MA技术基础及教程

第11章MATLAB实验11.1实验一MATLAB运算基础一、实验目的了解MATLAB的工作环境及其安装步骤。认识MATLAB的各个窗口界面。掌握MATLAB的基本操作。掌握MATLAB表达式的书写规则以及常用函数的使用。二、实验内容与步骤1.认识MATLAB基本用户窗口熟悉操作环境，认识命令窗口、工作区窗口、历史命令窗口以及当前目录浏览窗。2.学习使用常见的MATLAB函数在命令窗口调用常用的MATLAB函数：exist(‘A’)、clear、who、whos、help和lookfor等函数。3.熟悉MATLAB常用数学函数，独立完成以下基本数学运算。练习1：设A＝1.2，B＝-4.6，C＝8.0，D＝3.5，E＝-4.0，计算步骤：练习2：设a=5.67,b=7.811,计算步骤：练习3：已知圆的半径为15，求其直径、周长及面积。步骤：练习4：已知三角形三边a=8.5,b=14.6,c=18.4,求三角形面积。提示：。其中，p=(a+b+c)/2步骤：练习5：已知a=2，b=1，C=[1,2;20]，D=[13;21]，求：（1）关系运算：a==b，a~=b，a==C和C<D。（2）逻辑运算：a&b，C&D，a|b，C|D。步骤：三、实验分析总结11.2实验二向量和矩阵的运算一、实验目的熟练掌握向量和矩阵的创建方法。掌握特殊矩阵的创建方法。掌握向量和矩阵的基本运算。二、实验内容与步骤复习第2章内容，在机子上学习巩固向量和矩阵的创建方法，特殊矩阵的创建方法，以及向量和矩阵的基本运算。复习第2章内容，在机子上学习操作书本上的向量和矩阵的基本运算例题。利用学过的知识，在MATLAB命令窗口完成以下几题。练习1：分别用冒号法和linspace函数，生成矩阵A=[123456789]和矩阵B=[121086420]。步骤：练习2：利用特殊矩阵生成函数，生成下面的单位阵A、0阵B、1阵C，对角矩阵D，三角矩阵E、F和魔方矩阵G。步骤：练习3：试用MATLAB的rand函数生成[5,10]区间的均匀分布3阶随机矩阵和randn函数生成均值为1，方差为0.3的正态分布的5阶随机矩阵。步骤：练习4：将矩阵中的，第一行元素替换为[101],最后一列元素替换为,删除矩阵A的第二列元素。步骤：练习5：已知矩阵，对矩阵A实现上下翻转，左右翻转，逆时针旋转90度，顺时针旋转90度，平铺矩阵A为2*3=6块操作步骤：练习6：已知矩阵，试用MATLAB分别实现A和B两个矩阵加、减、乘、点乘、左除和右除操作。步骤：三、实验分析总结11.3实验三字符串及矩阵分析一、实验目的掌握字符串的创建方法。熟悉字符串操作。掌握矩阵分析方法。二、实验内容与步骤复习第2章内容，在机子上学习巩固字符串的创建方法，以及字符串的操作。复习第2章内容，在机子上学习巩操作本上的矩阵分析例题。利用学过的知识，在MATLAB命令窗口完成以下几题:练习1：定义两个字符串str1=’WelcomwetoGuangdongR201624’和str2=’WelcometoGuangdongr201624’，试用字符串比较函数strcmp、strncmp、strcmpi和strncmpi比较str1和str2两个字符串。步骤：练习2：已知矩阵，试用MATLAB分别求矩阵A的行列式、转置、秩、逆、特征值和特征向量。步骤：练习3：已知三阶对称正定矩阵，试用MATLAB分别对矩阵A的进行Cholesky分解、LU分解和QR分解。步骤：练习4：分别用MATLAB的左除和逆矩阵方法，求解下列方程组的解。步骤：练习5：分别用MATLAB的左除和伪逆矩阵方法求解下列方程组的一组解。步骤：三、实验分析总结11.4实验四M脚本文件和函数文件一、实验目的掌握M脚本文件和M函数文件编写规则。学会编写M文件，并用来解决简单的数学问题。掌握主函数和子函数的编写和调用。二、实验内容与步骤复习第3章内容，在机子上学习M脚本文件和M函数文件编写规则。