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1、MATLAB与系统仿真实验指导书新模板650321MATLAB与系统仿真实验指导书西安电子科技大学机电工程学院2014 年 9 月实验一 MATLAB基本使用、矩阵操作及编程一、实验目的和要求熟悉MATLAB的界面和基本操作，掌握矩阵的建立方法及各种运算，熟练使用MATLAB编程语言编写程序。 1熟悉MATLAB软件的界面和帮助系统。 2掌握MATLAB软件中关于矩阵建立、矩阵初等变换以及矩阵算术、关系、逻辑运算的各种命令。 3掌握MATLAB软件中M函数和M文件的编写，以及程序结构与控制，学会编写一般程序。二、实验仪器计算机一台，注意正确开、关机及打开软件。 三、实验内容与步骤 1MATLA

2、B的基本使用（1）启动与退出双击MATLAB图标，进入MATLAB命令窗口，观察各个窗口以及菜单； 单击File菜单中的Exit，或使用MATLAB的Exit命令退出。 （2）变量和矩阵的建立 a=25 b=3-9i 问题1.1：输入“a=25;”，结果有什么区别？ c=1,2,3,4;5,6,7,8 d=0:1:10 e=linspace(1,11,6)问题1.2：体会以上输入方法有什么区别和联系？若A为在02之间均匀分布的22个数据，B=(1.3,2.5,7.6,2,-3)，C=(23,20,17,14,11,8,5,2)，各用何种方法输入较简单？ A=1,2,3;4,5,6;7,8,9问

3、题1.3：输入“A=1 2 3;4 5 6;7 8 9”，结果相同吗？MATLAB中对变量名有什么规定？（3）基本命令 save data a b c load data 使用键和键查看或执行以前执行过的命令 d=1223.58 format short e %显示格式设定 d format rat d who a b %工作空间管理 whos workspace path clear %注意工作空间的变化 问题1.4：执行命令“clc”和“clear”结果有何不同？ help eig %帮助命令 look for max demo2. 矩阵的操作（1）测试矩阵大小f=length(A)n,m

4、=size(A)g=ndims(A)问题1.5：以上三个命令有什么区别？（2）矩阵元素的引用A (1,:)A (1,3,:)A (2:3,1:2)问题1.6：输入“A (2,3)”，结果任何，输入“A (6)”，结果相同吗？A (1,3,:)=A (3,1,:) A (2,:)=4 A (find(A=4)=0 A (3,:)= reshape (A,3,2)问题1.7：如何将A的第1列和第2列互换？输入“reshape (A,2,4)”能否得到正确结果？ A (4,5)=2 A(1:3,2:4),A(2:4,1:3);A,A(:,2)（3）矩阵变换 diag(A,1) tril(A,2) t

5、riu(A,2) flipud(A) fliplr(A) rot90(A)问题1.8：输入“rot90(A,2)”和“rot90(A,-2)”结果有区别吗？（4）特殊矩阵的产生 B=eye(5) C=ones(2,3) D=zeros(3,2) E=rand(2,5) randn(3,4) vander(2 3 9)问题1.9：产生一个在10,20内均匀分布的4阶随机矩阵。 logspace (0,2,5) diag(3,5,2) hilb(4) F=magic(5)（5）矩阵的算术运算 A det(F) rank(F) inv(F) eig(F) V,D=eig(F) trace(F) 3*

6、B B+F F-B B*F F/B FB F2问题1.10：分组比较“B*F”和“B.*F”，“F/B”和“F./B”，“FB”和“F.B”，“F2”和“F.2”以及“2B”和“2.B”的区别。（6）矩阵的关系运算 A3 B=0 C=0 F=B问题1.11：输入“2h=4|0k=xor(3,5)B-1&FG=C问题1.12：输入“x=1:5”，“y=3:7”，“t1=x-23”，“t2=（x3)-y”，“t3=t1-2”，“t4=(x1)&(yfloor(5.8) ceil(-6.2) round(7.5) fix(4.4)问题1.13：以上四个取整函数有什么区别？ rem(-3,2) mod

