MATLAB實驗報告最終定稿

MATLAB實驗報告機(jī)電工程學(xué)院姓名：李祖達(dá)學(xué)號：5901111120專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化目錄實驗一熟悉MATLAB環(huán)境認(rèn)識MATLAB··············································3實驗二實驗三MATLAB運(yùn)算礎(chǔ)································6MATLAB矩陣分析和理·························8實驗四求余弦的積分并繪出像······················11實驗五、六用matlab求解多項式并用plot繪制函數(shù)圖象（常微分程）13········································實驗七函數(shù)件····································16實驗八、九MATLAB程序設(shè)計（循環(huán)、擇）················19實驗十采用SIMULINK的系統(tǒng)真·······················24實驗十一菜單設(shè)計····································27實驗一熟悉MATLAB環(huán)境認(rèn)識MATLAB一、實驗?zāi)康氖煜atlab的安裝與啟動；熟悉matlab用戶界面；熟悉matlab功能、建模元素；熟悉matlab優(yōu)化建模過程。二、實驗設(shè)備與儀器1.微機(jī)2.matlab仿真軟件三、實驗步驟1.了解matlab的硬件和軟件必備環(huán)境；2.啟動matlab；3.熟悉標(biāo)題欄，菜單欄，工具欄，元素選擇窗口，狀態(tài)欄，控制欄以及系統(tǒng)布局區(qū)；4.學(xué)習(xí)優(yōu)化建模過程。四、實驗報告要求1.寫出matlab系統(tǒng)界面的各個構(gòu)成；以及系統(tǒng)布局區(qū)的組成；以及每一部分的功能；2.優(yōu)化建模過程應(yīng)用舉例五、實驗內(nèi)容（一）、Matlab操作界面1.命令窗口（commandwindow）commandhistory）workspace）2.命令歷史窗口（3.工作空間管理窗口（4.當(dāng)前路徑窗口（currentdirectory）（二）、實現(xiàn)下列優(yōu)化建模過程1231、簡單矩陣A456的輸入步驟。指令：A=[123;456;789]A=1234567892、矩陣的分行輸入。A=[1,2,34,5,67,8,9]指令：>>A=[1,2,34,5,67,8,9]A=1234567893、指令的續(xù)行輸入S=1-1/2+1/3-1/4+...1/5-1/6+1/7-1/8指令：S=1-1/2+1/3-1/4+...1/5-1/6+1/7-1/8S=0.6345t4、畫出衰減振蕩曲線ye3sin3t及其它的包絡(luò)線t。t的取值范圍是3ye0[0,2pi]指令：t=[0:pi/4:2*pi];y=exp(-t/3).*sin(3*t);plot(y)5、畫出zsin(x2y2)所表示的三維曲面。x,y的取值范圍是[8,8]。yx22>>x=-8:0.5:8;>>y=-8:0.5:8;>>z=(sin(sqrt(x.^2+y.^2))./sqrt(x.^2+y.^2));>>plot3(x,y,z)6、復(fù)數(shù)矩陣的生成及運(yùn)算A=[1,3;2,4]-[5,8;6,9]*iB=[1+5i,2+6i;3+8*i,4+9*i]C=A*B>>A=[1,3;2,4]-[5,8;6,9]*iA=1.0000-5.0000i3.0000-8.0000i2.0000-6.0000i4.0000-9.0000i>>B=[1+5i,2+6i;3+8*i,4+9*i]B=1.0000+5.0000i2.0000+6.0000i3.0000+8.0000i4.0000+9.0000i>>C=A*BC=1.0e+02*0.99001.1600-0.0900i1.1600+0.0900i1.3700實驗二MATLAB運(yùn)算基礎(chǔ)一、實驗?zāi)康募耙螅?.掌握建立矩陣的方法。