MATLAB實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(2023年)

試驗(yàn)指導(dǎo)書機(jī)械與電氣工程學(xué)院10目 錄試驗(yàn)一MATLAB根底入門及數(shù)值數(shù)組運(yùn)算〔2學(xué)時(shí)，驗(yàn)證〕.3試驗(yàn)二MATLAB語言的程序設(shè)計(jì)〔4學(xué)時(shí)，綜合〕 試驗(yàn)三SIMULINK交互式仿真集成環(huán)境〔2學(xué)時(shí)，驗(yàn)證〕 11試驗(yàn)一MATLAB根底入門及數(shù)值數(shù)組運(yùn)算一、試驗(yàn)?zāi)康?MATLAB2CommandWindow3CurrentDirectory方法；4WorkspaceBrowser載入的根本方法；5、把握一維數(shù)組的創(chuàng)立方法；把握一維數(shù)組子數(shù)組的尋訪和賦值方法；6、把握二維數(shù)組的創(chuàng)立方法；把握二維數(shù)組子數(shù)組的尋訪和賦值方法；7二、試驗(yàn)原理1、 MATLAB操作桌面的根本構(gòu)造和組成了解MATLABMATLABMATLAB指令窗CommandWindow：可鍵入各種送給MATLAB運(yùn)作的指令、函數(shù)、表達(dá)式；顯示除圖形外的全部運(yùn)算結(jié)果歷史指令窗CommandHistory：記錄已經(jīng)運(yùn)作過的指令、函數(shù)、表達(dá)式；當(dāng)前名目掃瞄器：進(jìn)展當(dāng)前名目的設(shè)置；展現(xiàn)相應(yīng)名目上的M、MDL等文件；WorkspaceBrowserMATLAB小、字節(jié)數(shù)；內(nèi)存數(shù)組編輯器ArrayEditor：在工作空間掃瞄器中對(duì)變量進(jìn)展操作時(shí)啟動(dòng)開頭按鈕交互界面分類名目窗LaunchPad：以可開放的樹狀構(gòu)造列著MATLAB供給的全部交互界面M/調(diào)試器幫助導(dǎo)航/掃瞄器2、MATLABMATLABMATLAB程序等常用的MATLAB操作，到達(dá)生疏使用指令窗的目的：最簡潔的計(jì)算器使用方法：在MATLAB指令窗中，可按計(jì)算器的方式進(jìn)展一般的數(shù)學(xué)計(jì)算，MATLAB在指令窗中輸入和生成矩陣：與一般的計(jì)算器不同，在MATLAB中可直接輸入和生成矩陣。實(shí)際上，矩陣是MATLAB數(shù)值表述方法：在MATLAB中的大局部數(shù)值的表述方式與尋常是一樣的，需要留意的是在表示比較大的數(shù)時(shí)，MATLAB變量命名規(guī)章：對(duì)于MATLAB變量命名規(guī)章，需要留意以下幾點(diǎn)：abcWorkspaceBrowser中。因此，但凡顯示在WorkspaceBrowser以被調(diào)用，否則不能被調(diào)用。dMATLABpiπ的近似值，用i，j表示虛數(shù)單位。預(yù)定義變量有特定的含義，在使用時(shí)，應(yīng)盡量避開對(duì)這些變量重賦值。e其他操作的操作要旨和操作技巧的運(yùn)用。3、CurrentDirectory、路徑設(shè)置器和文件治理理解當(dāng)前名目CurrentDirectory和搜尋路徑的作用是正確使用MATLAB前名目指的是當(dāng)前MATLAB工作的名目，MATLAB首先在名目中查找或保存。搜尋路徑則是MATLAB工作時(shí)，需查找相應(yīng)的文件、函數(shù)或變量所在的相關(guān)文件夾所在的路徑。在理解當(dāng)前名目CurrentDirectory和搜尋路徑的作用的根底上，也要把握當(dāng)前名目CurrentDirectory和搜尋路徑的設(shè)置方法，這是正確使用MATLAB的必要步驟。為了理解MATLAB當(dāng)前名目CurrentDirectory用戶從指令窗送入一個(gè)名為cow的指令后，MATLAB的“運(yùn)作次序”：MATLAB在內(nèi)存中檢查，看cow是不是變量；假設(shè)不是，進(jìn)展下一步；cow是不是內(nèi)建函數(shù)；假設(shè)不是進(jìn)展下一步；在當(dāng)前名目下，檢查是否知名為cow的M文件存在；假設(shè)不是，進(jìn)展下一步；MATLAB搜尋路徑的其他名目下，檢查是否知名為cowM文件存在。