7、(-3,2)问题1.14：以上两个求余函数有什么区别？x=exp(4)y=log(d)z=abs(-pi)（9） 字符串变量H_1=A MATLAB example. H_2=学习MATLAB。 H_3=str2mat(这,字符,串数组,由4行组成)H_4=strvcat(这, 字符, 串数组, , 由4行组成)问题1.15：由以上两个函数建立的字符串数组有什么不同？与直接输入法相比有什么优点？size(H_3),size(H_4)strcmp(H_3,H_4) H_5=a+b, eval(H_5)H_6=H_2(1:2),H_2(end)问题1.16：建立字符串“This is MATLAB

8、 example 3.2-1.”，并作以下操作：（1）统计字符串中数字和非字母字符的个数；（2）将字符串中的大写字母替换为小写字母；（3）将字符串逆序排列；（4）将字母a替换成t，比较两个字符串和字符串是否相同。（10） 高维数组K(2,4,2)=1K(2,4,2)=1C=ones(2,3);C(:,:,2)=ones(2,3)*2;C(:,:,3)=ones(2,3)*3D=rand(2,4,3) DS=reshape(D,2,6,2)L=1 2;3 4,M=cat(4,L,L,L,L)size(M)squeeze(M)3.MATLAB编程（1）命令文件 单击MATLAB菜单栏上的新建按钮，

9、进入MATLAB文件编辑窗口，即可输入各种程序及函数，编辑完成后保存文件，并在命令窗口中执行。 建立命令文件，在文件编辑窗口输入： A=1 2 3 B=5 6 7 C=dot(A,B) D=cross(A,B) 以文件名“ex”存盘，回到命令窗口输入“ex”调用程序文件。并写出结果。 ex （2）函数文件 单击MATLAB菜单栏上的新建按钮，进入MATLAB文件编辑窗口，定义函数之后，编写函数，编辑完成后保存文件，文件名必须要与函数名相同。然后可以在命令窗口或程序文件中调用。 建立文件名为“my”的文件，在文件编辑窗口输入： function v,s=vs(v0,a,t) v=v0+a*t;

10、s=v0*t+a*t2/2; 存盘，在命令窗口调用vs函数计算初速度为2m/s，加速度为4m/s2的物体在5秒后的速度和位移，要注意参数的匹配，并写出结果 v,s=vs(2,4,5) （3）选择语句 编写命令文件比较数的大小 if abmax=a elseif a=b max=两数相等 else max=b; disp(最大值为：,num2str(max); end以文件名“comp”保存并任给两个数字在命令窗口调用，并写出调用语句及执行结果。问题1.17：编程：从键盘输入三个数，按大小顺序输出。 判断数字奇偶性 var=input(输入一位数) switch varcase1,3,5,7,9

11、,disp(奇数)case0,2,4,6,8,disp(偶数)otherwise,disp(非数字) end 以文件名“odd”保存并在命令窗口调用，任给一个数字，写出调用语句及执行结果。 问题1.18：某商场促销，100元可当作230元花，一个顾客挑选了标价766元的商品，需要实际付款多少？判断是否划算？如果不划算，给出还需挑选商品的标价范围，并计算实际付款数额。编写函数文件对任意商品价格都能实现计算实际付款数额及判断是否划算并给出建议的功能。（4）循环语句编写命令文件利用for循环求出从100200之间的所有素数 for m=101:200k=fix(sqrt(m);for i=2:k+1

12、if rem(m,i)=0;break;end end if i=k+1 disp(int2str(m) end end 自取文件名保存并在命令窗口调用。写出调用语句和执行结果。 问题1.19：建立一个命令文件 A=2,5,0;2,4,7;3,1,9 for k=A y=k(1)-k(2)+k(3) end执行结果如何？（A为矩阵，计算时将按列分步赋值）问题1.20：编写命令文件求的值，其中a是一个19之间的数字，a和n都由键盘输入。用while循环求100200的和 sum=0;i=1;while i A=2,3,5;3,6,8;6,5,4;b=12;34;43; R=rank(A) X=A

