2023年MATLAB与数值分析第一次实验教学及内容1.pdf

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1、第一实验教学的具体安排：第一次实验教学分为两大部分：（1）MATLAB 软件操作及程序设计；（2）Simulink的建模与仿真。第一部分：MATLAB 软件操作及程序设计 实验内容：具体实验要求及相关内容见实验一 实验时间：第六周的周一到周四晚上 19:0022:00 实验方式：混合班，学生按照自己的时间自由安排（但必须带本人学生证进行签名）实验指导教师：王刚、陶冰洁、程建 实验地点：科 B 四楼机房（科 B453，科 B457，科 B459）第二部分：Simulink 的建模与仿真 实验内容：具体实验要求及相关内容见实验二和实验三 实验时间：第七周的周一到周四晚上 19:0022:00 实验

2、方式：混合班，学生按照自己的时间自由安排（但必须带本人学生证进行签名）实验指导教师：王刚、陶冰洁、程建 实验地点：科 B 四楼机房（科 B453，科 B457，科 B459）实验一：MATLAB软件平台与程序设计实验 实验课时数：4 学时 一、实验的性质和任务 通过上机编程实验，使学生熟悉对 MATLAB 软件平台的使用，使学生掌握MATLAB 的编程技巧，让学生对MATLAB 软件平台在科学计算中的重要作用有深入了解。二、教学内容和要求 1.熟练掌握矩阵的生成、加、减、乘、除、转置、行列式、逆、范数等运算操作。（用.m 文件和 Matlab 函数编写一个对给定矩阵进行运算操作的程序）2.熟练

3、掌握算术符号操作和基本运算操作，包括矩阵合并、向量合并、符号转换、展开符号表达式、符号因式分解、符号表达式的化简、代数方程的符号解析解、特征多项式、函数的反函数、函数计算器、微积分、常微分方程的符号解、符号函数的画图等。（用.m 文件编写进行符号因式分解和函数求反的程序）3.掌握 Matlab 函数的编写规范。4、掌握 Matlab 常用的绘图处理操作，包括：基本平面图、图形注释命令、三维曲线和面的填充、三维等高线等。（用.m 文件编写在一个图形窗口上绘制正弦和余弦函数的图形，并给出充分的图形注释）5.熟练操作 MATLAB 软件平台，能利用 M 文件完成 MATLAB 的程序设计。三、实验涉

4、及的核心知识点 MATLAB 软件平台的基本操作、M 文件编写、MATLAB 程序设计 四、实验重点与难点 矩阵运算和 Matlab 编程 五、程序设计实验题目 1.编程实现以下数列的图像，用户能输入不同的初始值以及系数。并以 x，y 为坐标显示图像 x(n+1)=a*x(n)-b*(y(n)-x(n)2);y(n+1)=b*x(n)+a*(y(n)-x(n)2)2.编程实现奥运 5 环图像，允许用户输入环的直径。3.实现对输入任意长度向量元素的冒泡排序的升序排列。不允许使用 sort 函数。实验二 Simulink 基本操作与简单模型创建 实验课时数：2 学时 一、实验的性质和任务 通过上机

5、实验，使学生掌握 Simulink 的基本操作和模型窗口，能进行简单的模型创建和系统仿真。二、教学内容和要求 1.产生幅值、频率为 2，基准为 0.5 的正弦波信号。2.产生传递函数：32132251()1231sssH ssss 24.5(1)(2)()(32)(32)(1)SSHSS Si Si S 3.食饵捕食者模型：设食饵（如鱼、兔等）数量为 x(t)，捕食者（如鲨鱼、狼等）数量为 y(t)，有()()xx rayyydbx 设 r=1，d=0.5，a=0.1，b=0.02，x(0)=25，y(0)=2。求 x(t)，y(t)和 y(x)的图形。三、实验涉及的核心知识点 Simulin

6、k 的基本操作、模型创建。四、实验重点与难点 算法设计和 Matlab 编程。实验三 复杂系统建模与子系统创建 实验课时数：2 学时 一、实验的性质和任务 通过上机实验，使学生能利用模型库完成复杂系统的建模和仿真，能根据实际问题需求完成子系统创建和封装。二、教学内容和要求 1.汽车行驶在如图所示的斜坡上，通过受力分析可知在平行于斜面的方向上有三个力作用于汽车上：发动机的力、空气阻力和重力沿斜面的分量下滑力。设计汽车控制系统并进行仿真。xeFwFhF 辅助分析：由牛顿第二定律，汽车的运动方程为：ewhmxFFF，其中 m 代表汽车的质量，x 为汽车的位移。(1)20001000,100eFKg假

7、设汽车的质量为，eF在实际系统中总会有下界和上界，上界为发动机的最大推动力，下界为刹车时的最大制动力。(2)空气阻力的值为阻力系数，汽车前截面积A 和动力学压力P三项的乘积。其中22VP，表示空气的密度，V表示汽车速度与风速之和。假设0.0012DC A，且风速以下式的规律变化：10sin 0.011wVt 因此，空气阻力可以近似为：20.00120sin 0.01wFxt(3)假设马路的斜角与位移的变化率符合规律：0.0093sin 0.0001x 则下滑力为：30sin 0.0001hFx 用简单的比例控制法来控制车速：cedesiredFKxx，其中，cF为驱动力，desiredx为期望速度值，eK为反馈增益。这样驱动力正比于速度误差。实际中的驱动力是在上面所设的上下界中变化。于是选50eK。2.上题模型包括两个主要部分：发动机动力系统和控制系统。将模型的这两个部分转化为子系统。三、实验涉及的核心知识点 复杂系统建模与仿真、子系统创建和封装。四、实验重点与难点 算法设计和 Matlab 编程。