2.掌握MATLAB各種表達(dá)式的書寫規(guī)則以及常用函數(shù)的使用。二、實驗內(nèi)容及程序：１．計算表達(dá)式的值sin487y|13i|，x1log152i，zxy221e22>>x=(sin(48*pi/180)+sqrt(7))/(1+log2(15)-2i);>>y=abs(1+3i)/(1+exp(2));>>z=x^2+y^2z=0.4346+0.2859i2.矩陣的直接建立及矩陣的運(yùn)算12310A45612（1）請利用直接建立矩陣的方法，采用兩種方式建立如下矩陣：；（2）將矩陣A第2至3行中第1，3，4列元素賦給矩陣B；（3）將矩陣A的每個元素加30，并且將第1行和第3行進(jìn)行交換。(1)>>A=[12310;45612;78914]A=123104561278914>>A=[1,2,3,10;4,5,6,12;7,8,9,14]A=123104561278914(2)>>B=A(2:3,[134])B=46127914>>A=A+30A=313233403435364237383944(3),A=A+30A=313233403435364237383944>>A=[A(3,:);A(2,:);A(1,:)]A=3738394434353642313233403．（1）建立一個45的零矩陣、單位矩陣和元素全為1的方陣。（2）請使用直接建立矩陣的方法，并結(jié)合MATLAB中建立矩陣的函數(shù)，生成如下矩陣013d014。(1)a=zeros(4,5)a=00000000000000000000>>b=eye(4,5)b=10000010000010000010>>c=ones(4)c=1111111111111111(2)>>a=[013];>>b=[014];>>c=[015];>>d=[a;b;c]d=0130140154．當(dāng)=0.2，0.4，0.6，0.8時，分別求ysin(x)cos(x)的值。>>x=0.2:0.2:0.8;>>y=sin(x).*cos(x)y=0.19470.35870.46600.4998三、實驗結(jié)果討論1.如何訪問數(shù)組中的元素？設(shè)一個矩陣a，訪問其第i個元素則為a[i-1]，其中以列為主順序依次查詢2.如何輸出顯示字符型變量？Sprintf(‘%c’,x)實驗三MATLAB矩陣分析和處理一、實驗?zāi)康?．掌握生成特殊矩陣的方法。2．掌握矩陣分析的方法。4．用矩陣求逆法解線性方程組。二、實驗內(nèi)容1．產(chǎn)生3行二列的單位矩陣、隨機(jī)矩陣、零矩陣和對角矩陣。>>A=ones(3,2)A=111111>>B=rand(3,2)B=0.95010.23110.48600.89130.76210.6068>>C=diag(3,2)C=diag(3,2)C=0000300002．產(chǎn)生5階希爾伯特矩陣H和5階帕斯卡矩陣P,求其行列式的值Hh和Hp以及他們的條件數(shù)Th和Tp，判斷哪個矩陣性能更好，為什么？3．建立一個5x5矩陣，求它的行列式的值、跡、秩和范數(shù)296184．已知A20512，求特征值和特征向量，并分析其數(shù)學(xué)意義885>>A=[-29618;20512;-885]A=-2920-865818125>>[v,d]=eig(A)v=%特征向量0.71300.28030.27330.87250.4050-0.6084-0.78670.34870.5501d=%特征值-25.31690000-10.51820016.83515．下面是一個線性方程組1/21/31/4x0.9511/31/41/5x0.6721/41/51/6x0.523（1）求方程的解>>A=[0.95;0.67;0.52];>>B=[1/21/31/4;1/31/41/5;1/41/51/6];>>X=B\AX=1.20000.60000.6000（2）將方程右邊向量第三個元素>>A=[0.95;0.67;0.53];>>X=B\A0.52改為0.53，并比較解的變化X=3.0000-6.60006.6000（3）計算系數(shù)矩陣A的條件數(shù)并分析結(jié)論sqrtm(A)和sqrt(A)，并分析他們的區(qū)別6．