专业基础实践报告

专业基础实践课程设计课程设计名称：专业基础实践课程设计题目：Matlab运算与含有受控源电路的戴维南定理应用分析初始条件：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：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）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（不少于5篇）； 其它必要内容等。时间安排：1.0周（分散进行）目录1.概述12.理论及原理分析22.1 设计内容要求22.2 矩阵生成42.3 plot()函数52.4 Matlab中乘法使用53.程序设计及实现63.1第一题63.2第二题63.3第三题73.4第四题83.5第五题123.6第六题133.7第七题143.8第八题143.9第九题163.10第十题173.11第十一题194.实验结果分析225.心得体会23参考文献241.概述Matlab翻译为“矩阵实验室”，该技术手段在信号处理系统中得到了较为广泛地应用。Matlab 作为信号处理方法中的一种，能够对在信号处理过程中。对信号进行有效地检测和变换，并且在滤波和识别过程中，发挥着重要作用。将Matlab 应用于信号处理系统当中，对于提升系统性能，发挥Matlab 信号处理系统功能和作用来说，起到了至关重要的作用。在进行信号处理过程中，Matlab发挥了重要的作用，这一过程中，需要对Matlab 滤波器、频域变换、图像显示功能进行应用。Matlab在信号处理过程中，主要通过对离散模块、信号系统模块等进行应用，对信息进行滤波、采集、输出、仿真测试等操作。基于Matlab 的信号处理系统，能够在信号处理工作中得到广泛地应用，这与Matlab 技术本身的强大功能不可分割。同时，Matlab 信号处理系统应用过程中，需要注重对编程程序的有效应用，能够保证Matlab 在实际应用过程中，发挥应有作用。基于这一点，Matlab 需要进行不断完善，并且需要对Matlab 利用 的适应性问题进行慎重考虑，保证系统设计过程中，发挥Matlab 滤波器、图像显示、频域转换的功能。2.理论及原理分析2.1 设计内容要求1 已知t=linspace(0,2*pi,6)，求t的正弦和正弦的绝对值。2 绘制函数在时的曲线。3 已知a=1,3,0;2,0,1;4,6,5, a1=logical(1 0 1),a2= logical(1 1 0),b=a1,求a(a1,a2)和a(b)。4 分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。(1)X=0:0.25:3;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);(2)A=zeros(3,5)A(:)=-4:5L=abs(A)4islogical(L)X=A(L)(3)A=1:5;6:10pow2(A)(4)A=zeros(3,2)A(:)=1:6A=A*(1+i)A1=A.;B1=A;(5)A=ones(2,3)B=ones(2)C=eye(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)5 计算在x=0.1与10处的值。6 求函数, n=100的值。7 求1500个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。8. 用图形表示连续调制波形,运行下面的程序，观察结果，并简单说明。t1=(0:11)/11*pi;y1=sin(t1).*sin(9*t1);t2=(0:100)/100*pi;y2=sin(t2).*sin(9*t2);subplot(2,2,1),plot(t1,y1,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子图 (1)subplot(2,2,2),plot(t2,y2,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子图 (2)subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t1,y1,r.)axis(0,pi,-1,1),title(子图 (3)subplot(2,2,4),plot(t2,y2)axis(0,pi,-1,1),title(子图 (4)9. 已知方程组，用矩阵除法来解线性方程组。10已知，其中t的范围是0 10，计算y的微分和积分并给出曲线图。11. 在如题图1所示的电路中，已知,，,，,求（可任意变动）能获得的最大功率。题图1 所需分析电路图2.2 矩阵生成 元素输入法这是最简单，也是最常用的一种矩阵的生成方法。例如：A=1,2,3;4,5,6;7,8,9B=1 2 3;4 5 6;7 8 9注意：整个矩阵必须用括起来；矩阵的行与行之间必须用;或回车键Enter隔开；元素之间必须用逗号,或空格分开。 均匀采样生成用法：linspace(x1,x2,N)功能：linspace是Matlab中的均分计算指令，用于产生x1,x2之间的N点行线性的矢量。其中x1、x2、N分别为起始值、终止值、元素个数。若默认N，默认点数为100。