列元素赋给矩阵B；
（3）将矩阵A的每个元素加30，并且将第1行和第3行进行交换。
3．
（1）建立一个
的零矩阵、单位矩阵和元素全为1的方阵。
（2）请使用直接建立矩阵的方法，并结合MATLAB中建立矩阵的函数，生成如下矩阵
。
4．当=0.2，0.4，0.6，0.8时，分别求
的值。
五、实验结果讨论
1.如何访问数组中的元素？
设一个矩阵a，访问其第i个元素则为a[i-1]，其中以列为主顺序依次查询
2.如何输出显示字符型变量？
Sprintf（‘%c’,x）
实验三MATLAB矩阵分析和处理
一、实验目的
1．掌握生成特殊矩阵的方法。
2．掌握矩阵分析的方法。
4．用矩阵求逆法解线性方程组。
二、实验内容
1．设有分块矩阵
，其中E,R,O,S分别为单位矩阵、随机矩阵、零矩阵和对角矩阵，试通过数值计算验证
。
2．产生5阶希尔伯特矩阵H和5阶帕斯卡矩阵P,求其行列式的值Hh和Hp以及他们的条件数Th和Tp，判断哪个矩阵性能更好，为什么？
3．建立一个5x5矩阵，求它的行列式的值、迹、秩和范数
4．已知
，求特征值和特征向量，并分析其数学意义
5．下面是一个线性方程组
（1）求方程的解
（2）将方程右边向量第三个元素0.52改为0.53，并比较解的变化
（3）计算系数矩阵A的条件数并分析结论
6．建立A矩阵，试比较sqrtm（A）和sqrt（A），并分析他们的区别
实验四求余弦的积分并绘出图像
一、实验目的
1、了解绘图工具的使用。
二、实验要求（选作下列习题）
1．（不定积分）用int计算下列不定积分，并用diff验证
，
，
，
，
程序：
clear;symsx;
int（x.*sin（x.^2））
diff（-cos（x^2）/2）
int（1/（1+cos（x）））
diff（tan（x/2））
int（1/（exp（x）+1））
diff（x-log（exp（x）+1））
int（asin（x））
diff（x*asin（x）+（1-x^2）^（1/2））
int（（sec（x））^3）
diff（log（tan（pi/4+x/2））/2+tan（x）/（2*cos（x）））
结果：
ans=
-cos（x^2）/2
ans=
x*sin（x^2）
ans=
tan（x/2）
ans=
tan（x/2）^2/2+1/2
ans=
x-log（exp（x）+1）
ans=
1-exp（x）/（exp（x）+1）
ans=
x*asin（x）+（1-x^2）^（1/2）
ans=
asin（x）
ans=
log（tan（pi/4+x/2））/2+tan（x）/（2*cos（x））
ans=
（tan（x）^2+1）/（2*cos（x））+（tan（pi/4+x/2）^2/2+1/2）/（2*tan（pi/4+x/2））+（sin（x）*tan（x））/（2*cos（x）^2）
2．（定积分）用trapz,int计算下列定积分
程序：
clear;symsxyh;h=0.01;y=sin（x）/x;x=0:
h:
1;
z=trapz（y）.*h
y=x.^x;z=trapz（y）.*h
y=exp（-x.^2）;z=trapz（y）.*h
x=0:
0.01:
2*pi;y=（exp（-x.^2））.*sin（2.*x）;z=trapz（x,y）
结果：
z=
0
z=
0.7835
z=
0.7468
z=
0.5381
3．（椭圆的周长）用定积分的方法计算椭圆
的周长
程序：
symsxyt;t=0:
0.01:
2*pi;
x=3*sin（t）;y=2*cos（t）;
z=（x.^2）/9+（y.^2）/4-1;
p=trapz（z,t）
结果：
p=
5.9952e-01
4．（二重积分）计算积分
程序：
clear;symsxyz;
iy=int（1+x+y,y,（-sqrt（1-x^2））+1,（sqrt（1-x^2））+1）;
z=int（iy,x,-1,1）
结果：
z=
2*pi
5．（广义积分）计算广义积分
程序：
clear;symsxyz;
y=int（（exp（-x.^2））/（1+x^4）,-inf,inf）;z=vpa（y,10）
y=int（（tan（x））/sqrt（x）,0,1）;z=vpa（y,10）
y=int（sin（x）/sqrt（1-x^2）,0,1）;z=vpa（y,10）
结果：
z=
1.434846558
z=
0.7968288892
z=
0.8932437408
实验五matlab求解多项式（常微分方程）
一、实验目的
1、了解MATLAB中主要用dsolve求符号解析解，ode45,ode23,ode15s求数值解。
注释：
s=dsolve（‘方程1’,‘方程2’,…,’初始条件1’，’初始条件2’…,’自变量’）
用字符串方程表示，自变量缺省值为t。
导数用D表示，2阶导数用D2表示，以此类推。
S返回解析解。
在方程组情形，s为一个符号结构。
[tout,yout]=ode45（‘yprime’,[t0,tf],y0）采用变步长四阶Runge-Kutta法和五阶Runge-Kutta-Felhberg法求数值解，yprime是用以表示f（t,y）的M文件名，t0表示自变量的初始值，tf表示自变量的终值，y0表示初始向量值。
输出向量tout表示节点（t0,t1,…,tn）T,输出矩阵yout表示数值解，每一列对应y的一个分量。
若无输出参数，则自动作出图形。
ode45是最常用的求解微分方程数值解的命令，对于刚性方程组不宜采用。
ode23与ode45类似，只是精度低一些。
ode12s用来求解刚性方程组，是用格式同ode45。
可以用helpdsolve,helpode45查阅有关这些命令的详细信息.