4、WorkspaceBrowserArrayEditor工作空間掃瞄器WorkspaceBrowser可以用于內(nèi)存變量的查閱、保存和編輯，在使用MATLABWorkspaceBrowserMATLABWorkspaceBrowser中導(dǎo)入已保存的變量數(shù)據(jù)或者保存WorkspaceBrowser中現(xiàn)有的變量數(shù)據(jù)。5、MATLAB幫助系統(tǒng)MATLAB供給了強(qiáng)大的幫助系統(tǒng)以供用戶使用。在遇到MATLAB使用的各種相關(guān)問題時(shí)，查閱MATLAB幫助系統(tǒng)往往可以找到相應(yīng)的解決方法和答案。對(duì)于初學(xué)者，尤其需要重視幫助系統(tǒng)的使用。MATLAB帶有各種可利用的幫助系統(tǒng)，包括：純文本幫助“導(dǎo)航/掃瞄器交互界面”幫助PDF幫助演示幫助和PDF幫助其中，純文本幫助和“導(dǎo)航/掃瞄器交互界面”幫助是常用的幫助系統(tǒng)。6、數(shù)組的創(chuàng)立和尋訪數(shù)值數(shù)組〔NumericArray〕和數(shù)組運(yùn)算〔ArrayOperations〕始終是MATLAB的核心內(nèi)容。自MATLAB5.x版起，由于其“面對(duì)對(duì)象”的特征，這種數(shù)值數(shù)組〔以下簡稱為數(shù)組〕成為了MTALB最重要的一種內(nèi)建數(shù)據(jù)類型Built-inDataTyp，而數(shù)組運(yùn)算就是定義在這種數(shù)據(jù)構(gòu)造上的方法Metho?！睞rra不同維數(shù)的數(shù)組創(chuàng)立和訪問的方法有一樣之處，也有不同之處。一維數(shù)組的創(chuàng)立方法有1〕逐個(gè)輸入法2〕冒號(hào)生成法3〕定數(shù)線性采樣法〔x(3〔x([125])；3x(1:3)4x(3:end)〔5x(3:-1:1)〔6x(find(x>0.5))〔7x([12344321])。在這里假設(shè)x5的一維數(shù)組。二維數(shù)組則是由實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)排列稱矩形而成。二維數(shù)組和矩陣在數(shù)據(jù)構(gòu)造上一樣；一個(gè)1直接輸入法，用于生成較小數(shù)組〔2〕利用M文件創(chuàng)立和保存數(shù)組，用于常常要調(diào)用的數(shù)組，尤1〕全下標(biāo)標(biāo)識(shí)法，如A(2,32〕單下標(biāo)標(biāo)識(shí)法，如A(10，這種方法比較少用〔〕A(:)A“一維長列”的全部元素，其結(jié)果是一個(gè)一維列數(shù)組；類似地，也需留意A(r,:)、A(:,c)〔4〕“邏1”標(biāo)識(shí)。MATLAB中，供給了相關(guān)的函數(shù)用作常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)組的生成，如全01數(shù)組、單位矩陣、對(duì)角陣、均勻分布的隨機(jī)數(shù)組、正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)組等，都有相關(guān)的生成函數(shù)。對(duì)于一些數(shù)組的特別操作，MATLAB也供給了相應(yīng)的操作函數(shù)。如提取對(duì)角元素或生成對(duì)角陣、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)二維數(shù)組90度、提取數(shù)組下三角局部、提取數(shù)組上三角局部等，都有相應(yīng)的函數(shù)。在應(yīng)用中留意利用這些函數(shù)，可以事半功倍。7、數(shù)組運(yùn)算數(shù)組運(yùn)算是指無論在數(shù)組上施加什么運(yùn)算〔加減乘除或函數(shù)，總認(rèn)定那種運(yùn)算對(duì)被運(yùn)算數(shù)組中的每個(gè)元素公平地實(shí)施同樣的操作。數(shù)組運(yùn)算包括加、減、乘、除、乘方等，除加減外，數(shù)組之間進(jìn)展乘、除、乘方都必需在運(yùn)算符號(hào)前加“.”，否則視為矩陣運(yùn)算。