建立A矩陣，試比較>>A=[123;456;789]A=147258369>>sqrtm(A)ans=0.4498+0.7623i0.5526+0.2068i0.6555-0.3487i1.0185+0.0842i1.2515+0.0228i1.4844-0.0385i1.5873-0.5940i1.9503-0.1611i2.3134+0.2717i>>sqrt(A)ans=1.00001.41422.23612.82841.73212.44953.00002.00002.6458實驗四求余弦的積分并繪出圖像一、實驗?zāi)康?、了解繪圖工具的使用。實驗要求二、1．(不定積分)用int計算下列不定積分，并用diff驗證dxxsinx2dx，1cosx，，，xsinx2dx輸入以下指令：>>symsx;>>f=x*sin(x^2);>>int(f,'x')ans=-cos(x^2)/2驗證：>>diff(-cos(x^2)/2)ans=x*sin(x^2)dx1cosx輸入以下指令：>>symsx;>>f=1/(1+cos(x));>>int(f)ans=tan(x/2)驗證：>>diff(tan(x/2))ans=tan(x/2)^2/2+1/2(2個)2．(定積分)用trapz,int計算下列定積分2exsin(2x)dx,01sinxdxdxx01sinxx輸入指令：>>symsx;0>>f=sin(x)/x;>>int(f,'x',0,1)ans=sinint(1)2exsin(2x)dx0>>x=0:0.1:2*pi;f=exp(x).*sin(2*x);s=trapz(x,f)s=-209.5581x2y214的周長3．(橢圓的周長)用定積分的方法計算橢圓9t=0:0.001:2*pi;a=2;b=3;x=a*sin(t);y=b*cos(t);>>X=[0x(1:end-1)];Y=[0y(1:end-1)];x=x-X;y=y-Y;d=sqrt(x.^2+y.^2);d=sum(d)d=18.8651(1xy)dxdy4．（二重積分）計算積分指令為：x2y22y>>fun=inline('(1+x+y).*(x.^2+y.^2-2*y<=0)','x','y');>>i=dblquad(fun,-1,1,0,2)i=6.283exp(x2)dx1x45．(廣義積分指令為：>>symsx;)計算廣義積分>>f=exp(-x.^2)./(1+x.^4);>>int(f,'x',-inf,inf)ans=(4*pi^(1/2)*hypergeom([1],[5/4,7/4],-1/4))/3+(2^(1/2)*pi*(cos(1)-sin(1)))/2實驗五、六用matlab求解多項式并用（常微分方程）plot繪制函數(shù)圖象一、實驗?zāi)康?、了解MATLAB中主要用2、dsolve求符號解析解，ode45,ode23,ode15s求數(shù)值解。s=dsolve(‘方程2’…,’自變量’)用字符串方程表示，自變量缺省值為1’,‘方程2’,…,’初始條件t。導(dǎo)數(shù)用1’，’初始條件D表示，2階導(dǎo)數(shù)用D2表示，以此類推。S返回解析解。在方程組情形，s為一個符號結(jié)構(gòu)。[tout,yout]=ode45(‘yprime’,[t0,tf],y0)采用變步長四階Runge-Kutta法和五階Runge-Kutta-Felhberg法求數(shù)值解，yprime是用以表示f(t,y)的M文件名，y0表示初始向量值。表示數(shù)值解，每一列對應(yīng)t0表示自變量的初始值，tout表示節(jié)點y的一個分量。若無輸出參數(shù)，則自動作出圖形。tf表示自變量的終值，(t,t,…,t),T輸出矩陣輸出向量yout01node45是最常用的求解微分方程數(shù)值解的命令，對于剛性方程組不宜采用。ode23與ode45類似，只是精度低一些。ode12s用來求解剛性方程組，同ode45?？梢杂胔elpdsolve,helpode45查閱有關(guān)些這命令的詳細(xì)信息是用格式.3、熟悉二、實驗內(nèi)容plot繪圖(2個)1．