复习第3章内容，在机子上学习操作书本上的M脚本文件和M函数文件例题。利用学过的知识，在MATLAB文件编译器窗口完成以下几题。练习1：编写M脚本文件，当x,y分别等于x=1,2,3,4，y=0.1,0.2,0.3,0.4。求解表达式的值.步骤：练习2：编写M函数文件，给定两个实数a,b和一个正整数n,求k=1,…,n时，所有在命令窗口编写M脚本文件，调用函数文件，当a=2和b=3的值，设n=8步骤：练习3：编写M函数文件，已知圆柱体的半径r和高h，求一个圆柱体的表面积S和体积V。并在命令窗口调用函数文件，当r=2，h=3时，圆柱体的表面积S和体积V步骤：练习4：编写M函数文件，实现直角坐标（x，y）与极坐标（ρ，θ）之间的转换。已知转换公式为：步骤：练习5：编写M函数文件，通过主函数调用3个子函数形式，计算下列式子，并输出计算之后的结果。步骤：三、实验分析总结11.5实验五程序结构设计一、实验目的掌握if选择结构编程。掌握switch选择结构的编程。掌握for循环结构的编程。掌握while循环结构的编程。二、实验内容与步骤复习第3章内容，在机子上学习选择结构和循环结构编程规则。复习第3章内容，在机子上学习操作书本上的选择结构和循环结构例题。利用学过的知识，在MATLAB文件编译器窗口完成以下几题。练习1：旅客乘车旅行，可免费携带25公斤行李，超过25公斤需要支付每公斤10元，超过50公斤部分则每公斤需要支付20元托运费，利用if语句，从键盘输入旅客行李重量，计算其应付的行李托运费。步骤：练习2：从键盘输入一个学生百分制成绩，分别用if结构和switch结构完成判断该成绩的绩点，并显示成绩绩点信息任务。已知：90-100分=4.0；80-89分=3.0；79-70分=2.0；69-60分=1.0；60以下=0。步骤：练习3：利用for循环语句，验证当n等于10和100时，下面式子的值。步骤：练习4：分别使用for和while循环语句，编程计算当y−π步骤：三、实验分析总结11.6实验六多项式运算及多项式插值和拟合一、实验目的掌握多项式的运算。掌握多项式的插值。掌握多项式的拟合。二、实验内容与步骤复习第4章内容，在机子上学习多项式的运算，多项式插值和多项式拟合内容。复习第4章内容，在机子上学习操作书本上的多项式的运算，多项式插值和多项式拟合的例题。利用学过的知识，在MATLAB中，编程完成以下几题。练习1：已知多项式：f(x)=x6+6x5-4x4+2x2+8x+8，求多项式的根，多项式的微分，并显示微分后的多项式。步骤：练习2：已知两个多项式f(x)=x4-7x3+8x+1和g(x)=x3+5x+2，求：(1)f(x)+g(x)(2)f(x)-g(x)(3)f(x)*g(x)(4)f(x)/g(x)步骤：练习3：已知分式表达式为。（1）求的部分分式展开式。（2）将部分分式展开式转换为分式表达式。步骤：练习4：电路实验，测试某个元件两端的电压和流过的电流，实测数据见表11-1所示，用不同插值方法（最接近点法、线性法、三次样条法和三次多项式法）计算I=0:0.5:10A处的电压U。表11-1电路元件的电压和电流测量值流过的电路I（A）0 246810两端的电压U（V）024.57.51013步骤：练习5：假设测量的数据来自函数，x=0:0.2:2*pi,试根据生成的数据，使用polyfit函数实现5阶多项式拟合，并用拟合的多项式计算x=0:0.1:2*pi处对应的f(x)的值。步骤：三、实验分析总结11.7实验七数据统计和数值计算一、实验目的了解和掌握数据统计的常函数。掌握函数极值，函数零点，数值积分和数值微分。二、实验内容与步骤复习第4章内容，在机子上学习数据统计和数值计算相关内容。复习第4章内容，在机子上学习操作书本上的数据统计和数值计算的例题。利用学过的知识，在MATLAB中，编程完成以下几题。练习1：已知A=[137;815;691]，分别计算：（1）用max和min函数，求每行和每列的最大和最小元素，并求整个A的最大和最小元素。