实验报实验报告告说说明 明 matlab 课课程程实验实验需撰写需撰写 8 个个实验报实验报告 每个告 每个实验报实验报告内容写每次告内容写每次 实验实验内容中内容中标标号呈黑体大号字号呈黑体大号字显显示的示的题题目 目 第一次第一次实验实验内容 内容 实验一实验一 MATLAB 运算基础运算基础 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉启动和退出 MATLAB 的方法 2 熟悉 MATLAB 命令窗口的组成 3 掌握建立矩阵的方法 4 掌握 MATLAB 各种表达式的书写规则以及常用函数的使用 二 实验内容二 实验内容 1 先求下列表达式的值 然后显示 MATLAB 工作空间的使用情况并保存全部变量 1 2 2sin85 1 1 z e 2 其中 2 1 2ln 1 2 zxx 212 0 455 i 3 0 30 3 3sin 0 3 3 0 2 9 2 8 2 8 2 9 3 0 2 aa ee zaa A 提示 利用冒号表达式生成 a 向量 求各点的函数值时用点乘运算 4 其中 t 0 0 5 2 5 2 2 2 01 4112 2123 tt ztt ttt 提示 用逻辑表达式求分段函数值 2 已知 12344 34787 3657 A 131 203 327 B 求下列表达式的值 1 A 6 B 和 A B I 其中 I 为单位矩阵 2 A B 和 A B 3 A 3 和 A 3 4 A B 和 B A 5 A B 和 A 1 3 B 2 3 设有矩阵 A 和 B 12345 678910 11 1213 1415 1617181920 2122232425 A 3016 1769 0234 970 413 11 B 1 求它们的乘积 C 2 将矩阵 C 的右下角 3 2 子矩阵赋给 D 3 查看 MATLAB 工作空间使用情况 4 完成下列操作 1 求 100 999 之间能被 21 整除的数的个数 提示 先利用冒号表达式 再利用 find 和 length 函数 2 建立一个字符串向量 删除其中的大写字母 提示 利用 find 函数和空矩阵 第二次第二次实验实验内容 内容 实验三实验三 选择结构程序设计选择结构程序设计 一 实验目的一 实验目的 1 掌握建立和执行 M 文件的方法 2 掌握利用 if 语句实现选择结构的方法 3 掌握利用 switch 语句实现多分支选择结构的方法 4 掌握 try 语句的使用 二二 实验内容 实验内容 1 求下列分段函数的值 2 2 2 6 03 56 010 23 1 xxxx yxxxxx xx 且 且 其他 要求 1 用 if 语句实现 分别输出 x 5 0 3 0 1 0 2 0 2 5 3 0 5 0 时的 y 值 提示 x 的值从键盘输入 可以是向量 2 仿照实验一第 1 题第 4 小题 用逻辑表达式实现 从而体会 MATLAB 逻辑表达式的一种 应用 clear x input input the value of x if x 0 else y x x x 1 end y 2 输入一个百分制成绩 要求输出成绩等级 A B C D E 其中 90 100 分为 A 80 89 分为 B 70 79 分为 C 60 69 分为 D 60 分以下为 E 要求 1 用 switch 语句实现 2 输入百分制成绩后要判断该成绩的合理性 对不合理的成绩应输出错误信息 if 语句实现 clear x input input score if x 0 disp Sorry The fail score elseif x 60 disp E elseif x 70 disp D elseif x 80 disp C elseif x 90 disp B elseif x 100 disp A else disp Sorry The fail score end switch 语句实现 clear score input input the score switch score case num2cell 0 59 disp E case num2cell 60 69 disp D case num2cell 70 79 disp C case num2cell 80 89 disp B case num2cell 90 100 disp A otherwise disp Sorry It