《机械工程测试技术》MATLAB仿真实验指导书.doc

机械工程测试技术MATLAB仿真实验指导书院系单位： 机 电 工 程 学 院指导教师： 王 志 勇 实验一 MATLAB 基本应用一、实验目的1、学习MATLAB的基本用法；2、了解 MATLAB 的目录结构和基本功能。二、实验内容：题目1、已知x的取值范围，画出y=sin(x)的图型。参考程序：x=0:0.05:4*pi;y=sin(x);plot(y)题目2、 已知z 取值范围，x=sin(z);y=cos(z);画三维图形。参考程序：z=0:pi/50:10*pi;x=sin(z);y=cos(z);plot3(x,y,z)xlabel(x)ylabel(y)zlabel(z)题目3、已知x的取值范围，用subplot函数绘图。参考程序：x=0:0.05:7;y1=sin(x);y2=1.5*cos(x);y3=sin(2*x);y4=5*cos(2*x);subplot(2,2,1),plot(x,y1),title(sin(x)subplot(2,2,2),plot(x,y2),title(1.5*cos(x)subplot(2,2,3),plot(x,y3),title(sin(2*x)subplot(2,2,4),plot(x,y4),title(5*cos(2*x)连续信号的MATLAB表示题目4、指数信号：指数信号Aeat在MATLAB中可用exp函数表示，其调用形式为：y=A*exp(a*t) (例 取 A=1,a=-0.4)参考程序：A=1；a=-0.4; t=0:0.01:10; ft=A*exp(a*t); plot(t,ft);grid on;题目5、正弦信号：正弦信号Acos(w0t+j)和Asin(w0t+j)分别由函数cos和sin表示，其调用形式为：A*cos(w0t+phi) ;A*sin(w0t+phi) (例 取A=1，w0=2p，j=p/6)参考程序：A=1；w0=2*pi; phi=pi/6; t=0:0.001:8; ft=A*sin(w0*t+phi); plot(t,ft);grid on ;题目6、抽样函数：抽样函数Sa(t)在MATLAB中用sinc函数表示，其定义为：sinc(t)=sin(pt)/( pt)，其调用形式为：y=sinc(t) 参考程序：t=-3*pi:pi/100:3*pi; ft=sinc(t/pi);plot(t,ft);grid on;题目7、矩形脉冲信号：在MATLAB中用rectpuls函数来表示，其调用形式为：y=rectpuls(t,width),用以产生一个幅值为1，宽度为width,相对于t=0点左右对称的矩形波信号，该函数的横坐标范围由向量t决定，是以t=0为中心向左右各展开width/2的范围，width的默认值为1。例：以t=2T(即t-2T=0)为对称中心的矩形脉冲信号的MATLAB源程序如下：（取T=1）t=0:0.001:4;T=1;ft=rectpuls(t-2*T,2*T);plot(t,ft);grid on; axis(0 4 0.5 1.5);题目8、周期性矩形波（方波）信号在MATLAB中用square函数来表示，其调用形式为：y=square(t,DUTY)用以产生一个周期为2p、幅值为1的周期性方波信号，其中的DUTY参数表示占空比，即在信号的一个周期中正值所占的百分比。例如频率为30Hz的周期性方波信号的MATLAB参考程序如下：t=-0.0625:0.0001:0.0625;y=square(2*pi*30*t,75);plot(t,y);axis(-0.0625 0.0625 1.5 1.5);grid on ;实验二 周期信号波形的合成与分解一、实验目的学会使用MATLAB观察方波信号的分解与合成二、实验内容编制MATLAB程序，仿真实现下图周期方波信号的分解与合成。 %ex3.1方波分解与合成t=0:0.01:2*pi;f1=4/pi*sin(t); % 基波f3=4/pi*(sin(3*t)/3); %三次谐波f5=4/pi*(sin(5*t)/5);f7=4/pi*(sin(7*t)/7);f9=4/pi*(sin(9*t)/9);y1=f1+f3;y2=f1+f3+f5;y3=f1+f3+f5+f7+f9;subplot(2,2,1) %在第一个子窗口画基波分量plot(t,f1),hold ony=1*sign(pi-t); %画方波信号plot(t,y,c:)title(周期矩形波的形成-基波)subplot(2,2,2) %在第二个子窗口画 (基波+3次谐波)分量plot(t,y1),hold ony=1*sign(pi-t);plot(t,y,c:)title(周期矩形波的形成-基波+3次谐波)subplot(2,2,3) %在第三个子窗口画 (基波+3次谐波+ 5次谐波)分量plot(t,y2),hold ony=1*sign(pi-t);plot(t,y,c:)title(基波+3次谐波+5次谐波)subplot(2,2,4) %第四个子窗口画 (基波+3次谐波+5次谐波+7次谐波+9次谐波)分量plot(t,y3),hold ony=1*sign(pi-t);plot(t,y,c:)title(-基波+3次谐波+5次谐波+7次谐波+9次谐波)end三、程序运行结果实验三 典型信号频谱分析一、实验目的用 MATLAB 分析周期方波脉冲、周期三角波脉冲的频谱。二、实验内容题目1、已知周期方波脉冲信号如下图所示，其幅度为1，脉冲宽度“占空比”：duty=1/2，周期T=5.使用MATLAB编程绘出该周期信号的频谱。参考程序：% 周期方波脉冲及单边频谱function A_sym,B_sym=CTFSdbfb(T,Nf,Nn)% 采用符号计算求0,T内时间函数的三角级数展开系数。%函数的输入输出都是数值量% Nf谐波的阶数%Nn输出数据的准确位数%A_sym第1元素是直流项，其后元素依次是1,2,3.次谐波cos项展开系数%B_sym第2,3,4,.