13、b（b）线性齐次方程组的求解求解线性方程组的通解： A=1,2,2,1;2,1,-2,-2;1,-1,-4,-3; format rat B=null(A, r )写出通解： x=k1*B(:,1)+k2*B(:,2) （3）求函数的极值 求函数f(x)=2x3-6x2-18x+7在区间(-2,4)的极小值，并作图。 f=inline(2*x.3-6*x.2-18*x+7 ); x,fval=fminbnd(f,-2,4) fplot(f,-2,4) 问题2.6：如何求函数f的最大值？（4）数值差分、积分X=1 3 6 7 9 12; 5 8 20 2 7 4;Y1=diff(X)Y2=dif

14、f(X,2)X=-1:0.1:1;Y=1./(1+25*X.2);T=trapz(X,Y)（5）常微分方程求解微分方程y=-2y+2x2+2x，0x0.5，y(0)=1 fun=inline(-2*y+2*x2+2*x , x , y ); x,y=ode23(fun,0,0.5,1) plot(x,y)（6）插值和拟合clc;clear;clf; x=1:1:12;y=1:1:5; %原始数据的定义z=0.2 0.24 0.25 0.26 0.25 0.25 0.25 0.26 0.26 0.29 0.25 0.29;0.27 0.31 0.3 0.3 0.26 0.28 0.29 0.26

15、 0.26 0.26 0.26 0.29;0.41 0.41 0.37 0.37 0.38 0.35 0.34 0.35 0.35 0.34 0.35 0.35;0.41 0.42 0.42 0.41 0.4 0.39 0.39 0.38 0.36 0.36 0.36 0.36;0.3 0.36 0.4 0.43 0.45 0.45 0.51 0.42 0.4 0.37 0.37 0.37; %z是一个5乘12的矩阵。surf(x,y,z);title(Original data Plot);xlabel(X), ylabel(Y), zlabel(Z),axis(0 15 0 6 0.2 0

16、.55); %对X,Y,Z轴范围的控制x1=1:0.2:12;y1=1:0.2:5;x2,y2=meshgrid(x1,y1);t11=interp2(x,y,z,x2,y2,cubic); %二维插值，需要用到的函数interp2figure(2)surf(x1,y1,t11);title(After Fit data Plot);xlabel(X), ylabel(Y), zlabel(Z), axis(0 15 0 6 0.2 0.55); %对X,Y,Z轴范围的控制3. 符号计算（1）函数的微分 syms x y t D1=diff(sin(x2)*y2,2) D2=diff(D1,y

17、) D3=diff(t6,6)问题2.7：试输入“diff(a3*x3-b*x,a,2)”，有什么错误？怎样改正？如果A是一个矩阵，diff(A)将怎样计算？（2）函数的积分fun=inline(3*x.2./(x.3-2*x.2+3) );S1=quad(fun,0,2)S2=quadl(fun,0,2)（3）级数展开sym a xf=a/(x-10);y1=taylor (f,x,3)y2=talor(f,3,x,4) MATLAB中没有专门用于傅立叶级数展开的命令，可编一个函数文件来实现 function a0,an,bn=mfourier(f) syms n x a0=int(f,-p

18、i,pi)/pi; an=int(f*con(n*x),-pi,pi)/pi; bn=int(f*sin(n*x),-pi,pi)/pi; 保存后在命令窗口执行： syms x f=x2+x; a0,an,bn=mfourier(f)执行结果化简后不难得到：an=4*(-1)n/n2，bn=2*(-1)(n-1)/n（4）常微分方程解法 D1=dsolve(D2y=Dy+exp(x) ) D2=dsolve( (Dy)2+y2=1 , s ) D3=dsolve(Dy=a*y , y(0)=b ) x,y=dsolve(Dx=y , Dy=-x )3Simulink的基本使用（1）基本操作单击工具栏上的按钮进入Simulink工具箱，观察工具箱里的各种模块，单击新建按钮，打开模型编辑窗口，练习把模块拖入模型编辑窗口，双击模块修改其参数，右击模块旋转或修改模块名，连接各个模块。（2）建模与仿真建立一个简单模型并仿真