《MATLAB应用技术》实验指导书.docx

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1、MA T L A B试验指导书电子信息工程学院2023.02名目试验一 MATLAB 安装与界面 1.试验二 MATLAB 符号计算与应用 2.试验三 MATLAB 数值数组与向量化运算4试验四 MATLAB 数值计算 7.试验五 MATLAB 可视化 1. 0试验六 M 文件及MATLAB 综合应用15试验一 Matlab 安装与界面【试验目的】【试验原理】1. 安装 MATALB软件，并按理论教学内容逐一生疏软件界面及软件特点。【试验仪器】1. 配置在 PIV2.0GHZ/512MB 以上的 PC 机；2. MATALB7.0以上版本软件。【试验内容及步骤】1. 完成 MATLAB 软件安

2、装；2. 生疏 MATLAB 运行环境。（1） 命令窗口的使用。（2） 工作空间窗口的使用。（3） 工作名目、搜寻路径的设置。（4） 命令历史记录窗口的使用。（5） 了解各菜单的功能。33. 图示复数 z= 4 + 3i, z12= 1 + 2i 的和呈现 MATLAB 的可视化力气；4. 画出衰减振荡曲线的可视化力气。y = e- tsin 3t，的取值范围是0,4p ；呈现数组运算的优点及 MATLAB5. 创立一个M 文件，输入步骤 4 的相关程序，运行程序并变换名称保存，将工作空间中的y 变量的 MAT 文件变换路径输出保存，然后再向内存装载MAT 文件。6. 以命令窗口中输入 hel

3、p Laplace、help 扫瞄器中搜寻两种方式体会 MATLAB 帮助系统的特点和功能。【试验报告要求】1. 整理试验结果。2. 总结试验心得体会试验二 Matlab 符号计算与应用【试验目的】1. 把握 MATLAB 符号计算的根本语法规章2. 把握 MATLAB 符号计算求解微积分、线性代数问题3. 生疏 MATLAB 符号计算在信号处理领域的应用【试验原理】1. 以 MATALB与 MuPAD 库函数间符号计算机理和根本的微积分运算原理为根底，争论常见的工程定解问题以及连续信号处理问题。【试验仪器】1. 配置在 PIV2.0GHZ/512MB 以上的 PC 机；2. MATALB7.

4、0以上版本软件。【试验内容及步骤】1. 运行以下代码比较符号类数字与数值类数字之间的差异。a=pi+sqrt(5) sa=sym(”pi+sqrt(5)”) Ca=class(a) Csa=class(sa) vpa(sa-a)3x3x21 + 6 + 12 + 8x2. 生疏 simple 命令并简化 f =。abcd3. 对符号矩阵 进展特征向量分解，并尝试置换操作。4. 用简洁算例演示 subs 的常见置换规章。5. 试用符号计算求lim1-x 1 kx2。x2 f 1f 1 x ex2 xx 1f 1f 2 6. 试用符号计算求f( x , x12) = x2cos( 的 Jacobi

5、an 矩阵 2 2 。x ) sin( x )12f 1x3f 2 x3 7. 试用符号计算求t-1 t, k 3 ， 1, (-1)k 。 x1x 2t=0k =1(2k - 1)2kxyx8. 试用符号计算求积分 2 x21 x2 y ( x 2 + y2 + z 2 )dzdydx 。29. 依据 Fourier 变换定义，用积分指令求方波脉冲 y = 0-3/ 2 t 3/ 2else的 Fourier 变换，并作图显示。npn10. 试用符号计算求 d + 2 +线性方程组的解。【试验报告要求】1. 整理试验结果。2. 总结试验心得体会= q, n + d + q - p = 10,