s the fail score input the score again end 3 建立 5 6 矩阵 要求输出矩阵第 n 行元素 当 n 值超过矩阵的行数时 自动转为输出矩阵最 后一行元素 并给出出错信息 clear A 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 n input 请输入输出元素行数 n try B A n catch B A 5 lasterr end B 实验四实验四 循环结构程序设计循环结构程序设计 一 实验目的一 实验目的 1 掌握利用 for 语句实现循环结构的方法 2 掌握利用 while 语句实现循环结构的方法 3 熟悉利用向量运算来代替循环操作的方法 二 实验内容二 实验内容 1 根据 求的近似值 当 n 分别取 100 1 000 10 000 时 结果是 2 2222 1111 6123n 多少 要求 分别用循环结构和向量运算 使用 sum 函数 来实现 应用 sum 的方法 clear n 100 i 1 n y 1 i 2 y1 sum y pai sqrt 6 y1 第二种方法 clear y 0 n input 输入数据 n for i 1 n y y 1 i i end pai sqrt 6 y 2 根据 求 111 1 3521 y n 1 y 3 break end i i 1 end i 3 已知 1 2 3 123 1 0 1 2 3 nnnn f f f ffffn 求中 1100 ff 1 最大值 最小值 各数之和 2 正数 零 负数的个数 f 1 0 1 for n 4 100 f n f n 1 2 f n 2 f n 3 end k length find f0 k length find f 0 4 若两个连续自然数的乘积减 1 是素数 则称这两个连续自然数是亲密数对 该素数是亲密素数 求 2 50 区间内 1 亲密数对的对数 2 与上述亲密数对对应的所有亲密素数之和 实验五实验五 函数与文件函数与文件 一 实验目的一 实验目的 1 掌握定义和调用 MATLAB 函数的方法 2 掌握 MATLAB 文件的基本操作 二 实验内容二 实验内容 1 定义一个函数文件 求给定复数的指数 对数 正弦和余弦 并在命令文件中调用该函数文件 function a b c d susb x a exp x b sin x c log10 x d cos x 调用 x 1 2i a b c d susb x 2 一个自然数是素数 且它的各位数字位置经过任意对换后仍为素数 则称是绝对素数 例如 13 是绝对素数 试求所有两位的绝对素数 要求 定义一个判断素数的函数文件 function q apnum p 以下为函数文件 需单独保存 for i 2 9 n find rem p i 0 找出能被 i 整除的 p 的位置 p n 消去能被 i 整除的 p end q 10 rem p 10 fix p 10 p 的个位和十位调换 调换后为 q for j 2 9 m find rem q j 0 找出能被 j 整除的 q 的位置 q m 消去能被 j 整除的 q end 调用 clear all p 10 99 q apnum p 3 已知 20 30 40 ff f y 1 当时 求 y 的值 5ln 10 2 nnnf 2 当时 求 y 的值 1 433221 nnnf 第三次第三次实验实验内容 内容 实验六实验六 高层绘图操作高层绘图操作 一 实验目的一 实验目的 1 掌握绘制二维图形的常用函数 2 掌握绘制三维图形的常用函数 二 实验内容二 实验内容 1 已知完成下列操作 213 2cos 2 1 2 yyyxyxy 1 在同一坐标系下用不同的颜色和线型绘制三条曲线 2 以子图形式绘制 3 条曲线 3 分别用条图形 阶梯图 杆图和填充图绘制 3 条曲线 2 分别用 plot 和 fplot 函数绘制函数的曲线 分析两曲线的差别 1 siny x 3 绘制函数的曲面图和等高线 已知 22 2 2 xyxy zxx e 提示 绘制三维曲面图 首先要选定一平面区域并在该区域产生网络坐标矩阵 在做本题前 先 分析并上机验证下列命令的执行结果 从中体会产生网络坐标矩阵的方法 x y meshgrid 1 0 5 2 1 5 3 已知 6 x 30 15 y0 25 部分 x 0 0 1 