此外，數(shù)組運(yùn)算還包括轉(zhuǎn)置、關(guān)系運(yùn)算和規(guī)律運(yùn)算。數(shù)組X執(zhí)行函數(shù)f的運(yùn)算：f(X)[f(x)] ，其中X為m行n列的數(shù)組。執(zhí)行數(shù)組運(yùn)算ij mn函數(shù)等。三、試驗(yàn)內(nèi)容1、找到MATLAB的安裝名目。以快捷方式或可執(zhí)行文件方式啟動(dòng)MATLAB，找出各個(gè)組件的相關(guān)位置：2、 指令窗的根本操作完成以下試驗(yàn)內(nèi)容，把相關(guān)結(jié)果以截屏方式保存：使用值：x=10,y=3MATLABa.u=x+y b.v=xy c.w=x/yd.s=5sin(2y)〔2〕使用值：a=1.12、b＝2.34、c＝0.72、d＝0.81f＝19.83，計(jì)算以下表達(dá)式：r 1 ，yab1f21111 c2a b c d定義t＝12，分別運(yùn)行指令計(jì)算p＝t＋1和p＝T＋1。定義以下變量，運(yùn)行指令，觀看并記錄運(yùn)行結(jié)果：a1=1 1a＝2 a_1=3 _a1=4使用clear指令去除當(dāng)前全部內(nèi)存變量?！?〕計(jì)算y=x+x1，其中x=|1+2i|+|3+4i|，x1=32x。指令窗顯示方式的操作a、在指令窗中輸入if〔或for、while〕等關(guān)鍵詞，觀看其顏色；b、在指令窗中輸入s=”hello”，觀看其顏色、c、指令行中的標(biāo)點(diǎn)符號(hào)：運(yùn)行指令x＝3＋2，分別在最終加上和不加上分號(hào)，觀看并記錄其結(jié)果的區(qū)分。d、指令窗的常用掌握指令定義變量：x=1,y=2。分別輸入clear、clc，查看并記錄運(yùn)行之后工作區(qū)空間和指令窗的顯示結(jié)果。4、CurrentDirectory、路徑設(shè)置器和文件治理在E盤建一個(gè)文件夾并把其設(shè)置為當(dāng)前名目。在E盤建一個(gè)文件夾并把其參加搜尋路徑。逐步依據(jù)以下步驟進(jìn)展并記錄各個(gè)步驟的結(jié)果：在指令窗中輸入clear指令；在指令窗中輸入cow，并運(yùn)行；在指令窗中輸入cow=21，并運(yùn)行；再次在指令窗中輸入cow，并運(yùn)行；再次在指令窗中輸入clear指令后，輸入cow；使用M文件編輯器建一個(gè)M文件，在該文件中輸入一條指令： x＝2。保存在當(dāng)前名目下，命名為cow.m。再次在指令窗中輸入cow，并運(yùn)行；cow.m臨時(shí)移動(dòng)到另一個(gè)無關(guān)的文件夾，如“我的文檔再次在指令窗中輸入cow，并運(yùn)行；cow.m再次剪切，移動(dòng)到〔2〕建立的搜尋路徑的文件夾中，并確認(rèn)該文件夾已參加到搜尋路徑中。再次在指令窗中輸入cow，并運(yùn)行。以上各個(gè)步驟是否驗(yàn)證了MATLAB對(duì)cow的搜尋次序？5、WorkspaceBrowser和ArrayEditor運(yùn)行以下指令：clear;x=-8:0.5:8;y=x”;X=ones(size(y))*x;Y=y*ones(size(x));R=sqrt(X.^2+Y.^2)+eps;Z=sin(R)./R;保存全部變量為數(shù)據(jù)文件Mydata.mat；在對(duì)應(yīng)文件夾中找到該文件；clear去除變量X和Y；使用現(xiàn)場(chǎng)菜單刪除內(nèi)存變量x、y，最終刪除全部內(nèi)存變量。Mydata.mat的全部變量再次裝入內(nèi)存。6、幫助系統(tǒng)的使用使用help指令查找zeros函數(shù)的作用。在指令窗口中輸入sin，用鼠標(biāo)選中此指令，并使用鼠標(biāo)右鍵彈出菜單，選中helponselection。你覺察了什么？此方法也是查詢函數(shù)注解的有效方法，請(qǐng)牢記。7、利用冒號(hào)生成法創(chuàng)立以下數(shù)組：X2=(1,2,3,4,9,8,7,6,5)8、二維數(shù)組的創(chuàng)立，子數(shù)組的尋訪和賦值創(chuàng)立一個(gè)M文件〔文件名為myMatrix.，定義一個(gè)二維數(shù)組A，第一行為11至13026101～1010MAM，并按以下方式尋訪該數(shù)組：AA同時(shí)尋訪A的第三列和第五列；把A的各列按自左至右的次序，首尾相接生成一個(gè)“一維長列把A11221510、20、30；把A11～20。