MATLAB上机实习指导书.docx

1、MATLAB上机实习指导书MATLAB上机实习指导书目 录实习内容一 MATLAB基本操作-2实习内容二 数值数组及其运算-8实习内容三 MATLAB图形绘制基础-15实习内容四 SIMULINK仿真基础-22附录1 流程控制-24附录2 SIMULINK的库模块- 25附录3 转义符号-27实习内容一 MATLAB基本操作一、 实习目的掌握MATLAB的启动和退出；熟悉MATLAB的命令窗口；熟悉其它常用窗口和工具栏。二、实习内容与步骤1、进入MATLAB的开发环境。方法一：点击桌面上的快捷方式或matlab文件夹下的快捷方式图标。方法二：开始所有程序MATLAB6.5MATLAB6.5.E

2、XE。方法三：点击matlabbinwin32文件夹下的matlab.exe。这三种方法的当前目录不同。优先选用方法一。可见到如下交互界面（见图1-1）：图1-1 Matlab默认桌名平台2、 退出MATLAB的开发环境。退出Matlab的方式很多：（1）在Matlab命令窗口的“File”菜单下选择“Exit Matlab”；（2）快捷键“Ctrl+q”；（3）在命令窗口输入“quit”命令；（4）在命令窗口输入“exit”命令；（5）用鼠标单击命令窗口右上角的“X”按钮；（6）用鼠标双击命令窗口左上角的图标“”。3、熟悉MATLAB的desktop操作桌面（1） 熟悉指令窗（command

3、 window）-界面见图1-2图1-2a、 点击指令窗右上角的可以从将指令窗从操作桌面独立出来，点击指令窗中view菜单下的Dock Command window可以使指令窗嵌入回操作桌面。b、 在指令窗的提示符后面键入所以下指令：(12+2*(7-4)/32观察指令窗中的结果。c、通过下拉菜单File:Preferences改变设置指令窗中的字体、颜色等。如： 数据显示格式的设置：format short 小数点后四位（缺省情况），如显示为3.1416。format long 小数点后十四位，如显示为3.14159265358979。format bank 小数点后两位，如显示为3.14。

4、format short e 小数点后四位科学记数法，如显示为3.1416e+000。format long e 小数点后十五位科学记数法，如显示为3.141592653589793e+000。（2）熟悉当前目录浏览器（Current Directory）（A）观察当前目录是什么？（B）打开我的电脑，在E盘下建立一个名为mydir的文件夹。在MATLAB的command window上方，有一个当前目录设置区。它包括：“目录设置栏”和“浏览键”，在目录设置栏中直接写待设置的目录名，或借助浏览键和鼠标选择待设目录。（3）熟悉工作空间浏览器（Workspace Browser）-见图1-3在以上步

5、骤的基础上，观察工作空间浏览器有哪些变量？在指令窗中who 和whos 两条指令，观察指令窗中的结果。（4）熟悉数组编辑器(Array Editor)点中Workspace中任意一个数组，然后双击所选数组或点击图标打开数组编辑器（见图1-4）。观察此数值数组内部的值。图1-3 工作空间浏览器图1-4数组编辑器按照以下步骤建立一个新的数组：（A） 在指令窗里，向一个新变量赋“空”阵。如：A= ;（B） 在内存浏览器中，双击该变量，打开数组编辑器。（C） 在数组编辑器左上方的“行维”、“列维”栏中填写待建数组的“大小”，于是在编辑窗中就出现待填写的数组元素表格。（D） 逐格填写元素值，直到完成为止

6、。（5）熟悉M文件编辑器及运行一个简单的程序。（A）点击MATLAB窗口上的图标，弹出M文件编辑器（见图1-5）；图1-5（B）在M文件编辑调试器的空白框中写入下面指令。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)（C）点击M文件编辑器的（保存图标），或选中【File:Save】下拉菜单项，会出现标准的文件保存对话框。（D）在文件保存对话框中，选定目录（如mydir）,填写文件名（try1）,再按保存键，于是把try1.m脚本文件保存到了mydir目录上了。（E）选中M文件编

7、辑器下拉菜单项【Debug：Run】或按功能键F5，就可在图形窗中看到该程序的运行结果曲线。（6）在command窗中分别输入以下指令并观察其功能： clc,clear,clf，cd，exit,quitclear 清除当前工作区中的所有变量clc 清除指令窗内容（未清除当前工作区中的变量）clf 清除图形窗口cd 设置当前工作目录exit，quit 退出MATLAB（7）设置文件存放路径（A）新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符）；（B）将该文件夹添加到MATLAB 路径管理器中，见图1-6。（C）保存，关闭对话框，见图1-7。图1-6（8）了解MATLAB帮助系统 在指令窗中