2 pi x y meshgrid x z sin y cos x I J find z 0 25 for ii 1 length I z I ii J ii NaN end surf x y z 实验七实验七 低层绘图操作低层绘图操作 一 实验目的一 实验目的 1 掌握图形对象属性的基本操作 2 掌握利用图形对象进行绘图操作的方法 二 实验内容二 实验内容 1 建立一个图形窗口 使之背景颜色为红色 并在窗口上保留原有的菜单项 而且在按下鼠标 器的左键之后显示出 Left Button Pressed 字样 hf figure Color 1 0 0 WindowButtonDownFcn disp Left Button Pressed 2 先利用缺省属性绘制曲线 然后通过图形句柄操作来改变曲线的颜色 线型和线宽 22x yx e 并利用文字对象给曲线添加文字标注 22x yx e 实验十二实验十二 菜单设计菜单设计 一 实验目的一 实验目的 1 了解图形用户界面的特点 2 掌握菜单设计的方法 3 掌握对话框设计的方法 二 实验内容二 实验内容 1 设计菜单 菜单条仅有 File 菜单项 File 下有 New Plot 和 Exit 等 3 个选项 选择 New 时利用 Edit 命令建立 一个新的 M 文件 选择 Plot 将显示下一级菜单 其中有 Sine Wave 和 Cosine Wave 两个子菜单项 且若选择了其中的 Sine Wave 子菜单项 则将打开一个新的图形窗口并显示出正弦曲线 若选择 了其中的 Cosine Wave 子菜单项 则将打开一个新的图形窗口并显示出余弦曲线 如果选择 Exit 菜单项 则将关闭窗口并推出用户系统回到 MATLAB 命令窗口 2 为图形窗口建立快捷菜单 用以控制窗口的背景颜色和大小 4 设计一个对话框 其中有一个编辑框和按钮 当单击按钮时 使编辑框的内容加 5 第四次第四次实验实验内容 内容 实验二实验二 矩阵分析矩阵分析 一 实验目的一 实验目的 1 掌握生成特殊矩阵的方法 2 掌握矩阵分析的方法 二 实验内容二 实验内容 1 产生 5 阶希尔伯特矩阵 H 和 5 阶帕斯卡矩阵 P 且求其行列式的值 Hh 和 Hp 以及它们的条件 数 Th 和 Tp 判断哪个矩阵性能更好 为什么 H hilb 5 产生 55 阶希尔波特矩阵 P pascal 5 产生 55 阶帕斯卡矩阵 Hh det H 计算行列式的值 Ph det P Th cond H 计算条件数 Tp cond P Hh Ph Th Tp 2 建立一个 5 5 矩阵 求它的行列式值 迹 秩和范数 A 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6 3 4 5 6 7 4 5 6 7 8 5 6 7 8 9 det A trace A rank A norm A 3 已知 29618 20512 885 A 求 A 的特征值及特征向量 并分析其数学意义 实验八实验八 数据处理和多项式计算数据处理和多项式计算 一 实验目的一 实验目的 1 掌握数据统计和分析的方法 2 掌握数值插值与曲线拟合的方法及其应用 3 掌握多项式的常用运算 二 实验内容二 实验内容 1 将 100 个学生 5 门功课的成绩存入矩阵 P 中 进行如下处理 1 分别求每门课的最高分 最低分及相应学生序号 2 分别求每门课的平均分合标准方差 3 5 门课总分的最高分 最低分及相应学生序号 4 将 5 门课总分按从大到小顺序存入 zcj 中 相应学生序号存入 xsxh 提示 上机调试时 为避免输入学生成绩的麻烦 可用取值范围在 45 95 之间的随机矩阵来表示 学生成绩 A rand 5 100 P 100 A Y U1 max P 2 求每门功课的最高分 序号 X U2 min P 2 求每门功课的最低分 序号 Y U1 X U2 Z1 mean P 2 求每门功课的平均值 Z2 std P 1 2 求每门功课的标准方差 B1 cumsum P 求五门功课的总成绩 B B1 5 YZ UZ1 max B 2 求总成绩的最高分 XZ UZ2 min B 2 求总成绩的最低分 zcj sort B 2 2 已知 lg x 在 1 101 区间 11 个整数采样点的函数值如表 2 所示 表表 2 lg x 在在 10 个采样点的函数值个采样点的函数值 