6、 q + d -2= p, q + p - n - 8d = 14试验三 Matlab 数值数组与向量化运算【试验目的】1. 把握 MATLAB 二维数值数组的创立和寻访2. 把握 MATLAB 数组运算和向量化编程3. 把握常用标准数组生成函数和数组构作技法4. 数 NaN、“空”数组概念和应用；关系和规律操作及应用【试验原理】1.在 MATALB 中，几乎全部运算对象均被视为一种广义的矩阵，而在进展大规模数值计算时，将循环运算转化为矩阵运算可节约代码量、提高程序运行效率。【试验仪器】1. 配置在 PIV2.0GHZ/512MB 以上的 PC 机；2. MATALB7.0以上版本软件。【试验

7、内容及步骤】1. f (t) = t2 cos t ，分别用符号计算和数值计算求s(x) = x f (t) dt ，比较二者区分。02. 一维数组的常用创立方法举例。1a1=1:6a2=0:pi/4:pi a3=1:-0.1:02b1=linspace(0,pi,4)b2=logspace(0,3,4)3c1=2 pi/2 sqrt(3) 3+5i4rand(”state”,0) c2=rand(1,5)3. 在 MATLAB 环境下，用下面三条指令创立二维数组C。a=2.7358; b=33/79; C=1,2*a+i*b,b*sqrt(a);sin(pi/4),a+5*b,3.5+i4.

8、 依据现有数据在数组编辑器中创立一个(3 8) 的数组。5. 标准数组产生的演示ones(2,4) randn(”state”,0) randn(2,3)D=eye(3) diag(D) diag(diag(D)randsrc(3,20,-3,-1,1,3,1)6. 生疏数组元素及子数组的各种标识和寻访格式；冒号的使用；end 的作用。A=zeros(2,6) A(:)=1:12A(2,4) A(8) A(:,1,3)A(1,2,5,6”) A(:,4:end) A(2,1:2:5)=-1,-3,-5B=A(1,2,2,2,1,3,5 ) L=A3A(L)=NaN7. 数组操作函数 resha

9、pe, diag, repmat 的用法；空阵 删除子数组的用法。a=1:8A=reshape(a,4,2) A=reshape(A,2,4) b=diag(A) B=diag(b) D1=repmat(B,2,4) D1(1,3,: )= 8. 欧姆定律：，其中r, u, i 分别是电阻欧姆、电压伏特、电流安培。验证明验：据电阻两端施加的电压，测量电阻中流过的电流，然后据测得的电压、电流计算平均电阻值。测得的电压电流具体数据见以下程序。比较向量化运算的优势一：代码量少；优势二： 通过加外层循环，用 tic toc 命令计算时间，表达运算速度快的优势。（1） 非向量化程序clearvr=0.8

10、9, 1.20, 3.09, 4.27, 3.62, 7.71, 8.99, 7.92, 9.70, 10.41;ir=0.028, 0.040, 0.100, 0.145, 0.118, 0.258, 0.299, 0.257, 0.308, 0.345;% L=length(vr); for k=1:Lr(k)=vr(k)/ir(k);end% sr=0;for k=1:Lsr=sr+r(k); endrm=sr/L（2） 向量化程序clearvr=0.89, 1.20, 3.09, 4.27, 3.62, 7.71, 8.99, 7.92, 9.70, 10.41;ir=0.028, 0

11、.040, 0.100, 0.145, 0.118, 0.258, 0.299, 0.257, 0.308, 0.345;r=vr./ir rm=mean(r)9. 用“空”数组进展子数组的删除和大数组的大小收缩A=reshape(-4:5,2,5) A(:,2,4)=10. 运行以下程序，体会关系运算的应用。t=-3*pi:pi/10:3*pi; y=sin(t)./t; tt=t+(t=0)*eps; yy=sin(tt)./tt;subplot(1,2,1),plot(t,y),axis(-9,9,-0.5,1.2), xlabel(”t”),ylabel(”y”),title(”残缺图