8、输入 help eye，阅读关于eye的帮助信息。 点击MATLAB的菜单项help:Matlab Help。查看自己所需的帮助。三、实习要求 1、熟悉MATLAB的启动与退出。 2、会熟练使用MATLAB的常用窗口（尤其是指令窗、编辑窗）以及各窗口之间的配合使用。图1-7实习内容二 数值数组及其运算一、实习目的1、掌握一维数组的创建和寻访；2、掌握二维数组的创建和寻访；3、掌握MATLAB的矩阵和数组的运算；4、熟悉MATLAB关系操作和逻辑操作。二、实习内容和步骤 （1） 常量与变量系统的变量命名规则：变量名区分字母大小写；变量名必须以字母打头，其后可以是任意字母，数字，或下划线的组合。此

9、外，系统内部预先定义了几个有特殊意义和用途的变量，见下表：特殊的变量、常量取 值ans用于结果的缺省变量名pi圆周率的近似值（3.1416）eps数学中无穷小（epsilon）的近似值（2.2204e - 016）inf无穷大，如 1/0 = inf （infinity）NaN非数，如 0/0 = NaN （Not a Number），inf / inf = NaNi，j虚数单位：i = j =（2） 数值型向量（矩阵）的输入a任何矩阵（向量），可以直接按行方式输入每个元素：同一行中的元素用逗号（，）或者用空格符来分隔；行与行之间用分号（；）分隔。所有元素处于一方括号（ ）内；例1： Tim

10、= 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X_Data = 2.32 3.43；4.37 5.98 b系统中提供了多个命令用于输入特殊的矩阵：函数功 能函数功 能compan伴随阵toeplitzToeplitz矩阵diag对角阵vanderVandermonde矩阵hadamardHadamard矩阵zeros元素全为0的矩阵hankelHankel矩阵ones元素全为1的矩阵invhilbHilbert矩阵的逆阵rand元素服从均匀分布的随机矩阵kronKronercker张量积randn元素服从正态分布的随机矩阵magic魔方矩阵eye对角线上元素为1的矩阵pascalP

11、ascal矩阵meshgrid由两个向量生成的矩阵上面函数的具体用法，可以用帮助命令help得到。如：meshgrid(x,y)输入 x=1 2 3 4; y=1 0 5; X,Y=meshgrid(x, y),则X = Y = 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 3 4 0 0 0 0 1 2 3 4 5 5 5 5目的是将原始数据x，y转化为矩阵数据X，Y。（3）符号向量（矩阵）的输入a用函数 sym定义符号矩阵：函数sym实际是在定义一个符号表达式，这时的符号矩阵中的元素可以是任何的符号或者是表达式，而且长度没有限制。只需将方括号置于单引号中。例2： sym_matrix = sym

12、(a b c；Jack Help_Me NO_WAY) sym_matrix = a, b, c Jack, Help_Me, NO_WAYb用函数syms定义符号矩阵先定义矩阵中的每一个元素为一个符号变量，而后像普通矩阵一样输入符号矩阵。例3： syms a b c; M1 = sym(Classical); M2 = sym( Jazz); M3 = sym(Blues); A = a b c; M1, M2, M3; sym(2 3 5)A = a, b, c Classical, Jazz, Blues 2, 3, 5（4） 数组（矩阵）的点运算运算符：+（加）、-（减）、./（右除）

13、、.（左除）、.（乘方），数组元素之间直接进行数值运算。例4： g = 1 2 3 4;h = 4 3 2 1; s1 = g + h, s2 = g.*h, s3 = g.h, s4 = g.2, s5 = 2.h（5） 矩阵的运算运算符：+（加）、-（减）、*（乘）、/（右除）、（左除）、（乘方）、（转置）等；常用函数：det（行列式）、inv（逆矩阵）、rank（秩）、eig（特征值、特征向量）、rref（化矩阵为行最简形） A=2 0 -1;1 3 2; B=1 7 -1;4 2 3;2 0 1; M = A*B % 矩阵A与B按矩阵运算相乘 det_B = det(B) % 矩阵A的

14、行列式 rank_A = rank(A) % 矩阵A的秩 inv_B = inv(B) % 矩阵B的逆矩阵 V,D = eig(B) % 矩阵B的特征值矩阵V与特征向量构成的矩阵D X = A/B % A/B = A*B-1，即XB=A，求X Y = BA % BA = B-1*A，即BY=A，求Y 常见数学函数函 数 名数 学 计 算 功 能函 数 名数 学 计 算 功 能abs（x）实数的绝对值或复数的幅值floor（x）对x朝-方向取整acos（x）反余弦arcsingcd（m，n）求正整数m和n的最大公约数acosh（x）反双曲余弦arccoshimag（x）求复数x的虚部angle（