x1112131415161718191101 Lg x 01 04141 32221 49141 61281 70761 78531 85131 90851 95902 0043 试求 lg x 的 5 次拟合多项式 p x 并分别绘制出 lg x 和 p x 在 1 101 区间的函数曲线 x 1 10 101 y 0 1 0414 1 3222 1 4914 1 6128 1 7076 1 7853 1 8513 1 9085 1 9590 2 0043 P S polyfit x y 5 plot x y k x polyval P x k 3 有 3 个多项式试进行下列操作 4322 123 245 2 23 p xxxxpxxp xxx 求 p x 1 p x 2 px 3 p x 1 求的根 p x 2 当 x 取矩阵 A 的每一元素时 求 P x 的值 其中 11 21 4 0 7523 5 052 5 A 3 当以矩阵 A 为自变量时 求 P x 的值 其中 A 的值与 3 相同 p1 1 2 4 0 5 p22 1 2 p2 0 0 0 p22 p33 1 2 3 p3 0 0 p33 p p1 p2 p3 x roots p 求多项式的根 A 1 1 2 1 4 0 75 2 3 5 0 5 2 5 G poly A X A 时 P X 的值 第五次第五次实验实验内容 内容 实验九实验九 符号计算基础与符号微积分符号计算基础与符号微积分 一 实验目的一 实验目的 1 掌握定义符号对象的方法 2 掌握符号表达式的运算法则以及符号矩阵运算 3 掌握求符号函数极限及导数的方法 4 掌握求符号函数定积分和不定积分的方法 二 实验内容二 实验内容 1 已知 x 6 y 5 利用符号表达式求 1 3 x z xy 提示 定义符号常数 x sym 6 y sym 5 x sym 6 y sym 5 z x 1 sqrt 3 x sqrt y 2 用符号方法求下列极限或导数 1 sintan 3 0 1 2 1 lim sin xx x x ee x syms x f x exp sin x 1 2 exp tan x 1 sin x 3 limit f x 0 2 已知 分别求 3 cosln x at A txx 22 2 dA d A d A dxdtdxdt syms a t x A a x t 3 t cos x log x diff A x 求 X 一阶导数 diff A x 2 求 X 二阶导数 diff diff A x t 求 X 导数的 T 导数 3 用符号方法求下列积分 1 48 1 dx xx x sym x f 1 1 x 4 x 8 int f 2 2 4 0 1 1 x dx x x sym x f x 2 1 x 4 1 int f 0 inf 实验十实验十 级数与方程符号求解级数与方程符号求解 一 实验目的一 实验目的 1 掌握级数求和的方法 2 掌握将函数展开为泰勒级数的方法 3 掌握微分方程符号求解的方法 4 掌握代数方程符号求解的方法 二 实验内容二 实验内容 1 级数符号求和 计算 10 1 1 21 n S n n sym n S symsum 1 2 n 1 n 1 10 1 求级数之和函数 并求之和 21 1 n n n x 2 15 n n n syms n x S2 symsum n 2 x n 1 n 1 inf 求 N 的从 1 到无穷的 和函数 S3 symsum n 2 5 n 2 将 ln x 在 x 1 处按 5 次多项式展开为泰勒级数 x sym x f log x taylor f x 6 1 2 求微分方程的符号解 2 2 2 0 0 0 d y k y dx ya yb a b k 为任意常数 syms x y a b k m dsolve D2y k 2 y y 0 a Dy 0 b x 4 求下列方程和方程组的符号解 1 35sin78 50 x xex x solve 3 x exp x 5 sin x 78 5 x 2 22 1000 3580 xy xy x y solve sqrt x 2 y 2 100 3 x 5 y 8 x y 3 5 ln 1 2 1 sin x x x solve log 1 x 5 1 sin x 2 x 4 2 91 10 xx x solve x 2 9 sqrt x 1 1 x 第六次第六次实验实验内容 