9、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)組的生成和數(shù)組操作函數(shù)生成以下數(shù)組或矩陣：〔1〕414×41行數(shù)組；〔2〕5階單位陣；生成一矩陣A1、23、4diag函數(shù)生成A的對(duì)角線元素所組成的對(duì)角陣。A1～10reshape2×5的數(shù)組B；rot90、flipdim、fliplrfliplr函數(shù)對(duì)B進(jìn)展翻轉(zhuǎn)操作，從返回結(jié)果觀看和總結(jié)各個(gè)函數(shù)的作用。m〕和10、數(shù)組運(yùn)算和矩陣運(yùn)算1 4 22 4 100生成以下矩陣，A BlnA，并進(jìn)展以下計(jì)算：7 9 7 3 42 B的其次列乘以A的第一列；MATLABmaxB中的其次列A中的第一列逐行元素相乘所得矢量中的最大值。提示：ln函數(shù)在matlab中為log四、試驗(yàn)報(bào)告要求1、簡述試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)原理及其要點(diǎn)；2、把試驗(yàn)過程中的結(jié)果以截屏方式保存，并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)展分析和解釋。3、總結(jié)試驗(yàn)中的主要結(jié)論。試驗(yàn)二MATLAB語言的程序設(shè)計(jì)一、 試驗(yàn)?zāi)康?M腳本文件和函數(shù)文件的創(chuàng)立方法，理解兩者在形式上和運(yùn)行上的區(qū)分；23MATLAB程序設(shè)計(jì)的方法以及向量化程序設(shè)計(jì)方法，了解兩者之間的異同；二、 試驗(yàn)原理1M腳本文件和函數(shù)文件MATLAB語言編寫的程序，稱為M文件。M文件是一個(gè)文本文件，它可以用任何編輯程序來建立和編輯，而一般常用且最為便利的是使用MATLAB供給的文本編輯器。M文件可以依據(jù)調(diào)用方式的不同分為兩類：腳本文件(ScriptFile)和函數(shù)文件(FunctionFile)。M文件是MALTAB從前到后挨次執(zhí)行文件所寫的指令，只是一串按用戶意圖排列而成MATLAB指令集合。腳本文件執(zhí)行后，所產(chǎn)生的全部變量都駐留在MALTAB根本工作空間；只有用戶不用clear指令加以去除，且不退出MATLAB，這些變量始終保存在根本工作空間中。根本工作空間隨著MATLAB的啟動(dòng)而產(chǎn)生；只有關(guān)閉MATLAB時(shí)，該根本空間才被刪除。類似于C語言中函數(shù)的定義，M函數(shù)文件是特地用于對(duì)函數(shù)進(jìn)展定義的。對(duì)外界來看，只需關(guān)心函數(shù)的輸入?yún)⒘亢退统鰜淼挠?jì)算結(jié)果，內(nèi)部運(yùn)作可以不需知道。M函數(shù)文件與腳本文件在形式上和運(yùn)行上都不同。函數(shù)文件第一行總是以”function”引導(dǎo)的“函數(shù)聲明行”形式書寫function[x,y,z]=fun(a,b,c)制〔可以很多，也可以沒有。每當(dāng)函數(shù)文件運(yùn)行，MATLAB就會(huì)特地為它開拓一個(gè)臨時(shí)工作空間，該掌握稱為函數(shù)工return，就完畢該函數(shù)文件的運(yùn)行，同時(shí)該函數(shù)空間及其全部的中間變量就馬上被去除。函數(shù)空間隨具體MMATLAB整個(gè)運(yùn)行期間，本文件運(yùn)行產(chǎn)生的全部變量都存放于該函數(shù)空間中，而不是存放在根本空間。3、MATLAB掌握流C語言一樣，MATLAB供給了掌握程序流的構(gòu)造，包括：for循環(huán)while循環(huán)if-else-end分支構(gòu)造switch-case構(gòu)造try-catch構(gòu)造各種構(gòu)造的使用方法與C語言中根本一樣，在此不再贅述。三、 試驗(yàn)內(nèi)容本試驗(yàn)利用MATLAB對(duì)連續(xù)信號(hào)在時(shí)域和頻域上進(jìn)展分析?；貞洝缎盘?hào)與系統(tǒng)》中關(guān)于傅里葉變換的理論根底，完成以下內(nèi)容：1MATLABf f 0

