武汉理工大学专业基础实践Matlab运算与受控源电阻电路分析.docx

武汉理工大学模拟电子技术基础课程设计说明书专业基础实践任务书学生姓名: 专业班级：电信1406班指导教师：阙大顺 工作单位：信息工程学院 题 目: Matlab运算与受控源电阻电路分析初始条件：1.Matlab7.1以上版本软件；2.专业基础实践辅导资料：“Matlab语言基础及使用入门”、“Matlab及在电子信息课程中的应用”、“线性代数”及“信号处理类”相关书籍等；3.先修课程：高等数学、线性代数、电路、Matlab应用实践及信号处理类基础课程等。要求完成的主要任务:1. 实践内容：根据指导老师给定的7套题目，按规定选择其中1套独立完成；2. 本专业基础实践统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析，完成针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表等），并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括： 初步了解Matlab、熟悉Matlab界面、进行简单操作等； Matlab的数值计算：创建矩阵、矩阵运算、多项式运算、线性方程组、数值统计等； 基本绘图函数：了解plot, plot3, mesh, surf等，要求掌握以上绘图函数的用法、简单图形标注、简单颜色设定等； 使用文本编辑器编辑m文件，会函数调用等； 能完成简单电路的Matlab编程分析； 按要求参加专业基础实践的实验演示和答辩等。3. 课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： 目录； 与设计题目相关的理论分析、归纳和总结； 与设计内容相关的原理分析、建模、推导、可行性分析； 程序设计框图、程序代码（含注释）、程序运行结果和图表、实验结果分析和总结； 课程设计的心得体会（至少500字）； 参考文献（近5年的、不少于5篇）； 其它必要内容等。时间安排：12.22-12.28一周指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日2武汉理工大学专业基础实践报告目录摘要1. MATLAB的概述11.1简介11.2主要功能21.3优势特点21.4MATLAB基本命令21.4.1运算符21.4.2常用函数表31.4.3常用函数的值41.5MATLAB基本操作51.5.1矩阵的创建51.5.2在命令窗口输入矢量并绘图51.5.3绘制线性坐标图和三种对数坐标图51.5.4绘制函数y=sin2tcos2t的极坐标图形62. 设计题目63. 任务完成过程83.1题目一83.2题目二93.3题目三103.4题目四113.5题目五153.6题目六163.7题目七173.8题目八183.9题目九193.10题目十193.11题目十一203.12题目十二224.心得体会235. 参考文献24Matlab运算与受控源电阻电路分析摘要MATLAB是美国MathWorks公司出品用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境的商业数学软件，本次专业基础实践,用MATLAB软件完成了对受控源电阻电路的分析。关键词：MATLAB 受控源 分析1. MATLAB概述1.1简介MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C+，JAVA的支持。1.2主要功能数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 数字信号处理 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程1.3优势特点1) 高效的数值计算及符号计算功能，能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来； 2) 具有完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化； 3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，使学者易于学习和掌握； 4) 功能丰富的应用工具箱(如信号处理工具箱、通信工具箱等) ，为用户提供了大量方便实用的处理工具。1.4MATLAB基本命令1.4.1运算符：加，：减，*：乘，/： 除， ：左除：幂，：复数的共轭转置， （）：制定运算顺序。1.4.2常用函数表sin( ) 正弦（变量为弧度） Cot( ) 余切（变量为弧度）sind( )正弦（变量为度数）Cotd( )余切（变量为度数）asin( )反正弦（返回弧度） acot( )反余切（返回弧度） Asind( ) 反正弦（返回度数） acotd( ) 反余切（返回度数） cos( ) 余弦（变量为弧度） exp( ) 指数 cosd( )余弦（变量为度数） log( ) 对数 acos( )余正弦（返回弧度） log10( ) 以10为底对数acosd( ) 余正弦（返回度数） sqrt( )开方 tan( ) 正切（变量为弧度） realsqrt( ) 返回非负根tand( )正切（变量为度数） abs( ) 取绝对值 atan( )反正切（返回弧度） angle( ) 返回复数的相位角atand( ) 反正切（返回度数） mod(x,y) 返回x/y的余数 sum()向量元素求和1.4.3常用常数的值：pi 3.1415926. realmin 最小浮点数，2-1022i 虚数单位 realmax 最大浮点数，（2eps）21022j 虚数单位 Inf 无限值eps 浮点相对经度2-52 NaN 空值1.5MATLAB基本操作1.5.1矩阵的创建 x = 1 2 3 % 一维 1x3 阵列 x = 1 2 3; 4 5 6%二维 2x3 矩阵，以;区隔各列的元素 x = 1 2 3 %二维 2x3 矩阵，各列的元素分二行键入 4 5 6 %矩阵的尺寸不必预先定义假设要计算 y = sin (x), 0=x x = 0 0.2*pi 0.4*pi 0.6*pi 0.8*pi pi %注意数组内也可作运算 x = 0 0.6283 1.2566 1.8850 2.5133 3.1416 y=sin(x) y = 0 0.5878 0.9511 0.9511 0.5878 0.00001.5.2在命令窗口输入矢量并绘图y=0 0.6 2.3 5 8.3 11.7 15 17.7 19.4 20;plot(y)在命令窗口输入两个矢量并绘图：x=0:0.05:4*pi; %生成0至4，间隔为0.05的自变量y=sin(x); plot(x,y)注意，绘制双矢量曲线图时，矢量x与y必须具有同样的长度。 