元素依次是1,2,3.次谐波sin项展开系数syms t n k y T=5;if nargin4;Nf=input(plear Input 所需展开的最高谐波次数:);endT=5;if nargin5;Nn=32;endy=time_fun_s(t);A0=2*int(y,t,0,T)/T;As=int(2*y*cos(2*pi*n*t/T)/T,t,0,T);Bs=int(2*y*sin(2*pi*n*t/T)/T,t,0,T);A_sym(1)=double(vpa(A0,Nn);for k=1:Nf A_sym(k+1)=double(vpa(subs(As,n,k),Nn); B_sym(k+1)=double(vpa(subs(Bs,n,k),Nn);end if nargout=0 S1=fliplr(A_sym) %对A_sym阵左右对称交换 S1(1,k+1)=A_sym(1) %A_sym的1*k阵扩展为1*(k+1)阵 S2=fliplr(1/2*S1) %对扩展后的S1阵左右对称交换回原位置 S3=fliplr(1/2*B_sym) %对B_sym阵左右对称交换 S3(1,k+1)=0 %B_sym的1*k阵扩展为1*(k+1)阵 S4=fliplr(S3) %对扩展后的S3阵左右对称交换回原位置 S5=S2-i*S4; N=Nf*2*pi/T; k2=0:2*pi/T:N; subplot(3,3,3) x=squ_timefun(t,T) %调用连续时间函数-周期方波脉冲 T=5;t=-2*T:0.01:2*T; plot(t,x) title(周期方波脉冲) axis(-10,10,-1,1.2) line(-10,10,0,0) subplot(3,1,3) stem(k2,abs(S5); %画出周期方波脉冲的频谱（脉宽a=T/2） title(周期方波脉冲的单边频谱) axis(0,60,0,0.6) end %-function y=time_fun_s(t)% 该函数是CTFSdbfb.m的子函数。它由符号变量和表达式写成。syms a a1T=5;a=T/2;y1=sym(Heaviside(t)*2-sym(Heaviside(t-a1);y=y1-sym(Heaviside(t+a1);y=subs(y,a1,a);y=simple(y);%-function x=squ_timefun(t,T)% 该函数是CTFSdbfb.m的子函数,它由方波脉冲函数写成。%t是时间数组%T是周期 duty占空比：信号为正的区域在一个周期内所占的百分T=5;t=-2*T:0.01:2*T;duty=50;x=square(t,duty);程序运行 在MATLAB命令窗口键入CTFSdbfb,按回车键；命令窗口出现：please Input所需展开的最高谐波次数NF=?，本例输入NF=60，即可绘出周期方波信号的频谱。题目2、已知周期方波脉冲信号如下图所示，其幅度为1，周期T=5.使用MATLAB编程绘出该周期信号的频谱。参考程序：% 周期三角波双边脉冲频谱function A_sym,B_sym=CTFSsjbshb(T,Nf)% 采用符号计算求0,T内时间函数的三角级数展开系数。%函数的输入输出都是数值量% Nf谐波的阶数%Nn输出数据的准确位数%A_sym第1元素是直流项，其后元素依次是1,2,3.次谐波cos项展开系数%B_sym第2,3,4,.元素依次是1,2,3.次谐波sin项展开系数syms t n k y T=5;if nargin4;Nf=input(plear Input 所需展开的最高谐波次数:);endT=5;if nargin5;Nn=32;endy=time_fun_s(t);A0=2*int(y,t,0,T)/T;As=int(2*y*cos(2*pi*n*t/T)/T,t,0,T);Bs=int(2*y*sin(2*pi*n*t/T)/T,t,0,T);A_sym(1)=double(vpa(A0,Nn);for k=1:Nf A_sym(k+1)=double(vpa(subs(As,n,k),Nn); B_sym(k+1)=double(vpa(subs(Bs,n,k),Nn);end if nargout=0 S1=fliplr(A_sym) %对A_sym阵左右对称交换 S1(1,k+1)=A_sym(1) %A_sym的1*k阵扩展为1*(k+1)阵 S2=fliplr(1/2*S1) %对扩展后的S1阵左右对称交换回原位置 S3=fliplr(1/2*B_sym) %对B_sym阵左右对称交换 S3(1,k+1)=0 %B_sym的1*k阵扩展为1*(k+1)阵 S4=fliplr(S3) %对扩展后的S3阵左右对称交换回原位置 S5=S2-i*S4; %用三角函数展开系数A、B值合成付立叶指数系数 S6=fliplr(S5); %对付立叶指数复系数S6阵左右对称交换位置 N=Nf*2*pi/T; k2=-N:2*pi/T:N; %形成-N:N的变量 S7=S6,S5(2:end); %形成-N:N的付立叶指数对称复系数 subplot(3,3,3) x=sjb_timefun(t,T) %调用连续时间函数-周期三角波脉冲 T=5;t=-2*T:0.01:2*T; plot(t,x) title(连续时间函数-周期三角波脉冲) axis(-10,10,-1,1.2) line(-10,10,0,0) subplot(3,1,3), stem(k2,abs(S7); %画出周期三角脉冲的频谱（脉宽a=T/2） title(连续时间函数周期三角脉冲的双边幅度谱) axis(-80,80,0,0.25) end %-function y=time_fun_s(t)% 该函数是CTFSsjbshb.m的子函数。它由符号变量和表达式写成。syms a a1T=5;a=T/2;y1=sym(Heaviside(t+a1)*(2*t/a1+1)+sym(Heaviside(t-a1)*(2