求下列微分方程的解析解指令為：y=dsolve('D2y+2*Dy-3*y=exp(-3*x)','x')y=C2*exp(x)-(x*exp(-3*x))/4-exp(-3*x)/16+C3*exp(-3*x)指令為：y=dsolve('D2y+Dy+y=cos(x)','y(0)=0','Dy(0)=1.5','x')y=sin((3^(1/2)*x)/2)*(cos(x-(3^(1/2)*x)/2)/2-cos(x+(3^(1/2)*x)/2)/2+(3^(1/2)*cos(x-(3^(1/2)*x)/2))/3+(3^(1/2)*cos(x+(3^(1/2)*x)/2))/3+(3^(1/2)*sin(x-(3^(1/2)*x)/2))/6+(3^(1/2)*sin(x+(3^(1/2)*x)/2))/6)+(3^(1/2)*exp(-x/2)*sin((3^(1/2)*x)/2))/3-(3^(1/2)*cos((3^(1/2)*x)/2)*((sin(x*(3^(1/2)/2-1))/2-cos(x*(3^(1/2)/2-1))*(3^(1/2)/2-1))/((3^(1/2)/2-1)^2+1/4)+(sin(x*(3^(1/2)/2+1))/2-cos(x*(3^(1/2)/2+1))*(3^(1/2)/2+1))/((3^(1/2)/2+1)^2+1/4)))/32．求方程(1x2)y"2xy',y(0)1,y'(0)3的解析解和數(shù)值解解析解：,并進(jìn)行比較（用plot繪圖）>>s=dsolve('(1+x^2)*D2y-2*x*Dy','y(0)=1','Dy(0)=3','x')s=x*(x^2+3)+1數(shù)值解：先建立m文件functiondy=myfun_1(x,y)dy=zeros(2,1);dy(1)=y(2);dy(2)=2*x*y(1)/(1+x^2);end后再命令窗口輸入：>>[x,y]=ode23(@myfun_1,[0,1000],[0,1])；>>plot(x,y(:,1),'r+',x,y(:,2),'g*')得到：3．分別用ode45和ode15s求解Van-del-Pol方程d2xdx1000(1x2)x0dt2dtx(0)0,x'0)1.（用plot繪圖）的數(shù)值解,并進(jìn)行比較functiondy=vdp1000(t,y)dy=zeros(2,1);dy(1)=y(2);dy(2)=1000*(1-y(1)^2)*y(2)-y(1);end[T,Y]=ode15s('vdp1000',[03000],[01]);plot(T,Y(:,1),'-')實驗七函數(shù)文件一、實驗?zāi)康?、理解函數(shù)文件的概念。2、掌握定義和調(diào)用MATLAB函數(shù)的方法。二、實驗內(nèi)容（選作2題）1、定義一個函數(shù)文件，求給定復(fù)數(shù)的指數(shù)、對數(shù)、正弦和余弦，并在命令文件中調(diào)用該函數(shù)文件。程序設(shè)計：M文件：functionf(x)e=exp(x)ln=log(x)s=sin(x)c=cos(x)end運(yùn)行結(jié)果：>>f(2i)e=-0.4161+0.9093iln=0.6931+1.5708is=0+3.6269ic=3.76222、一個物理系統(tǒng)可用下列方程組來表示：cosmcosmsin00amg1msin1100a121sin0cos1N00m20N10mg22m1、m2和的值，求從鍵盤輸入a1、a2、N1、N2的值。其中g(shù)取’9.8,輸入時以角度為單位。要求：定義一個求解線性方程組數(shù)文件。程序設(shè)計：AX=B的函數(shù)文件，然后在命令文件中調(diào)用該函函數(shù)文件in.m:function[a1,a2,N1,N2]=in(m1,m2,t)g=9.8;A=[m1*cos(t)-m1-sin(t)0;m1*sin(t)0cos(t)0;0m2-sin(t)0;00-cos(t)1];C=[0;m1*g;0;m2*g];B=inv(A)*C;a1=B(1);a2=B(2);N1=B(3);N2=B(4);end調(diào)用in.m的命令文件：>>m1=1;m2=2;t=30*pi/180;>>[a1,a2,N1,N2]=in(m1,m2,t)運(yùn)行結(jié)果：a1=6.5333a2=1.8860N1=7.5440N2=26.13333、一個自然數(shù)是素數(shù)，且它的數(shù)字位置經(jīng)過任意對換后仍為素數(shù)，則稱是絕對素數(shù)。例如13是絕對素數(shù)。試求所有兩位絕對素數(shù)。要求：定義一個判斷素數(shù)的函數(shù)文件。