计算机仿真技术实验教案资料.docx

1、计算机仿真技术实验教案资料课 程 教 案课程名称： 计算机仿真技术实验 任课教师： 汤群芳 所属院部： 电气与信息工程学院 教学班级： 电气1403-04班 教学时间：20152016学年第2学期湖 南 工 学 院课程基本信息课程名称计算机仿真技术实验课程代码G0401834总计： 16 学时讲课： 学时实验： 16 学时上机： 16 学时课程设计： 周学 分1类别必修课（） 选修课（ ） 理论课（ ） 实验课（ ）任课教师汤群芳职称讲师授课对象专业班级： 电气1403-4班 共 2 个班课程简介（不超过1000字） 计算机仿真实验课是计算机仿真课程重要的实践教学环节，其目的是使学生掌握MAT

2、LAB的基本编程技巧，熟练地编写MATLAB程序；熟悉SimuLink仿真的基本方法和元件构成；了解MATLAB符号运算工具箱的使用方法，使学生具备一定的使用MATLAB语言进行本专业具体实例进行编程和仿真的能力。其主要内容有：熟练掌握MATLAB中的矩阵运算、多项式处理、控制语句、绘制二维、三维图形和一些常用函数及工具箱等，并结合对本专业相关课程中的具体实例，掌握常用的仿真编程方法。大纲共列出了8个实验项目，电气工程专业学生可作为必做实验。自动化专业学生在计划实验课时内，具体实验内容可由实验老师根据学生实际情况，从其中选择4个实验项目作为必做实验，其它实验项目可作为学生开放式实验选做内容。实

3、验难度应循序渐进，同时要有一定的广度，使学生得到较全面的训练。基本教材和主要参考资料1教材 计算机仿真技术实验指导书，自编，湖南工学院，20142参考资料1 MATLAB在自动控制中的应用，吴晓燕编，西安电子科技大学出版社，2006 2 控制系统数字仿真与CAD，张晓华主编，北京:机械工业出版社,2003实验一 熟悉MATLAB环境及基本运算（验证性实验）1、本次课主要内容1、熟悉MATLAB环境；2、掌握MATLAB常用命令；3、MATLAB变量与运算符。二、实验目的与要求1、熟悉MATLAB开发环境；2、掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算。三、教学重点难点重点：矩阵的运算；难点：无。四、

4、教学方法和手段课堂讲授、演示；巡回指导。五、作业与习题布置完成实验报告 实验一 熟悉MATLAB环境及基本运算（验证性实验）一、实验目的1熟悉MATLAB开发环境2掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算二、实验原理 1.熟悉MATLAB环境 熟悉MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览文件和搜索路径浏览器。2.掌握MATLAB常用命令clc 清除命令窗口中内容clear 清除工作空间中变量help 对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明lookfor 查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称who查询工作空间中的变量信息3.MATLAB变量与运算符变量

5、命名规则如下： （1） 变量名可以由英语字母、数字和下划线组成（2） 变量名应以英文字母开头（3） 长度不大于31个（4） 区分大小写MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。表1 MATLAB的特殊变量与常量变量名 功能说明 变量名 功能说明 ANS 默认变量名，以应答最近一次操作运算结果realmin 最小的正实数i或j 虚数单位INF(inf) 无穷大pi 圆周率NAN(nan) 不定值（0/0） eps 浮点数的相对误差nargin 函数实际输入参数个数realmax 最大的正实数nargout 函数实际输出参数个数 MATLAB运算符，通过下面几个表来说明MATLAB的各种

6、常用运算符表2 MATLAB算术运算符操作符 功能说明 操作符 功能说明 + 加 矩阵左除- 减. 数组左除* 矩阵乘/ 矩阵右除.* 数组乘./ 数组右除 矩阵乘方 矩阵转置. 数组乘方. 数组转置表3 MATLAB关系运算符操作符 功能说明 = 等于= 不等于 大于= 大于等于10100 的值（利用上题的n 阶乘函数文件）（两种方法）。 5、编写一个乘法表（9 9 ）。 四、设计要求（或设计指标与要求） 对照设计内容和任务，编写和设计相应的MATLAB程序，并调试运行得出正确结果。 五、实验仪器设备与器材计算机（安装有MATLAB软件平台）。 六、实验结果（或数据）与分析 利用数学方法，对

7、设计内容进行计算，分析并比较结果。 七、实验总结与思考总结本实验内容，并思考：1、 MATLAB编程语句与规则与C语言程序有何异同？2、 MATLAB函数文件的编写和调用如何实现？教学后记：实验三 MATLAB的图形绘制（设计性实验） 一、本次课主要内容1、plot(x,y)：绘制由x,y所确定的曲线； 2、多组变量绘图：plot(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, )； 3、双Y轴绘图：plotyy()函数； 4、图形窗口的分割； 5、图形编辑窗口的使用。二、实验目的与要求1、学习MATLAB图形绘制的基本方法； 2、熟悉和了解MATLAB图形绘制程序编辑的基本指令； 3、熟

