计算机仿真实验教案

1、文档编码 : CY7R7J3B9C8 HY1Y4K6D5H5 ZY10G7L2N8Z2试验一 MATLAB 基本操作（验证性试验）一、本次课主要内容1熟识 MATLAB 基本的操作界面；2把握 MATLAB 中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本基本运算方法；二、教学目的与要求1熟识 MATLAB 基本的操作界面；2把握 MATLAB 中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本基本运算方法；三、教学重点难点MATLAB 中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本基本运算方法；四、教学方法和手段课堂讲授、提问、争辩；使用多媒体教学方式；五、作业与习题布置摸索题试验一MATLAB基本操作（验证

2、性试验）一、试验目的1熟识 MATLAB 基本的操作界面；2把握 MATLAB 运算方法；中变量、数组、向量和矩阵等对象的生成和基本3把握 MATLAB 中绘图的基本操作；4把握 MATLAB 中的常用帮忙命令使用方法 二、试验原理1常见数学函数 表 1-1 常见数学函数2、系统的在线帮忙（1）help 命令：1）当不知系统有何帮忙内容时,可直接输入 help 以寻求帮忙 : help（回车）2）当想明白某一主题的内容时,如输入： help syntax （明白Matlab 的语法规定）3）当想明白某一具体的函数或命令的帮忙信息时,如输入： help sqrt （明白函数sqrt 的相关信息）

3、（2）lookfor 命令现需要完成某一具体操作,不知有何命令或函数可以完成,如输入： lookfor line （查找与直线、线性问题有关的函数）3常量与变量系统的变量命名规章：变量名区分字母大小写；变量名必需以字母打头,其后可以是任意字母,数字,或下划线的组合；此外,系统内部预先定义了几个有特殊意义和用途的变量,见表 1-2：表 1-2 特殊的变量、常量（1）数值型向量（矩阵）的输入1）任何矩阵（向量） ,可以直接按行方式输入每个元素：同一行中的元素用逗号（, ）或者用空格符来分隔；行与行之间用分号（；）分隔；全部元素处于一方括号 内；2）系统中供应了多个命令用于输入特殊的矩阵：表 1-3

4、 特殊矩阵函数注：上面函数的具体用法,可以用帮忙命令 help 得到（2）符号向量（矩阵）的输入 1）用函数 sym 定义符号矩阵：函数 sym 实际是在定义一个符号表达式,这时的符号矩阵中的元 素可以是任何的符号或者是表达式,而且长度没有限制；只需将方括号置于单引号中；2）用函数 syms 定义符号矩阵 先定义矩阵中的每一个元素为一个符号变量,而后像一般矩阵一样 输入符号矩阵；4数组（矩阵）的点运算 运算符： +（加）、-（减）、./（右除）、 （左除）、.（乘方）,5矩阵的运算 运算符： +（加）、-（减）、* （乘）、/（右除）、 （左除）、（乘 方）、（转置）等；常用函数： det（行

5、列式） 、inv （逆矩阵） 、rank（秩）、 eig（特点 值、特点向量）、rref（化矩阵为行最简形）6平面绘图（ 1）MATLAB 能绘制特殊丰富的平面图形,以下是一些常用的 MATLAB 绘图函数,以绘制不同平面图元和实现不同的平面图形绘制 功能：表 1-4 常见绘图命令（2）MATLAB供应了丰富的绘图点型,线型和颜色如表1-5 所示；表 1-5 常见的点型,线型和颜色（3）MATLAB 供应了其它的各种二维函数图如表 1-6 所示；表 1-6 其它二维图形函数三、试验仪器设备与器材 运算机, MATLAB 语言环境 四、试验内容与步骤：1输入 A=7 1 5；2 5 6；3 1

6、5,B=1 1 1; 2 2 2; 3 3 3,在命令窗口或 M 文件中执行以下表达式,把握其含义：A2, 3 A:,2 A.2 A3,: A:,1:2:3 A:,3.*B:,2 A:,3*B2,: A*B A.*B A2 B/A B./A 2. 先求以下表达式的值,然后显示MATLAB工作空间的使用情形并储存全部变量；（1）z 12 sin pi421 e；（2）z 21lnx1x2,其中x2012i5；i=1,2,3, ,10；.452（3）z 3e0.3 a2e.03asin a.0 3 ln0 3.a,2a3.0,2.9,2 .8 ,.,2.8 ,2.9 ,30.；t2, 0t1z 4