12、形”) subplot(1,2,2),plot(tt,yy),axis(-9,9,-0.5,1.2) xlabel(”tt”),ylabel(”yy”),title(”正确图形”)【试验报告要求】1. 整理试验结果。2. 总结试验心得体会试验四 Matlab 数值计算【试验目的】1. 把握 MATLAB 数值微积分的计算方法2. 把握 MATLAB 矩阵和代数方程运算规律3. 生疏 MTALAB 处理概率和统计分布问题4. 把握 MTALAB 的多项式运算和卷积运算【试验原理】1. 数值计算作为 MATALB 的最主要功能，在工程中有着广泛的应用，本节将在已有的数学根底和数字信号处理根底上，开

13、展一些工程中常用的数值计算，并着重基于MTALAB 的内部函数进展编程。【试验仪器】1. 配置在 PIV2.0GHZ/512MB 以上的 PC 机；2. MATALB7.0以上版本软件。【试验内容及步骤】1. x = sin(t) ，求该函数在区间 0, 2p 中的近似导函数，分析以下程序产生误差的缘由。d=pi/100; t=0:d:2*pi; x=sin(t); dt=5*eps; x_eps=sin(t+dt);dxdt_eps=(x_eps-x)/dt; plot(t,x,”LineWidth”,5) hold on plot(t,dxdt_eps)hold off legend(”x

14、(t)”,”dx/dt”) xlabel(”t”)提出的解决方案供参考：x_d=sin(t+d); dxdt_d=(x_d-x)/d; plot(t,x,”LineWidth”,5) hold onplot(t,dxdt_d) hold offlegend(”x(t)”,”dx/dt”) xlabel(”t”)2. x = sin(t) ，承受 diff 和 gradient 计算该函数在区间 0, 2p 中的近似导函数，比较二者区分。3. 分别用梯形积分公式和矩形积分计算积分s ( x ) = p / 20y ( t ) dt ，其中 y = 0.2 + sin(t) ，并以符号计算结果为参

15、考解，通过误差分析比较上述方法的精度。4. 承受匿名函数方法求s = 2 1 x ydxdy 。105. 应 用 fminseach函 数 求 著 名 的Rosenbrock”s“Banana“测 试 函 数f (x, y) = 100( y - x 2 )2 + (1 - x)2 的微小值点。6. 矩阵 A， B，承受三种不同的编程求这两个矩阵的乘积 C= AB。并2443232443用 tic、toc 计时方法，在重复 1000 次运算的状况下比较运行时间。7. 随机产生一个5 5 的矩阵，并计算出其行列式、迹、秩、条件数、逆以及特征分解。8. 画出 N=100, p=0.5 状况下的二项

16、分布概率特性曲线。9. 运行以下程序，并观看正态分布标准差的几何表示。mu=3;sigma=0.5; x=mu+sigma*-3:-1,1:3; yf=normcdf(x,mu,sigma);P=yf(4)-yf(3),yf(5)-yf(2),yf(6)-yf(1); xd=1:0.1:5;yd=normpdf(xd,mu,sigma); clffor k=1:3%-xx=x(4-k):sigma/10:x(3+k); yy=normpdf(xx,mu,sigma);%-subplot(3,1,k),plot(xd,yd,”b”); hold onfill(x(4-k),xx,x(3+k),0

17、,yy,0,”g”); hold offif k2text(3.8,0.6,”mu-sigma,mu+sigma”) elsekk=int2str(k);text(3.8,0.6,”mu-”,kk,”sigma,mu+”,kk,”sigma”)endend text(2.8,0.3,num2str(P(k);shgxlabel(”x”);10. 调试以下程序，实现给定数据组x0 , y0 ，求拟合三阶多项式，并图示拟合状况。转变多项式阶数再次图示并观看结果变化。x0=0:0.1:1;y0=-.447,1.978,3.11,5.25,5.02,4.66,4.01,4.58,3.45,5.35,9

18、.22; n=3;P=polyfit(x0,y0,n) xx=0:0.01:1;yy=polyval(P,xx);plot(xx,yy,”-b”,x0,y0,”.r”,”MarkerSize”,20) legend(”拟合曲线”,”原始数据”,”Location”,”SouthEast”) xlabel(”x”)【试验报告要求】1. 整理试验结果。2. 总结试验心得体会试验五 MATLAB 可视化【试验目的】1. 把握 MATLAB 连续函数信号的可视化2. 把握 MATLAB 二维离散作图的根本格式3. 生疏 MTALAB 三维作图的根本格式和高级作图修饰4. 生疏 MTALAB 动画的制作