函數(shù)文件：fory=10:99ifisprime(y)a=rem(y,10);b=fix(y/10);c=10*a+b;ifisprime(c)disp(y)endendend運(yùn)行結(jié)果：>>111317313771737997fx11x20.1x30.01，編寫一個4f(x)為同階矩陣。24、設(shè)MATLAB函數(shù)文件fx.m,使得調(diào)用f(x)時，x可用矩陣代入，得出的程序設(shè)計：functiony=fx(x)y=1./[(x-2).^2+0.1]+1./[(x-3).^4+0.01]end運(yùn)行結(jié)果：>>x=[12345]x=12345>>fx(x)=1./[(x-2).^2+0.1]+1./[(x-3).^4+0.01]fx=0.971610.9901100.90911.23400.1724f40yf30f205、已知n52(1)當(dāng)f(n)=n+10ln程序設(shè)計：時，求y的值。函數(shù)文件fn.m:functionx=fn(n)x=n+10*log(n^2+5)end調(diào)用fn.m的命令文件：y=fn(40)/(fn(30)+fn(20))運(yùn)行結(jié)果:>>y=0.6390fn122334nn1時，求y的值。（2）當(dāng)程序設(shè)計：函數(shù)文件fn.m:functionx=fn(n)ifn<=0x=0;elsex=n*(n+1)+fn(n-1);endend調(diào)用fn.m的命令文件：y=fn(40)/(fn(30)+fn(20))運(yùn)行結(jié)果:y=1.7662實驗八，九MATLAB程序設(shè)計（循環(huán)、選擇）一、實驗?zāi)康?、掌握利用2、掌握利用if語句實現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)的方法；switch語句實現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)的方法；3、掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序書寫方法。二、實驗內(nèi)容1、硅谷公司員工的工資計算方法如下：（1）工作時數(shù)超過120小時者，超過部分加發(fā)60小時者，扣發(fā)15%；（2）工作時數(shù)低于700元；（3）其余按每小時84元計發(fā)。編程按輸入的工號和該號員工的工作時數(shù)，計算應(yīng)發(fā)工資。functiongongzi(x,y,a)clear;x=input('請輸入工號：a=input('請輸入工作時長ifa>120');(小時）：');y=84*120+(a-120)*1.15*84;elseifa<60y=84*a-700;elsey=84*a;endenddisp(['工號為',num2str(x),'的員工工資為：',num2str(y),'元']);3，4，5月輸出為春季）end2、用switch…case語句得出各月份的季節(jié)（如。請輸入月份functionjijie(x)clear;x=input('請輸入月份：');switchxcase1disp([Num2str(x),'月是冬季'])'])case2disp([Num2str(x),'月是冬季case3disp([Num2str(x),'月是春季'])'])'])case4disp([Num2str(x),'月是春季case5disp([Num2str(x),'月是春季case6disp([Num2str(x),'月是夏季'])case7disp([Num2str(x),'月是夏季'])'])case8disp([Num2str(x),'月是夏季case9disp([Num2str(x),'月是秋季'])'])'])case10disp([Num2str(x),'月是秋季case11disp([Num2str(x),'月是秋季case12disp([Num2str(x),'月是冬季'])end3、計算1+3+5+…+99的值，當(dāng)和大于1000的時候終止計算，要求顯示終止時候的求和結(jié)果以及最后一位計算的整數(shù)值。