内容 实验十三实验十三 Simulink 的应用的应用 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉 Simulink 的操作环境并掌握构建系统模型的方法 2 掌握 Simulink 中子系统模块的建立与封装技术 3 对简单系统所给出的数学模型能转化为系统仿真模型并进行仿真分析 二 实验内容二 实验内容 1 假设从实际应用领域 力学 电学 生态或社会 中 抽象出有初始状态为 0 的二阶微分方 程 是单位阶跃函数 用积分器直接构造求解微分方程的模型0 20 40 2 xxu t u t exm1 mdl 并仿真 2 利用传递函数模块建模 仍以下面的二阶微分方程为例0 20 40 2 xxu t 3 利用状态方程模块建模 仍以下面的二阶微分方程为例0 20 40 2 xxu t 第七次第七次实验实验内容 内容 实验十四实验十四 综合实验 综合实验 1 一 实验目的一 实验目的 综合运用所学知识 掌握利用 MATLAB 解决控制系统仿真分析与设计的方法 二 实验内容二 实验内容 1 用 Matlab 表示传递函数为 1234 32 23 sss s 的系统 2 用 Matlab 表示传递函数为 的系统 2 1 3 2 sss s 3 用 Matlab 表示状态空间表达式为 的系统 3 2 1 3 2 1 3 2 1 001 1 0 0 321 100 010 x x x y u x x x x x x A 0 1 0 0 0 1 1 2 3 B 0 0 1 C 1 0 0 D 0 Gf ss A B C D 4 4 已知某控制系统的传递函数为 求 Matlab 描述的传递函数模型及零极点增 23 1 2 ss sG 益模型 num 1 den 1 3 2 Gtf tf num den Gzpk zpk Gtf 5 5 用 MATLAB 绘制典型二阶系统的单位阶跃响应曲线 Step Gtf 6 6 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 试判断系统的闭环稳定性 3 1 2 sss s sG k 1 z 2 p 0 1 3 G zpk z p k Gtf feedback G 1 pzmap Gtf 7 7 已知一单位负反馈系统的开环传递函数为 G s 试求单位阶跃信号作为 5 1 5 0 2 0 5 sss s 参考输入时产生的稳态误差 k 5 z 0 2 p 0 0 5 1 5 G zpk z p k Gtf feedback G 1 step Gtf numk denk tfdata Gtf Kp dcgain numk denk 第八次第八次实验实验内容 内容 实验十四实验十四 综合实验 综合实验 2 一 实验目的一 实验目的 综合运用所学知识 掌握利用 MATLAB 解决控制系统仿真分析与设计的方法 二 实验内容二 实验内容 8 8 已知系统开环传递函数为 试利用 MATLAB 画出系统的奈奎斯特图 15 0 13 2 sss sG num 2 den conv 1 0 conv 3 1 0 5 1 G tf num den Nyquist G 9 9 已知一单位反馈系统开环传递函数为 G s 2 s 3 6s 2 5s 试绘制 bode 图并计算系统频域 性 能指标 num 0 0 0 2 den 1 6 5 0 G tf num den Gtf feedback G 1 bode Gtf sys tf num den mag phase w bode sys gm pm wcp wcg margin mag phase w Gm 是系统的幅值裕量 Pm 是系统的相角裕量 Wcp 是 Gm 对应的角频率 Wcg 是 Pm 对应的角频率 10 已知单位反馈系统被控对象的传递函数为 G0 s K0 0 0001s 3 0 101s 2 s 试用 bode 图设计方法对系统进行超前串联校正 使之满足 1 在速度信号作用下 系统的稳态误差小于等于 0 001 2 系统校正后 相角稳定裕度介于 43 与 48 度之间 11 使用子系统封装实现下图所示的变化 12 若已知如上题图所示的系统 试利用系统线性化分析的方法求系统的闭环传递函数 并绘制 系统的阶跃响应曲线

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