19、过程【试验原理】1. MATLAB 的主要功能和优点之一为可视化，基于 plot 命令而开放的一系列作图命令格式为学习本节的根底【试验仪器】1. 配置在 PIV2.0GHZ/512MB 以上的 PC 机；2. MATALB7.0以上版本软件。【试验内容及步骤】1. 用图形表示连续调制波形 y = sin(t) sin(9t) 。t1=(0:11)/11*pi; t2=(0:400)/400*pi;t3=(0:50)/50*pi; y1=sin(t1).*sin(9*t1); y2=sin(t2).*sin(9*t2); y3=sin(t3).*sin(9*t3);subplot(2,2,1),

20、plot(t1,y1,”r.”)%axis(0,pi,-1,1),title(”(1)点过少的离散图形”)subplot(2,2,2),plot(t1,y1,t1,y1,”r.”) %axis(0,pi,-1,1),title(”(2)点过少的连续图形”)subplot(2,2,3),plot(t2,y2,”r.”)%axis(0,pi,-1,1),title(”(3)点密集的离散图形”) subplot(2,2,4),plot(t3,y3)% axis(0,pi,-1,1),title(”(4)点足够的连续图形”)2. 调试运行二维曲线绘图指令。clf t=(0:pi/50:2*pi)”;k

21、=0.4:0.1:1;Y=cos(t)*k; subplot(1,2,1),plot(t,Y,”LineWidth”,1.5)title(”By plot(t,Y)”),xlabel(”t”)subplot(1,2,2),plot(Y,”LineWidth”,1.5) title(”By plot(Y)”),xlabel(”row subscript of Y”)3. 用图形表示连续调制波形 y = sin(t) sin(9t) 及其包络线。图 5.2-2t=(0:pi/100:pi)”;%y1=sin(t)*1,-1;%y2=sin(t).*sin(9*t);%t3=pi*(0:9)/9;%

22、y3=sin(t3).*sin(9*t3);%plot(t,y1,”r:”,t,y2,”-bo”)%hold onplot(t3,y3,”s”,”MarkerSize”,10,”MarkerEdgeColor”,0,1,0,”MarkerFaceColor”,1,0.8,0)axis(0,pi,-1,1)%hold off%以下指令供读者比较用。使用时，指令前的 % 号要去除。%属性影响该指令中的全部线对象中的离散点。%plot(t,y1,”r:”,t,y2,”-bo”,t3,y3,”s”,”MarkerSize”,10,”MarkerEdgeColor ”,0,1,0,”MarkerFace

23、Color”,1,0.8,0)4. 观看各种轴把握指令的影响。演示承受长轴为3.25，短轴为 1.15 的椭圆。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”)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”) subp

24、lot(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 offtitle(”Image and Fill”)subplot(2,3,6),plot(x,y),axis tight,box off,title(”Tight”)5. 通过调试以下程序，绘制二阶系统阶跃响应，综合演示图形标识。clf;t=6*pi*(0:100)/100;y=1-exp(-0.3*t).*cos(0.7*t);plot(t,y,”r-”,”LineWi

25、dth”,3) hold ontt=t(find(abs(y-1)0.05);ts=max(tt);plot(ts,0.95,”bo”,”MarkerSize”,10) hold offaxis(-inf,6*pi,0.6,inf)%set(gca,”Xtick”,2*pi,4*pi,6*pi,”Ytick”,0.95,1,1.05,max(y) %set(gca,”XtickLabel”,”2*pi”;”4*pi”;”6*pi”) set(gca,”YtickLabel”,”0.95”;”1”;”1.05”;”max(y)”) grid on%text(13.5,1.2,”fontsize1