8、悉掌握利用MATLAB图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的 各种标注； 4、掌握plot、subplot的指令格式和语法。三、教学重点难点重点：图形绘制的基本方法；难点：无。四、教学方法和手段课堂讲授、演示；巡回指导。五、作业与习题布置完成实验报告 实验三 MATLAB的图形绘制（设计性实验）一、实验目的1、学习MATLAB图形绘制的基本方法； 2、熟悉和了解MATLAB图形绘制程序编辑的基本指令； 3、熟悉掌握利用MATLAB图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的各种标注； 4、掌握plot、subplot的指令格式和语法。二、实验原理 1、plot(x,y)：绘制由x,y所确

9、定的曲线； 2、多组变量绘图：plot(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, )； 3、双Y轴绘图：plotyy()函数； 4、图形窗口的分割； 5、图形编辑窗口的使用。 三、设计内容（或设计任务）1、二维曲线绘图基本指令演示。本例运作后，再试验plot(t), plot(Y), plot(Y,t) ，以观察产生图形的不同。t=(0:pi/50:2*pi); k=0.4:0.1:1; Y=cos(t)*k; plot(t,Y)plot指令基本操作演示2、用图形表示连续调制波形Y=sin(t)sin(9t) 及其包络线。要求自己修改绘图的颜色、线型和数据点的标记t=(0:pi/10

10、0:pi); y1=sin(t)*1,-1; y2=sin(t).*sin(9*t); t3=pi*(0:9)/9; y3=sin(t3).*sin(9*t3);plot(t,y1,r:,t,y2,b,t3,y3,bo) axis(0,pi,-1,1)3、在一个图形窗口绘制正弦和余弦曲线，要求给图形加标题“正弦和余弦曲线”，X轴Y轴分别标注为“时间t”和“正弦、余弦”，在图形的某个位置标注“sin(t)”“cos(t)”，并加图例，显示网格，坐标为正方形坐标系。4、绘制向量x=1 3 0.5 2.5 2的饼形图，并把3对应的部分分离出来。5、绘制参数方程x=t,y=sin(t),z=cos(t

11、)在t=0 7区间的三维曲线。6、用hold on命令在同一个窗口绘制曲线y=sin(t)，y1=sin(t+0.25)，y2=sin(t+0.5)，其中t=0 10。7、观察各种轴控制指令的影响。演示采用长轴为3.25，短轴为1.15的椭圆。注意：采用多子图（图6.2-4）表现时，图形形状不仅受“控制指令”影响，而且受整个图面“宽高比”及“子图数目”的影响。t=0:2*pi/99:2*pi; x=1.15*cos(t);y=3.25*sin(t); subplot(2,3,1),plot(x,y),axis normal,grid on, title(Normal and Grid on)

12、subplot(2,3,2),plot(x,y),axis equal,grid on,title(Equal) subplot(2,3,3),plot(x,y),axis square,grid on,title(Square) subplot(2,3,4),plot(x,y),axis image,box off,title(Image and Box off) subplot(2,3,5),plot(x,y),axis image fill,box off title(Image and Fill) subplot(2,3,6),plot(x,y),axis tight,box off,

13、title(Tight)各种轴控制指令的不同影响 四、设计要求（或设计指标与要求） 对照设计内容和任务，编写和设计相应的MATLAB程序，并调试运行得出正确结果。 五、实验仪器设备与器材计算机（安装有MATLAB软件平台）。 六、实验结果（或数据）与分析 利用数学方法，对设计内容进行计算，分析并比较结果。 七、实验总结与思考总结本实验内容，并思考：1、 MATLAB图形绘制有哪些基本指令？2、 如何设置MATLAB图形的属性，比如颜色、线型、坐标轴名称、图形标题等？教学后记：实验四 Simulink建模与仿真（设计性实验） 一、本次课主要内容（1）SIMULINK简介；（2）SIMULINK的

14、启动； （3）SIMULINK的模块库介绍；（4）SIMULINK简单模型的建立；（5）SIMULINK功能模块的处理；（6）SIMULINK应用举例；（7）SIMULINK仿真的运行。二、教学目的与要求（1）学习SIMULINK 软件工具的使用方法；（2）用SIMULINK 仿真线性系统；三、教学重点难点重点：用SIMULINK 仿真线性系统；难点：SIMULINK功能模块的处理。四、教学方法和手段课堂讲授、演示；巡回指导。五、作业与习题布置完成实验报告实验四 Simulink建模与仿真（设计性实验）一、实验目的1、学习SIMULINK 软件工具的使用方法；2、用SIMULINK 仿真线性系

15、统。二 实验原理1、SIMULINK简介 SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。所谓模型化图形输入是指SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型（以.mdl文件进行存取），进而进行仿真与分析。2、SIMULINK的启动 进入SIMULINK界面，只要你在MATLAB命令窗口提示符下键入SIMULINK，按回车键即可启动SIMULINK软件。3、SIMULINK的模块库介绍SIMILINK模块库按功能进行分为以下8类子库：Continuous（连续模块）Discrete（离散模块）Function&Tables（函数和平台模块）Math（数学模块）Nonlinear（非线性模块）Si