相关函数：logspace用法：x=logspace(a, b, n)功能：logspace(a, b, n)生成一个(1xn)数组，数据的第一个元素值为a，最后一个元素为b，n是总采样点数。需要注意的是，此时产生的数组元素在10a 到10b上并不是均匀分布的，而形成一个对数曲线。 几种特殊矩阵的生成方法1、A= %空矩阵2、A=zeros(2,3) %生成元素全为零的2x3矩阵3、A=ones(2,3) %生成元素全为1的2x3矩阵4、A=rand(2,4) %生成随机的2x4矩阵5、矩阵的提取： A=1:5;6:10;3:7 B=A(2:3,2:4) %提取矩阵A的第2,3行与第2,3,4列交叉处的元素。6、A=magic（3） %创建魔方矩阵。7、A=eye(3,4) %使用eye(m,n)可得到一个允许的最大单位矩阵，其余处补0。2.3 plot()函数1、plot(y)当y为向量时，是以y的分量为纵坐标，以元素序号为横坐标，用直线依次连接数据点，绘制曲线。若y为实矩阵，则按列绘制每列对应的曲线。2、plot(x,y)若y和x为同维向量，则以x为横坐标,y为纵坐标绘制连线图。若x是向量，y是行数或列数与x长度相等的矩阵，则绘制多条不同色彩的连线图，x被作为这些曲线的共同横坐标。若x和y为同型矩阵，则以x,y对应元素分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数。3、plot(x1,y1,x2,y2,)在此格式中，每对x,y必须符合plot(x,y)中的要求，不同对之间没有影响，命令将对每一对x,y绘制曲线。以上三种格式中的x,y都可以是表达式。plot是绘制一维曲线的基本函数，但在使用此函数之前，须先定义曲线上每一点的x以及y坐标。2.4 Matlab中乘法使用Matlab中乘法包括点乘和叉乘。 数与矩阵的乘法：（m等价于m.）mA : m与A中各元素相乘 矩阵与矩阵的乘法：AB: A、B矩阵按线性代数中矩阵乘法运算进行相乘（注意维数匹配）A.*B: A、B对应元素相乘（注意维数相同）3.程序设计及实现3.1第一题1.已知t=linspace(0,2*pi,6)，求t的正弦和正弦的绝对值。代码：syms a b %定义两个符号变量t=linspace(0,2*pi,6); %范围02pi，元素个数为6a=sin(t),y=abs(t)实验截图：图 1 t的正弦和余弦3.2第二题2.绘制函数在时的曲线。代码：x=0:0.001:1;y=x.*exp(-x);plot(x,y)title(电信1403苏静)实验截图：图 2 函数图像3.3第三题3.已知a=1,3,0;2,0,1;4,6,5, a1=logical(1 0 1),a2= logical(1 1 0),b=a1,求a(a1,a2)和a(b)。代码：a=1,3,0;2,0,1;4,6,5;a1=logical(1 0 1); %向量a1a2= logical(1 1 0); %向量a2b=a1; %a中大于1的元素=1，反之=0a(a1,a2) %提取a1行，a2列的元素a(b) %提取b矩阵对应位置为1的a矩阵元素实验截图：图 3 a(a1,a2)和a(b)结果图3.4第四题4.分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。(1)X=0:0.25:3; %x取值设定0-3，步长0.25Y=X.*exp(-X); % y=xe-xplot(X,Y),xlabel(x),ylabel(y),title(y=x*exp(-x) ); %显示图形执行结果：图 4 y=x*exp(-x)图像(2)A=zeros(3,5), %产生3*5的零矩阵A(:)=-4:10, %给矩阵赋值，-45，步进1L=abs(A)4, %判断矩阵绝对值是否大于4islogical(L), %若L为逻辑值，返回1，反之返回0X=A(L) %提取L矩阵对应位置为1的A矩阵元素执行结果：图 5 执行过程A的变化及最终结果(3)A=1:5;6:10 %产生【 45 910】pow2(A) %返回数组，数组元素变成2原来A元素次方执行结果：图 6 矩阵A及A*A(4)A=zeros(3,2) % 生成3*2的0矩阵A(:)=1:6 %给A赋值16，步进1A=A*(1+i) %A的元素分别*（1+i）A1=A. %对A进行数组转置B1=A %对A进行矩阵转置执行结果：图 7 矩阵A的转置及共轭矩阵(5)A=ones(2,3) %生成2*3的1矩阵B=ones(2) %生成2*2的1矩阵C=eye(4) %生成4*4的单位矩阵D=diag(C) %获取C的对角线元素矩阵E=repmat(C,1,3) %将C变成1*3的新矩阵执行结果：图 8 各矩阵元素值3.5第五题5.计算在x=0.1与10处的值。代码：x=2,0,0.1,0,0,-10; y=polyval(y,0.1);y=polyval(y,10);实验截图：图 9 x在0.1处y的值图 10 x在10处y的值3.6第六题6.求函数, n=100的值。代码：n=100; %设置n的值k=1:n; %循环变量直至k=n=100f=k.-3; %求（1k-3）值y=sum(f) %求和实验截图：图 11 函数求解结果3.7第七题7.求1500个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。