26、2alpha=0.3”)text(13.5,1.1,”fontsize12omega=0.7”) cell_string1=”fontsize12uparrow”;%cell_string2=”fontsize16 fontname 隶书冷静时间”; cell_string3=”fontsize6 ”;cell_string4=”fontsize14rmt_s = ” num2str(ts);%text(ts,0.85,cell_string,”Color”,”b”,”HorizontalAlignment”,”Center”)title(”fontsize14it y = 1 - e -al

27、pha tcosomegat”) xlabel(”fontsize14 bft rightarrow”) ylabel(”fontsize14 bfy rightarrow”)6. 利用 hold 绘制离散信号通过零阶保持器后产生的波形，验证叠绘命令t=2*pi*(0:20)/20; y=cos(t).*exp(-0.4*t); stem(t,y,”g”,”Color”,”k”); hold on stairs(t,y,”:r”,”LineWidth”,3) hold offlegend(”fontsize14it stem”,”fontsize14it stairs”) box on7. 运

28、行以下命令，画出函数验证双纵坐标。y = x sin xs =和积分 x (x sin x)dx0在区间0,4上的曲线，clf;dx=0.1;x=0:dx:4;y=x.*sin(x); s=cumtrapz(y)*dx; a=plotyy(x,y,x,s,”stem”,”plot”);%text(0.5,1.5,”fontsize14ity=xsinx”)%sint=”fontsize16int_fontsize80 x”; ss=”fontsize14its=”,sint,”fontsize14itxsinxdx”; text(2.5,3.5,ss)%set(get(a(1),”Ylabel

29、”),”String”,”被积函数 ity=xsinx”)%set(get(a(2),”Ylabel”),”String”,ss)%xlabel(”x”)8. 运行以下命令，演示 subplot 指令对图形窗的分割。clf;t=(pi*(0:1000)/1000)”; y1=sin(t);y2=sin(10*t);y12=sin(t).*sin(10*t); subplot(2,2,1),plot(t,y1);axis(0,pi,-1,1) subplot(2,2,2),plot(t,y2);axis(0,pi,-1,1) subplot(”position”,0.2,0.1,0.6,0.40

30、) plot(t,y12,”b-”,t,y1,-y1,”r:”)axis(0,pi,-1,1)%9. 运行以下程序，实现三维曲线绘图。演示：三维曲线的参数方程；线型、点形和图例。图5.3-1t=(0:0.02:2)*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=cos(2*t); plot3(x,y,z,”b-”,x,y,z,”bd”) view(-82,58),box onxlabel(”x”),ylabel(”y”),zlabel(”z”)legend(”链”,”宝石”)10. 运行以下程序，体会不同灯光、照明、材质指令所表现的图形。clf; X,Y,Z=sphere(40); color

31、map(jet)%subplot(1,2,1),surf(X,Y,Z),axis equal off,shading interp%light (”position”,0 -10 1.5,”style”,”infinite”)%lighting phong%material shiny%subplot(1,2,2),surf(X,Y,Z,-Z),axis equal off,shading flat light;lighting flat%light(”position”,-1,-1,-2,”color”,”y”)light(”position”,-1,0.5,1,”style”,”local

32、”,”color”,”w”)%set(gcf,”Color”,”w”) 11透视图。X0,Y0,Z0=sphere(30); X=2*X0;Y=2*Y0;Z=2*Z0; surf(X0,Y0,Z0);shading interphold on,mesh(X,Y,Z),colormap(hot) hold offhidden offaxis equal,axis offtitle(”No. 2surf(X,Y,Z,abs(dz2)”)%12实时动画：制作红色小球沿一条带封闭路径的下旋螺线运动的实时动画图5.4-5。1anim_zzy1.m function f=anim_zzy1(K,ki)%