二、实验要求（选作下列习题）
1．求下列微分方程的解析解
（1）程序：
clear;symsxy;
s=dsolve（'D2y+Dy*2-3*y=exp（-3*x）','x'）
s=dsolve（'Dy=y^3/（y^2*x-x^2）/2','x'）
s=dsolve（'D3y+D2y*2+Dy','y（0）=2','Dy（0）=0','D2y（0）=-1'，'x'）
结果：
s=
C3*exp（x）-x/（4*exp（3*x））-1/（16*exp（3*x））+C4/exp（3*x）
s=
0
x^（1/2）/（exp（wrightOmega（-2*C9-log（x）+pi*i）/2）*exp（C9+log（x）/2））
s=
1/exp（x）+x/exp（x）+1
2．求方程
的解析解和数值解,并进行比较
程序：
fun8:
functionf=fun8（x,y）
f=y-x^3+3*x^2-3*x+2
主程序：
clear;
close;x=0:
0.1:
1;
y=1+x.^3+3*x;plot（x,y）
holdon;
[x,y]=ode45（'fun8',[0,1],1）;plot（x,y,'ro'）
实验七函数文件
一、实验目的
1、理解函数文件的概念。
2、掌握定义和调用MATLAB函数的方法。
二、实验内容（选作2题）
1、定义一个函数文件，求给定复数的指数、对数、正弦和余弦，并在命令文件中调用该函数文件。
2、一个物理系统可用下列方程组来表示：
从键盘输入m1、m2和
的值，求a1、a2、N1、N2的值。
其中g取’9.8,输入
时以角度为单位。
要求：
定义一个求解线性方程组AX=B的函数文件，然后在命令文件中调用该函数文件。
3、一个自然数是素数，且它的数字位置经过任意对换后仍为素数，则称是绝对素数。
例如13是绝对素数。
试求所有两位绝对素数。
要求：
定义一个判断素数的函数文件。
4、设
，编写一个MATLAB函数文件fx.m,使得调用f（x）时，x可用矩阵代入，得出的f（x）为同阶矩阵。
5、已知
（1）当f（n）=n+10ln
时，求y的值。
（2）当
时，求y的值。
实验八，九MATLAB程序设计（循环、选择）
一、实验目的
1、掌握利用if语句实现选择结构的方法；
2、掌握利用switch语句实现多分支选择结构的方法；
3、掌握循环结构的程序书写方法。
二、实验内容
1、硅谷公司员工的工资计算方法如下：
（1）工作时数超过120小时者，超过部分加发15%；
（2）工作时数低于60小时者，扣发700元；
（3）其余按每小时84元计发。
编程按输入的工号和该号员工的工作时数，计算应发工资。
2、用switch…case语句得出各月份的季节（如3，4，5月输出为春季）。
3、计算1+3+5+…+99的值，当和大于1000的时候终止计算，要求显示终止时候的求和结果以及最后一位计算的整数值。
4、分别采用循环语句和sum语句实现
的计算。
5、编写一个函数文件，实现两个矩阵的乘积和点乘，并在命令文件中调用该函数。
三、实验要求
1、预习，写出自己设计的实验步骤；
2、按照实验室规范使用计算机；
3、做好实验记录（包括程序和结果）。
四、思考题
1、break语句和continue语句有什么区别？
2、函数文件和命令文件有何异同？
3、写出书中82页第10题的程序运行结果。
4、*和.*运算有什么区别？
5、如何产生0~20均匀分布的随机整数？
实验十采用SIMULINK的系统仿真
一、实验目的：
1、熟悉SIMULINK工作环境及特点
2、掌握线性系统仿真常用基本模块的用法
3、掌握SIMULINK的建模与仿真方法
4、子系统的创建和封装设计
二、实验基本知识：
1．了解SIMULINK模块库中各子模块基本功能
2.SIMULINK的建模与仿真方法
（1）打开模块库，找出相应的模块。
鼠标左键点击相应模块，拖拽到模型窗口中即可。
（2）创建子系统：
当模型大而复杂时，可创建子系统。
（3）设置仿真控制参数。
三、实验内容
练习
SIMULINK仿真实际应用.
1.
（1）在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，0.3秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。
并绘制相应的响应曲线。
（2）计算仿真结果的超调量、上升时间、峰值时间、稳态误差。
实验十一菜单设计
一、实验目的
1.了解图形用户界面的特点。
2.掌握菜单设计的方法。
3.掌握对话框设计的方法。
二、实验内容
设计菜单
菜单条仅有File菜单项，File下有New、Plot和Exit等3个选项。
选择New时利用Edit命令建立一个新的M文件。
选择Plot将显示下一级菜单，其中有SineWave和CosineWave两个子菜单项，且若选择了其中的SineWave子菜单项，则将打开一个新的图形窗口并显示出正弦曲线。
若选择了其中的CosineWave子菜单项，则将打开一个新的图形窗口并显示出余弦曲线。
如果选择Exit菜单项，则将关闭窗口并推出用户系统回到MATLAB命令窗口。
设计一个对话框，其中有一个编辑框和按钮，当单击按钮时，使编辑框的内容加5。
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