15、x）在四象限内求复数 x 的相角lcm（m，n）求正整数m和n的最小公倍数asin（x）反正弦arcsinlog（x）自然对数（以为底数）asinh（x）反双曲正弦arcsinhlog10（x）常用对数（以10为底数）atan（x）反正切arctanreal（x）求复数x的实部atan2（x,y）在四象限内求反正切rem（m，n）求正整数m和n的m/n之余数atanh（x）反双曲正切arctanhround（x）对x四舍五入到最接近的整数ceil（x）对x朝+方向取整sign（x）符号函数：求出x的符号conj（x）求复数x的共轭复数sin（x）正弦sincos（x）余弦cossinh（x）反

16、双曲正弦sinhcosh（x）双曲余弦coshsqrt（x）求实数x的平方根： exp（x）指数函数tan（x）正切tanfix（x）对x朝原点方向取整tanh（x）双曲正切tanh如：输入 x=-4.85 -2.3 -0.2 1.3 4.56 6.75，则： ceil(x)结果为-4 -2 0 2 5 7 fix(x) )结果为-4 -2 0 1 4 6 floor(x) )结果为-5 -3 -1 1 4 6 round(x) )结果为-5 -2 0 1 5 7（6）在指令窗中输入x=2 3 pi/2 9;x=2,3,pi/2,9 观察结果是否一样？（7） 要求在闭区间上产生50个 等距采样

17、的一维数组A ，试用两种不同的 指令实现。要寻访1到5个元素如何实现；寻访7到最后一个元素如何实现；寻访第2，6，8个元素如何实现；寻访大于2的元素如何实现。给第3，5，9个元素赋值100如何实现；（8）在指令窗中输入A=1 2 3;4 5 6 观察结果；分别用“全下标”和“单下标”来寻访第2行第1列的元素，并说明二维数组元素的存储顺序。（9）在指令窗中输入B1，2，3；6，7，8，并计算A.*B;和A*B并说明矩阵相乘和数组相乘的区别。（10）关系操作和逻辑操作表2-4 Matlab常用关系运算符关系运算符= =说 明小于小于等于大于大于等于等于不等于表2-4 Matlab常用逻辑运算符逻辑

18、运算符&|Xor说 明与或非异或在指令窗中输入下列程序，观察结果并逐行分析程序的功能。rand(state,0);A=rand(3,5);ii,jj=find(A0.5);disp(ii jj)disp(ii jj)（11）在时间区间中，绘出曲线。（12）写出生成如图2-1所示波形的 MATLAB脚本M文件。图中虚线为正弦波，要求它的负半波被置零z(find(z0)=0，且在处被削顶。 图2-1（13）字符串数组A、创建串数组例：a=This is an example.B、 size(a):输出该数组的大小C、串数组的元素标识例:a14=a(1:4)即a14=ThisD、字符串的存储是用AS

19、CII码实现的Abs和double指令:将串数组转换为ASCII码数值数组例：Name=thomas r.lee;name1=double(Name)char指令:将ASCII码数值数组转换为串数组 例：name1=102;name2=char(name1)E、 A=这是一个算例。中文字符串数组F、 b=example3.1.2-1 。连续两个单引号可创建带单引号的字符串G、 可由小串构成大串.H、 利用串操作函数char，str2mat，strvcat，int2str，num2str，mat2str等创建数组。例： Name=Thomas R.Lee ;Senior Developer;须输

20、入同一长度的字符串; Name=char(Thomas R.Lee,Senior Developer,Kaiyi.wang,threemam,abcd)可输入不同长度的字符串; Fname=deblank(name(5,:)删除尾部空格; 可通过size(Fname)来检验; strcmp(str1,str2)可判断两个字符串是否相等; strncmp(str1,str2,3)用于判断两个字符的前3个字符是否相等; A=b用于比较两个字符串中对应字符是否相等; A=b用于比较两个字符串中对应字符是否不等; isletter(mystring)用于判断mystring中字符是否为字母; issp

21、ace(mystring)用于判断mystring中字符是否为空格或制表符; strrep(label,s1,s2)可以将label中字符串s1用s2替换; findstr(s1,label)在label中找s1,找到返回位置;否则返回空矩阵符号“ ”; strtok(label)在label中找分隔字符(空格,/,制表符),返回第一个分隔字符前的子串.在编辑窗中输入下列程序，观察结果并逐行分析程序的功能。 clear a=2; w=3; t=0:0.01:10; y=exp(-a*t).*sin(w*t); y_max,i_max=max(y); t_text=t=,num2str(t(i_