33、anim_zzy1.m演示红色小球沿一条封闭螺线运动的实时动画% 仅演示实时动画的调用格式为anim_zzy1(K)% 既演示实时动画又拍摄照片的调用格式为f=anim_zzy1(K,ki)% K红球运动的循环数不小于1% ki指定拍摄照片的瞬间，取 1 到 1034 间的任意整数。% f存储拍摄的照片数据，可用image(f.cdata)观看照片。%t1=(0:1000)/1000*10*pi;x1=cos(t1);y1=sin(t1);z1=-t1; t2=(0:10)/10;x2=x1(end)*(1-t2);y2=y1(end)*(1-t2);z2=z1(end)*ones(size(

34、x2); t3=t2;z3=(1-t3)*z1(end);x3=zeros(size(z3);y3=x3; t4=t2;x4=t4;y4=zeros(size(x4);z4=y4;x=x1 x2 x3 x4;y=y1 y2 y3 y4;z=z1 z2 z3 z4; plot3(x,y,z,”Color”,1,0.6,0.4,”LineWidth”,2.5) axis off%h=line(”xdata”,x(1),”ydata”,y(1),”zdata”,z(1),”Color”,1 ”MarkerSize”,40,”EraseMode”,”xor”);%n=length(x);i=2;j=1

35、; while 1set(h,”xdata”,x(i),”ydata”,y(i),”zdata”,z(i); drawnow;pause(0.0005) i=i+1;if nargin=2 & nargout=1 if(i=ki&j=1);f=getframe(gcf);endend if ini=1;j=j+1;if jK;break;end endend2f=anim_zzy1(2,450);3image(f.cdata),axis off【试验报告要求】1. 整理试验结果。2. 总结试验心得体会0% % % 0,”Marker”,”.”,试验六 M 文件及 MATLAB 综合应用【试验目

36、的】1. 把握 MATLABM 文件的编写2. 把握 MATLAB 把握流的使用3. 生疏 MTALAB 仿真工具箱的使用4. 了解 MTALAB notebook 的功能【试验原理】1. 应用 MATLAB 的 M 文件编写中、大型程序是学习该门课程的重要目的，其他如 SIMULINK仿真工具箱的应用也是分析工程问题的重要手段。【试验仪器】1. 配置在 PIV2.0GHZ/512MB 以上的 PC 机；2. MATALB7.0以上版本软件。【试验内容及步骤】x1. 函数 y = x 3e- x +1x -1- 1 x 1，编写能对任意一组输入x 值求相应y 值的程序。1 x2. 学生的名字和

37、百分制分数。要求依据学生的百分制分数，分别承受“总分值”、“优秀”、“良好”、“及格”和“不及格”等表示学生的学习成绩。创立 Hilbert 矩阵。3. Hilbert 矩阵a(i, j) =1。i + j - 14. 编写计算 S = Nn=11n kk =1，其中 N = arg min1 N kk =1 e ，是预先给定的把握精度。通过本程序把握 MATLAB 编程的根本标准。5. 创立 n 阶魔方矩阵，限定条件是 n 为能被 4 整除的偶数。所谓魔方矩阵Magic matrix，是指那矩阵由 1 到的正整数依据确定规章排列而成，并且每列、每行、每条对角线元素的和n(n2 + 1)都等于

38、。就生成规章而言，魔方矩阵可分成三类：一，n 为奇数；二，n 为不能2被 4 整除的偶数；三，n 为能被 4 整除的偶数。6. 编写一个M 函数文件。 它具有以下功能：A依据指定的半径，画出蓝色圆周线；B可以通过输入字符串，转变圆周线的颜色、线型；C假设需要输出圆面积，则绘出圆。7. 编写一个内含子函数的M 函数绘图文件。8. 在以以下图所示的系统中，质量m = 1 kg，阻尼b = 2 N.sec/m，弹簧系数k = 100 N/m， 且质量块的初始位移 x(0) = 0.05 m，其初始速度 x(0) = 0 m/sec，要求创立该系统的SIMULINK 模型，并进展仿真运行。9. 创立一个 notebook 文件，简洁调试一个作图程序，体会notebook 功能。【试验报告要求】1. 整理试验结果。2. 总结试验心得体会