7、t21,1t2 , 其中t0:0 . 5:.25（4）t22 t,1 2t33输入 C=1:2:20,就 C（i）表示什么？其中4练习把 y = sin x / x , z = cosx , u = 2 sin x , v = sin x / cos x 在 0 , 2 pi 区间内的四个子图分别用不同的颜色、点型和线型绘制在同一个窗口中,并给其中加上纵坐标 ,标题、图例和网格线；5建立一个55矩阵,求其行列式值、迹、秩和范数；6下面是一个线性方程组：1 /21/31/4x 1.095b 的变化和1 /31/41/5x 2.0671 /41/51 /6x 3.052（1）求方程的解；3b 改为

8、 0.53,再求解,并比较（2）将方程右边向量元素解的相对变化；（3）运算系数矩阵 A 的条件数并分析结论；五、试验结果（或数据）与分析1依据试验内容中第 各元素提取的命令；2依据试验内容中第 点运算之间的区分；1 和 3 部分试验结果,分析总结矩阵和数组中 1 部分试验结果,分析总结矩阵运算和矩阵的3依据试验内容中第2 部分试验结果,分析总结MATLAB中基本数学表达式运算的方法；4依据试验内容中第4 部分试验结果,分析总结MATLAB中二维绘图的基本操作；5依据试验内容中第5、6 部分试验结果,分析总结MATLAB 中矩阵函数运算的基本操作实现和应用；六、试验总结与摸索 1写明试验目的,试

9、验原理,试验仪器设备和器材,试验内容和步 骤,以及对试验结果进行详尽的分析；2总结试验中的主要结论、实践技能和心得体会；3、附上试验过程中所用的程序；教学后记：基本操作以及变量 数组、向量和矩阵等对象的生成和基本运算方法不 娴熟；试验二 MATLAB 程序设计（设计性试验）一、本次课主要内容1把握建立和执行 M 文件的方法；2把握利用 if 语句实现选择结构的方法；3把握利用 switch 语句实现多分支选择结构的方法；4把握定义和调用 二、教学目的与要求MATLAB 函数的方法；1把握建立和执行 M 文件的方法；2把握利用 if 语句实现选择结构的方法；3把握利用 switch 语句实现多分

10、支选择结构的方法；4把握定义和调用 三、教学重点难点MATLAB 函数的方法；if 语句实现选择结构的方法；switch 语句实现多分支选择结构的方法；定义和调用 MATLAB 函数的方法；四、教学方法和手段课堂讲授、提问、争辩；使用多媒体教学方式；五、作业与习题布置摸索题试验二MATLAB程序设计（设计性试验）一、试验目的1把握建立和执行 M 文件的方法；2把握利用 if 语句实现选择结构的方法；3把握利用 switch 语句实现多分支选择结构的方法；4把握定义和调用 二、设计内容 1求分段函数的值MATLAB 函数的方法；2 xx6 ,x0 且x3y2 x5x,60 x,5且x2 及x32

11、 xx,1其它3 . 0 1, 0. , 2 0. , 2 ,5. 3 0. 5, . 0 时y 的值；x.5 ,0用 if 语句实现,分别输出2.输入一个百分制成果,要求输出成果等级A,B,C,D,E；其中 90 分100 分为 A,80 分89 分为 B,70 分79 分为 C,60 分69 分 为 D,60 分以下为 E；要求：（1）分别用 if 语句和 switch 语句实现；（2）输入百分制后要判定该成果的合理性,对不合理的成果应输 出出错信息；3硅谷公司员工的工资运算方法如下：15%；（1）工作时数超过 120 小时者,超过部分加发（2）工作时数低于 60 小时者,扣发 700 元

12、；（3）其余按每小时 84 元计发；试编程按输入的工号和该号员工的工时数,运算应发工资；4. 一个物理系统可用以下方程组表示：m 1cosm 1sin2,0a 10Equation.3 m 1sin0cos0N1 和a 2m 1g0m 2sin0N 1000cos1N2m 2g从 键 盘 输 入m 1,m 2和的值,求a 1,aN2 的值,EMBED 其中g 求9 8.,输入时以角度为单位；三、设计要求1试验 2 中要求接受 if 语句和 switch 语句分别实现；2试验 4 要求定义一个求解线性方程组AX=B 的函数文件,然后在命令文件中调用该函数文件来实现设计内容；四、试验仪器设备与器材