（2）求矩阵A的每行和每列的平均值和中值（3）对矩阵A做各种排序（4）对矩阵A的各列和各行求和与求乘积（5）求矩阵A的行和列的标准方差（6）求矩阵A列元素的相关系数。步骤：练习2：使用fminbnd函数，求在区间[1,2]中的极值。步骤：练习3：使用fzero函数求分别在初始值x0=0，x0=6附近的过零点，并求出过零点函数的值。步骤：练习4：分别使用quad函数和quadl函数求的数值积分。步骤：练习5：已知二阶微分方程，，试用ode45函数解微分方程，作出y~t的关系曲线图。步骤：三、实验分析总结11.8实验八符号计算一、实验目的了解符号运算的概念，掌握它的一些基本使用方法。能够使用符号运算解决一般的微积分，极限和微分方程的求解问题。二、实验内容与步骤复习第5章内容，在机子上学习符号计算相关内容。复习第5章内容，在机子上学习操作书本上的符号计算的例题。利用学过的知识，在MATLAB中，编程完成以下几题。练习1：用符号方法求极限步骤：练习2：已知，用符号方法求y’，y’’步骤：练习3：用符号方法，求积分,步骤：练习4：求微分方程的通解步骤：练习5：求的特解，a为系数步骤：三、实验分析总结11.9实验九MATLAB绘图一、实验目的应用M语言绘制各种二维、三维图形。按要求对图形进行修饰及控制。学会特殊图形的绘制。二、实验内容与步骤复习第6章内容，在机子上学习数据可视化相关内容。复习第6章内容，在机子上学习操作书本上的数据可视化例题。利用学过的知识，在MATLAB中，编程完成以下几题。练习1：按照的步长间隔绘制函数，在时的曲线。步骤：练习2：利用plot函数，绘制函数曲线，y线型选为点线，颜色为红色，数据点设置为钻石型，x轴标签设为t，y轴标签设置为y,标题设置为x*exp(sin(x))。步骤：练习3：将图形窗口分割成四个区域，并分别绘制在[]区间内的图形，并加上适当的图形修饰。步骤：练习4：已知甲乙两个同学，三次考试成绩为，请用垂直柱状图，水平柱状图，三维垂直柱状图和三维水平柱状图分别显示成绩。步骤：练习5：一个车间四个季度的加工件数为x=[600760770920]，分别用二维和三维饼图显示四个季度加工件数的百分比，标注“第一季度”，“第二季度”，“第三季度”，“第四季度”。步骤：练习6：已知极坐标方程在同一图形窗口两个不同子图，使用polar函数绘制两个极坐标图。步骤：练习7：绘制一个三维图形（x=sin2t,y=cos2t,t），并加上适当的三维图形修饰。步骤：三、实验分析总结11.10实验十Simulink仿真一、实验目的熟悉simulink仿真工具箱中的各个系统模型库。掌握仿真模型的建立、调试、运行以及仿真结果分析。二、实验内容与步骤启动simulink模型库浏览窗口，熟悉各个系统模型库，新建一模型窗口，进行以下操作：1）分别从以下模型库Sources、Connection、Math、Sink找出阶跃信号（step）、比例增益（gain）、积分（integrator）、微分（derivative）、传递函数（transferFcn）和示波器（scope）元件。2）将找到的各个元件放置于新建模型窗口中；3）对各个元件进行复制、粘贴、翻转、扩展、压缩、搬移和删除操作；4）对各个元件进行中文文本标注；5）对传递函数（transferFcn）赋参数值；6）调整示波器参数；7）将各个元件用连线连接，构成一仿真模型。2.复习第7章内容，在机子上学习操作书本上的simulink例题。3.利用学过的知识，在simulink中，编程完成以下几题练习1：在simulink环境下，对图11-1所示控制系统进行建模、调试、仿真：r(t)+r(t)+-y(t)图11-1典型PID控制系统结构图步骤：启动simulink，浏览各个子模型库；新建一个模型窗口；从各个系统模型库中找出需要元件，按系统结构图连接各元件，构造图1控制系统仿真模型。系统输入为阶跃信号；仿真模型建立完毕，以“系统仿真模型