1.5.3绘制线性坐标图和3种对数坐标图y=0 0.6 2.3 5 8.3 11.7 15 17.7 19.4 20;subplot(2,2,1) %创建第一个子图plot(y)title(plot(y)subplot(2,2,2) %创建第二个子图semilogx(y)title(semilogx(y)subplot(2,2,3) %创建第三个子图semilogy(y)title(semilogy(y)subplot(2,2,4) %创建第四个子图loglog(y)title(loglog(y)1.5.4绘制函数y=sin2tcos2t的极坐标图形在命令窗口创建角度矢量t，以函数y=sin2tcos2t为半径绘图：t=0:.01:2*pi;polar(t,sin(2*t).*cos(2*t)2. 设计题目1 计算y1=和y2=；2 画出衰减震荡曲线及其他的包络线,t的取值范围是0,4.3 画出所表示的三维曲面。x,y的取值范围是-8，8。4 分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。（1） X=0:0.1:1;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);(2) A=zeros(2,5)A(:)=-4:5L=abs(A)3islogical(L)X=A(L)(3) A=1:4;5:8pow2(A)(4) A=zeros(2,3)A(:)=1:6A=A*(1+i)A1=A.;B1=A;(5) A=ones(1,2)B=ones(2)C=eye(3)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)5 计算在x=0.1与10处的值。6 求函数1+1/2+1/3+1/n, n=100的值。7 求500个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。8.求线性方程组AX=b的根。9.画出y=|1000sin(4x)|+1的x轴为对数的图。10用FFT直接计算x=cos(2*pi*40*t)+2sin(2*pi*120*t)+w(t)的功率谱。11.如图所示的电路,已知:, , , , , ,.(1) 如,求,;(2) 如已知,求,.12. 如图所示的电路，各元件参数已在图中标出，求i 及3. 任务完成过程3.1计算y1=和y2=；分析：直接将表达式输入代码段即可程序及结果：3.2画出衰减震荡曲线及其他的包络线,t的取值范围是0,4.分析：先声明t的范围，再写出y和yo的表达式，最后画图。程序：结果：3.3画出所表示的三维曲面。x,y的取值范围是-8，8。分析：产生x,y平面区域内的网格坐标矩阵需要用到meshgrid函数。先写出z与x,y的关系式，再画图。程序：结果：3.4分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。（1） X=0:0.1:1;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);分析：X是以0.1为间隔从0到1取实数。Y与X的关系式为Y=X.*exp(-X)。画二维曲线用plot函数，图像加标题用title函数，在x,y轴上加上说明分别用xlabel,ylabel函数。结果：(2) A=zeros(2,5)A(:)=-4:5L=abs(A)3islogical(L)X=A(L)分析：A=zeros(2,5) %创建一个2*5的零矩阵A(:)=-4:5 %给A从-4到5依次赋值L=abs(A)3 %判断绝对值是否大于3，若是，则为1；否则为0，并把值赋给L矩阵islogical(L) %判断L是否是逻辑数组，若是则为1，否则为0X=A(L) %X是列向量，其数据为数组A对应逻辑数组L为1的前置的数结果：（3） A=1:4;5:8pow2(A)分析：A=1:4;5:8 %创建一个2*4的矩阵，第一行为1到4，第二行为5到8pow2(A) %将矩阵A中的值变为2x,并把值赋给ans 结果： （4） A=zeros(2,3)A(:)=1:6A=A*(1+i)A1=A.;B1=A;分析：A=zeros(2,3) %创建一个2*3的零矩阵A(:)=1:6 %对A从1到6进行赋值A=A*(1+i) %将表达式的结果赋给AA1=A.; %A转置后赋给A1B1=A; %A转置后取共轭再赋给B1结果：（5） A=ones(1,2)B=ones(2)C=eye(3)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)分析：A=ones(1,2) %创建一个1*2的全1矩阵B=ones(2) %创建一个二阶的全1方阵C=eye(3) %创建一个三阶的单位矩阵D=diag(C) %取C矩阵主对角线上的元素构成向量DE=repmat(C,1,3) %将矩阵复制1*3块，构成新的矩阵E结果：3.5计算在x=0.1与10处的值。分析：编辑一个M文件，通过函数来计算y的值。程序及结果：3.6求函数1+1/2+1/3+1/n, n=100的值。 分析：流程图如下：通过编写M文件，并利用循环语句while或者for来实现求和。程序及结果：3.7求500个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。分析：用rand函数产生500个随机数向量，并将其定义为1*500的矩阵。借助for循环语句将每一个元素与0.5进行比较并统计个数。若数大于0.5，则N加1，最后输出N。程序及结果：3.8求线性方程组AX=b的根。分析：用线性代数求解。程序及结果：3.9画出y=|1000sin(4x)|+1的x轴为对数的图。分析：先定义x,再写出y关于x的函数并将x设置为对数模式，最后画图。程序：结果：3.10用FFT直接计算x=cos(2*pi*40*t)+2sin(2*pi*120*t)+w(t)的功率谱。分析：把随机序列x(n)的N个观测数据视为一能量有限的序列，直接计算x(n)的离散傅里叶变换，得到X(k),再取其幅值的平方，并除以N，作为序列x(n)的功率谱的估算。程序：结果：3.11.如图所示的电路,已知:, , , , , ,.（1）如,求,;（2） 如已知,求,.分析：用回路法和线性代数法求解。程序：3.12如图所示的电路，各元件参数已在图中标出，求i 及分析：用节点法和线性代数法求解。程序及结果：4心得体会 本次专业基础事件使用的是MATLAB软件。本专业需要用到MATLAB的地方很多，因此这次实践对本专业今后的学习至关重要。在理论方面，在学习MATLAB过程中，我感觉到它和c语言有许多相似之处，他有c语言的特征，但是比c语言编程计算更加简