13、运算机, MATLAB 语言环境 五、试验结果（或数据）与分析1依据试验内容中第1、2、3 部分试验过程和结果,分析总结MATLAB 中流程把握语句的使用方法；2依据试验内容中中第4 部分试验过程和结果,分析总结MATLAB中函数文件的创建和调用方法；六、试验总结与摸索 1写明试验目的,试验原理,试验仪器设备和器材,试验内容和步 骤,以及对试验结果进行详尽的分析；2总结试验中的主要结论、实践技能和心得体会；3、附上试验过程中所用的程序；教学后记：定义和调用 MATLAB 函数的方法不娴熟；试验三 Simulink 基本操作（验证性试验）一、本次课主要内容1熟识 Simulink 基本模块（信号

14、发生器,数学模块,示波器）的 使用；2把握 Simulink 仿真参数的设置；3熟识构建 Simulink 子系统；4学习自建模快的封装,帮忙文档的编写；5把握 MATLAB 命令窗口与 Simulink 的交互；二、教学目的与要求1熟识 Simulink 基本模块（信号发生器,数学模块,示波器）的 使用；2把握 Simulink 仿真参数的设置；3熟识构建 Simulink 子系统；4学习自建模快的封装,帮忙文档的编写；5把握 MATLAB 命令窗口与 Simulink 的交互；三、教学重点难点MATLAB 命令窗口与 Simulink 的交互 ；四、教学方法和手段课堂讲授、提问、争辩；使用

15、多媒体教学方式；五、作业与习题布置摸索题试验三 Simulink 基本操作（验证性试验）一、试验目的1熟识 Simulink 基本模块（信号发生器,数学模块,示波器）的使用；2把握 Simulink 仿真参数的设置；3熟识构建 Simulink 子系统；4学习自建模快的封装,帮忙文档的编写；5把握 MATLAB 命令窗口与 Simulink 的交互；二、试验原理1、使用 Simulink 进行建模和仿真的过程启动 MATLAB 之后,在命令窗口中输入命令“Simulink ” 或单击MATLAB 工具栏上的 Simulink 图标, 打开 Simulink 模块库窗口；在Simulink 模块

16、库窗口中单击菜单项“个 Simulink 模型文件；利用鼠标单击File | New | Model” ,就可以新建一 Simulink 基础库中的子库,选取所需模块,将它拖动到新建模型窗口中的适当位置,假如需要对模型模 块进行参数设置和修改,只需选中模型文件中的相应模块,单击鼠标 右键,弹出快捷菜单,从中选取相应参数进行修改,如图 3-1 所示；点击（a）例 1 模块图（b）例 1 模块参数对话框图 3-1 例 1 模块图与参数对话框,即可仿真所建模块,其仿真结果如图3-2 所示；图 3-2 例 1 仿真结果2、MATLAB 命令窗口中运行Simulink ；命令窗口中进行定义,如参数设置为

17、变量,变量可先在MATLAB并使用 open,sim 等命令直接运行信号；（a）例 2 变量参数设置对话框（b）例 2 仿真结果图 3-3 例 2 变量参数设置对话框和仿真结果然后在命令行提示符下输入 a=1;b=1;opens01.mdl;sims01.mdl;可得到例 1 同样的结果；3、子系统建立与封装第一将 Simulink 模块库中Ports & Subsystems 子模块库中的Subsystem模块拖动到新建的模型文件窗口中,双击该 Subsystem模块就会打开该子系统,其输入用 In 模块表示,输出用 Out 模块表示,一个子系统可以有多个输入、输出；然后如下图所示建立子系统

18、的内部模块；（a）顶层模块图图 3-4 例 3 模块图上例中的子系统模型仍存在一些缺点：子系统中的参数 如增益G、传递函数系数等是通过 MATLAB 工作空间传入的,这就破坏了子系统内部的隐匿性质；对子系统封装以后,它就可以像 Simulink 模块库所 提 供 的 模 块 一 样 来 使 用 ； 选 中 上 例 中 子 系 统 模 块 ,改 名 为Mysubsystem, 选择菜单项“对话框；Edit|Mask Subsystem” , 弹出 Mask Editor图 3-5 例 3 参数设置对话框 在 Icon 标签下主要是对封装模块的图标进行设置,可以设置图标的 边框是否可见、图标是否透