functionjisuanhe()clear;a=1;y=0;while(y<=1000)y=y+a;a=a+2;enda=a-2;disp(['求和結(jié)果:',num2str(y)])disp(['最后一位計算的整數(shù)值:',num2str(a)])>>求和結(jié)果:1024最后一位計算的整數(shù)值:63K632122263的計算。4、分別采用循環(huán)語句和（1）循環(huán)：sum語句實現(xiàn)i2i0functionjisuank(y)clear;i=0;K=0;while(i<64)K=K+2^i;i=i+1;endK>>K=1.8447e+019（2）sum語句：functionqiuhe(K)clear;i=[1:63];b=2.^i;K=sum(b)>>K=1.8447e+019三、實驗要求1、預(yù)習(xí)，寫出自己設(shè)計的實驗步驟；2、按照實驗室規(guī)范使用計算機(jī)；3、做好實驗記錄（包括程序和結(jié)果）。四、思考題1、break語句和continue語句有什么區(qū)別？continue語句只結(jié)束本次循環(huán)，而不是終止整個循環(huán)的執(zhí)行。break語句則是結(jié)束整個循環(huán)過程，不再判斷執(zhí)行循環(huán)的條件是否成立.2、函數(shù)文件和命令文件有何異同？1.函數(shù)文件一般都要帶參數(shù)2.函數(shù)文件的變量是局部變量量是全局變量,都要有返回結(jié)果,運(yùn)行期間有效,而命令文件沒有參數(shù)與返回結(jié)果,運(yùn)行完畢就自動被清除,而命令文件的變,執(zhí)行完畢后仍被保存在內(nèi)存中,且保存該函數(shù)文件的文件名必須是函數(shù)名個自變量,當(dāng)有多個因變量時用3.函數(shù)文件要定義函數(shù)名以有多個因變量和多.m。M函數(shù)文件可[]括起來。3、寫出書中82頁第10題的程序運(yùn)行結(jié)果。不知道是什么書..........4、*和.*運(yùn)算有什么區(qū)別？對矩陣進(jìn)行運(yùn)算時，*是整個矩陣之間相乘，而.*是維數(shù)相同的矩陣中，對應(yīng)的元素相乘生成新的矩陣。5、如何產(chǎn)生0~20均勻分布的隨機(jī)整數(shù)？20*rand()即可。實驗十采用SIMULINK的系統(tǒng)仿真一、實驗?zāi)康?、熟悉SIMULINK工作環(huán)境及特點2、掌握線性系統(tǒng)仿真常用基本模塊的用法3、掌握SIMULINK的建模與仿真方法4、子系統(tǒng)的創(chuàng)建和封裝設(shè)計二、實驗內(nèi)容SIMULINK仿真實際應(yīng)用.25>>G=tf(25,[1525])s(s5)1.系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù),求系統(tǒng)單位負(fù)反饋閉環(huán)單位階躍響應(yīng)曲線。Transferfunction:25--------------s^2+5s+25>>step(G)2.(1)在Simulink集成環(huán)境下建立模型，在給定信號作用點處輸入單位給定階躍響應(yīng)信號，0.3秒后在擾動信號點輸入單位階躍響應(yīng)信號。并繪制相應(yīng)的響應(yīng)曲線。(2)計算仿真結(jié)果的超調(diào)量、上升時間、峰值時間、穩(wěn)態(tài)誤差。超調(diào)量:mp=(1.2-0.99)/0.99*100%=21.2%上升時間峰值時間穩(wěn)態(tài)誤差:t=0.18ss:t=0.25p:e=1-0.99=0.01ss實驗十一菜單設(shè)計一、實驗?zāi)康?.了解圖形用戶界面的特點。2.掌握菜單設(shè)計的方法。3.掌握對話框設(shè)計的方法。二、實驗內(nèi)容1.設(shè)計菜單菜單條僅有File菜單項，F(xiàn)ile下有New、Plot和Exit等3個選項。選擇Plot將顯示下一級菜單，其中有SineWave和CosineWaveSineWave子菜單項，則將打開一個新的圖形窗口并顯示CosineWave子菜單項，Exit菜單項，則將關(guān)閉窗口并推出用戶系統(tǒng)回到New時利用Edit命令建立一個新的M文件。選擇兩個子菜單項，