22、max); y_text=y=,num2str(y_max); max_text=char(maximum,t_text,y_text); tit=y=exp(-,num2str(a),t)*sin(,num2str(w),t); plot(t,zeros(size(t),k) hold on plot(t,y,b) plot(t(i_max),y_max,r.,MarkerSize,20) text(t(i_max)+0.3,y_max+.05,max_text) title(tit),xlabel(t),ylabel(y),hold off三、实习要求： 1、分清数组运算与矩阵运算的区别与

23、联系。 2、熟悉MATLAB的各种数据类型。 3、初步了解M文件及其编写、调试与运行。实习内容三 MATLAB图形绘制基础一、实习目的1、进一步熟悉M文件调试过程2、熟练掌握MATLAB二维曲线的绘制 3、掌握图形的修饰二、实习内容1、基本命令：plot（数据作图、函数作图）, ezplot（简易作图），fplot(简易作图)（1）plot(x,y,s) s用来表示色彩、线型、点型例3.1 用plot绘制y=sinx/x的图形x=-2*pi:pi/10:2*pi;y=sin(x)./x; %准备数据plot(x,y) %用plot作图注意x=0处的图形例3.2 x=-2*pi:pi/10:2*

24、pi;x=x+(x=0)*eps;y=sin(x)./x; %（准备数据,处理分母零点)plot(x,y) %（用plot作图）：例3.3 画出函数sin(t) sin(9t)在上的包络线。t=(0:pi/100:pi);y1=sin(t);y=-sin(t);y2=sin(t).*sin(9*t);t3=pi*(0:9)/9;y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,r:,t,y,r:,t,y2,b,t3,y3,bo),axis(0,pi,-1,1)gtext(该点数值x)运行结果见图3-1。（2）ezplot用作图：ezplot(sin(x)/x,-4*pi,4*pi

25、)运行结果如图3-2（3）fplot用作图：fplot(sin(x)/x,-2*pi,2*pi)图3-1图3-22、基本绘图控制参数：设置线型、线色、数据点形（1）、曲线点型、线色允许设置值线型符号-:-.-含义实线虚线点划线双划线线色符号bgrcmykw含义蓝绿红青品红黄黑白（2）、数据点形常用设置值符号.ox+*sdp含义实心黑点空心圆圈叉字符十字符八线符方块符菱形符五角星符（3）、坐标轴控制(axis)、分格线（grid）（4）、图形标注：坐标轴名(label)、图形标题（title）、图例(legend)、图形说明（text,gtext）,格式如下：title(s) 书写图形标题xla

26、bel(s) 横坐标轴名ylabel(s) 纵坐标轴名legend(s1,s2,) 绘制曲线所用线型、色彩、或数据点型图例text(x1,y1,s) 在图面（x1,y1）坐标处书写字符注释gtext(s) 用鼠标选择书写字符注释的位置（5）、常用坐标控制命令指令含义指令含义axis off取消轴背景axis equal纵、横轴采用等长刻度axis on使用轴背景axis image同上且坐标框紧贴数据范围axis(v)v=x1,x2,y1,y2,z1,z2人工设定范围axis square产生正方形坐标系（6）、多次叠绘、子图hold on 使当前轴及图形保持而不被刷新，准备接受此后将绘制的新

27、曲线。hold off 使当前轴及图形不再具备不被刷的性质。hold 是否具备不被刷的性质的双向开关。subplot(m,n,k) 图形窗中有mn幅子图，k是子图的编号。 3、三维曲线绘图（1）基本命令： plot3(x,y,z,s) % s为线色、线形、点形plot3(x1,y1,z1,s1,. xn,yn,zn,sn)例3.5 t=-2*pi:0.01:2*pi; x=2*cos(t);y=2*sin(t);z=3*t; %(准备数据)plot3(x,y,z,r:); %（用plot3作图）（2）三维曲面作图1）三维网格命令（mesh）例3.6 x=-1:0.05:1;y=x; x,y=meshgrid(x,y); z=x.2+2*y.2; mesh(x,y,z)运行结果如图3-3。图3-32）三维表面命令 surf例3.7 x=-1:0.05:1;y=x; x,y=meshgrid(x,y); z=x.2+2*y.2; surf(x,y,z)运行结果如图3-4。图3-43）基本三维命令的几个改进命令mesh