19、亮、是否旋转、绘图单位等,仍可使用命令来绘制图标,该标签下部给出了绘制图标的语法举例；在 Parameters标签下可以设置子系统的参数,本例中需要设置的参 数就是 G、 A、B、C 四个； 参数设置可以接受编辑框（Edit）、 弹出 列表（ Popup）或复选框（ Checkbox）形式；一般情形下,初始化标签可使用默认值；文档标签的三部分将分别显示在封装模块的参数设置对话框和帮忙文档中；图 3-6 例 3 参数设置结果 三、试验仪器设备与器材运算机, MATLAB 语言环境 四、试验内容与步骤1、通过示波器观看1MHz ,幅度为 15mV 的正弦波和 100KHz ,幅度为 5mV 的正弦

20、波相乘的结果；写出数学表达式；通过使用三踪示波 器同时观看 1MHz 、100KHz 正弦波以及相乘的结果；留意设置仿真参 数和示波器的扫描参数和幅度显示参数；请调整参数得出下图波形；图 3-7 试验 1 仿真输出参考波形2、将 50Hz,有效值为220V 的正弦沟通电信号通过全波整流（确定值）模块,观看输出波形；图 3-8 试验 2 仿真输出参考波形 3、学习构建 SIMULINK 子系统：构建一个子系统,使得它具有将 输入信号 mt（如一个 100Hz 的正弦波）和一个常数 C 相加后再和一 个 1000Hz 的幅度为 A 的正弦波相乘的功能；yt=Amt+C sin 2*pi*f*t 其

21、中 f=1000 Hz；储存为 s23.用 sim 指令在命令空间启动模型进行仿真：在 Matlab 命令空间中用语句对参数A, C, f 进行设置,并对接受命令 open 打开,接受 sim 指令进行仿真；请给出指令语句；S=2;C=2;f=1000;opens23.mdl;sims23.mdl 图 3-9 试验 3 仿真输出参考波形4、对子系统进行封装：请对3 所建立所子系统中S,C,f 参数进行封装（ Mask）,编写参数输入对话框和帮忙文档；并将模块放在一个 自己的库中；五、试验结果（或数据）与分析1依据试验内容中第1 和 2 部分试验过程和结果,分析总结Simulink 中模块参数和

22、仿真参数的设置方法；2依据试验内容中第3 和 4 部分试验过程和结果,分析总结Simulink 中子系统的创建和封装操作方法,以及MATLAB和 Simulink交互的实现；六、试验总结与摸索1写明试验目的,试验原理,试验仪器设备和器材,试验内容和步骤,以及对试验结果进行详尽的分析；2总结试验中的主要结论、实践技能和心得体会；3、附上试验过程中所用的程序；教学后记：MATLAB 命令窗口与 Simulink 的交互不娴熟；试验四 MATLAB信号处理试验（验证性试验）一、本次课主要内容1把握 MATLAB 常用信号处理波形；2学习信号序列的各种操作；3学习离散傅立叶变换的 二、教学目的与要求M

23、ATALB 相关操作；1把握 MATLAB 常用信号处理波形；2学习信号序列的各种操作；3学习离散傅立叶变换的 三、教学重点难点MATALB 相关操作；MATLAB 命令窗口与 Simulink 的交互 ；四、教学方法和手段 课堂讲授、提问、争辩；使用多媒体教学方式；五、作业与习题布置 摸索题试验四 MATLAB 信号处理试验（验证性试验）一、试验目的1把握 MATLAB 常用信号处理波形；2学习信号序列的各种操作；3学习离散傅立叶变换的 二、试验原理1基本波形的产生；MATALB 相关操作；单位抽样序列 x=1 zeros1,n-1 单位阶跃矩阵 x=ones1,N 实指数序列 n=0:N-

24、1;x=a.n; 复指数序列 n=0:N-1;x=exlu+j*w0*n; 随机序列 rand1,N;randn1,N; 方波 t=0:0.1*pi:6*pi;y=squaret; 正弦波 t=0:0.01*pi:2*pi;x=sin2*pi*t; 锯齿波 Fs=10000;t=0:1/Fs:1.5;x=sawtooth2*pi*50*t; 基本非周期波形 t=0:1/1000:2;x=chirpt,0,1,150; sinc 信号 t=linspace-5,5;x=sinct; pulstran 信号 t=0:1/50E3:10E-3;d=0:1/1E3:10E-3;0.8.0:10; x=pulstrant,d,gauspuls,10E3,0.5; diric 信号 t=-4*pi:0.1/pi:4*pi;x=dirict,7; x=dirict,8; 2 信号叠加：x n x 1 n x 2 n n 2y x n 抽样和：n n 1（n1=1,n2=50,）n 2y x n 抽样积：n n 1（n1=1,n2=50,）