代码：x=rand(1500,1); %产生随机数y=x0.5; %判断是否大于0.5n=sum(y) %累加计数实验截图：图 12 程序两次执行结果3.8第八题用图形表示连续调制波形,运行下面的程序，观察结果，并简单说明。代码1：syms ty=sin(t)*sin(9*t); %显示的波形ezplot(y)xlabel(x轴)ylabel(y轴)title(y=sin(t)*sin(9*t) 电信1403苏静) %设置标题实验截图1：图 13 函数图像代码2：t1=(0:11)/11*pi; %将t1在0pi分成12段 y1=sin(t1).*sin(9*t1); %调制波形t2=(0:100)/100*pi; %将t2在0pi分成101段y2=sin(t2).*sin(9*t2); %调制波形subplot(2,2,1), %将窗口分为四个plot(t1,y1,r.), %描点axis(0,pi,-1,1), %设置x,y轴的数值title(子图 (1) %显示标题 subplot(2,2,2),plot(t2,y2,r.),axis(0,pi,-1,1),title(子图 (2)subplot(2,2,3),plot(t1,y1,t2,y2,r.) axis(0,pi,-1,1),title(子图 (3) subplot(2,2,4),plot(t2,y2) axis(0,pi,-1,1),title(子图 (4)实验截图2：图 14 程序执行结果四个子图3.9第九题9.已知方程组，用矩阵除法来解线性方程组。代码：A=3,-1,2;-5,1,3;1,-1,4; %方程左边x的系数b=9;5;8; %方程右边的值xinv=inv(A)*b %求逆实验截图：图 15 求解结果3.10第十题10已知，其中t的范围是0 10，计算y的微分和积分并给出曲线图。（1）微分代码：syms t;y=exp(-1)*cos(t);x=diff(y,t)t=0:0.1:10;x=subs(x,t); %用数值代替符号变量替换函数，将sym转化成为Doubleplot(t,x);title(微分 电信1403-苏静)实验截图：图 16 微分值求解图 17 微分图像（2）积分代码：syms t;y=exp(-1)*cos(t);x=int(y,t,0,10) %定积分s=int(y,t) %不定积分t=0:0.1:10;s=subs(s,t); %用数值代替符号变量替换函数，将sym转化成为Doubleplot(t,s);title(积分 电信1403-苏静)实验截图：图 18 积分值求解图 19 积分图像3.11第十一题11. 在如题图1所示的电路中，已知,，,，,求（可任意变动）能获得的最大功率。题图1解：据题意分析可知，为了能够输出最大功率，根据戴维南定理可知，当等效阻抗Zeq（从bc端往左看）等于ZL时，ZL上可以得到最大功率输出PLmax=Uoc24RL。所以我们要求出Zeq，而为了求Zeq，我们采取Zeq=开路电压/短路电流。因为电路中含有受控源，所以，我们可以将ZL断开后加入一个电流源，然后以c为参考点，列写节点电压方程：a点：1R1+1jwC+1jwL+1R2Ua-1R2Ub=UsR1+1jwCb点：-1R2Ua+1R2Ub=Is+U1开路电压：Uoc=Ub解得：短路电流：Is=1-45V此时：Zeq=UocIs=Ub最大功率：PLmax=Uoc24RL，RL=ReZLMatlab 程序代码：R1=1;R2=2;C=1000/106;L=0.4/103;w=1000;Y11=1/R2+1/(j*w*L)+1/(R1+1/(j*w*C);A=Y11,-1/R2,0;-1/R2,1/R2,-0.5;1,0,-1;B=1/(R1+1/(j*w*C),0;0,1;0,0;Us=10*exp(-j*45*pi/180);Is=0; %令Is=0，求Uoc=X1（2）X1=AB*Us,Is.;Uoc=X1(2),absuoc=abs(Uoc) %解出UocUs2=0;Is2=1; %令Is=1A，并将Us置0，求Zeq=Ub/Is=X2(2)X2=AB*Us2,Is2.;Zeq=X2(2) %解出ZeqZL=Zeq,Pmax=(abs(Uoc)2/(4*real(Zeq) %计算最大功率实验截图：图 20 各个值结果4.实验结果分析l Matlab中的pi与不同。l plot(Y)如果Y是mn的数组，以1:m为X横坐标，Y中的每一列元素为Y坐标，绘制n条曲线；如果Y是n1或者1n的向量，则以1:n为横坐标，Y为坐标表绘制1条曲线；如果Y是复数，则plot(Y)等效于plot(real(Y),imag(Y)；其它使用情况下，忽略坐标数据中的虚部。l Matlab用法小节：如果输入单行后直接按回车，则直接显示结果。如果希望输入多行，则需要在行尾使用“Shift”+“Enter”组合键来换行。如果输入多行，但只需显示最后一条结果，可以在之前的语句末尾使用“;”。l 戴维南定理只对外电路等效，对内电路不等效。也就是说，不可应用该定理求出等效电源电动势和内阻之后，又返回来求原电路（即有源二端网络内部电路）的电流和功率。应用戴维南定理进行分析和计算时，如果待求支路后的有源二端网络仍为复杂电路，可再次运用戴维南定理，直至成为简单电路。而且它只适用于线性的有源二端网络。如果有源二端网络中含有非线性元件时，则不能应用戴维南定理求解。在对电路进行分析时适当的选取戴维南定理和诺顿定理将会大大化简电路，降低运算难度。5.心得体会这次的课程设计可以说让我学到了很多书本之外的知识，同时也认识到了Matlab在