|t|12其他t[-1,1]),其中時(shí)域抽樣點(diǎn)數(shù)為N=200。2假設(shè)時(shí)域信號(hào)f(t)的取值區(qū)間為[tt1 2

]，則其傅里葉變換的表達(dá)式為F)

ft)etdtt1

f(t)ejtdt為了利用MATLAB計(jì)算f(t)的傅里葉變換，可以取f(t)的N

TNNn0

f(t1

nt)e

j(t1

nt)Tt2

t為信號(hào)持續(xù)時(shí)間區(qū)間長度。使用上式可以算出任意頻點(diǎn)的傅里葉變換1F(的主要取值區(qū)間為[,

]，要計(jì)算其區(qū)間均勻抽樣的K1 2

k)

TN1f

nt)ej(k)(tnt)1 N 1n0

1 1 〔2.1〕

為帶寬。K 2 11f(t)準(zhǔn)時(shí)域采樣方式，并取頻域抽樣點(diǎn)數(shù)K=100，利用MATLABfor循環(huán)構(gòu)造計(jì)算F(在[8,8在各個(gè)頻域采樣點(diǎn)的值，并畫出其頻譜圖形。3、2類似，假設(shè)F(的頻帶主要位于[,

]，則傅里葉逆變換可以近似表1 2達(dá)為f(t)

1

F()e

d

K1F

k)e

(

)jt j 1k t2

1k0假設(shè)只關(guān)心f(t)在時(shí)域抽樣點(diǎn)上的值，則有f(t

nt)

K1F

k)ej(k)(tnt)1

1k0

1 1 (2.2)2fort[-1,1]f(t200抽樣點(diǎn)的值，并畫出f(t)的圖形。4MATLAB13使用legend函數(shù)標(biāo)明圖例。比照兩個(gè)圖形，你是否看到了由于信號(hào)抽樣而導(dǎo)致的Gibbs現(xiàn)象？5、式〔2.1〕的累加和可以用內(nèi)積實(shí)現(xiàn)，即一個(gè)行矢量右乘一個(gè)列矢量，將時(shí)域抽樣值f(t1

)、f(t1

t)f(t2

t)寫成列矢量，則〔2.1〕式可以改寫為

f(t) 1 22

k)T[ej(k)t1 111

ej(k)(tt)1 111

ej(k)(t11

t)]

f(tt)11 N f(t2同樣，式(2.2)可改寫為

F() (

1)ef(te1

nt)

[ej(t

nt) e

j()(t1

nt)

j(2

11)(t111

nt)]F 1 )t)t)2依據(jù)以上兩個(gè)等式，利用MATLAB編程，使用向量化計(jì)算的方法重完成試驗(yàn)內(nèi)容2和試驗(yàn)3，并把計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)內(nèi)容23〔通過計(jì)算兩者之間的最大確定誤差，觀看其值是否接近0。6、利用試驗(yàn)內(nèi)容5的代碼，把傅里葉變換和傅里葉逆變換分別寫為兩個(gè)M函數(shù)文件，函數(shù)定義形式為：function[F,w]=Fourier_lab2(f,N,T,K)function[f,t]=iFourier_lab2(F,K,W,N)ft為對(duì)時(shí)域信號(hào)f的采樣點(diǎn)〔即采樣時(shí)刻N(yùn)為對(duì)時(shí)域信號(hào)f的采用點(diǎn)數(shù)，Tf的持續(xù)時(shí)間，K為頻域采樣點(diǎn)數(shù)，F(xiàn)f的傅里葉變換，w為對(duì)F的頻域采樣點(diǎn)，WF的頻域帶寬。利用以上兩個(gè)函數(shù)，寫出M5。四、 試驗(yàn)報(bào)告要求1、簡述試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)原理及其要點(diǎn)；2、把全部試驗(yàn)內(nèi)容涉及的指令都以M文件方式創(chuàng)立并運(yùn)行，保存試驗(yàn)結(jié)果圖形。3、總結(jié)試驗(yàn)中的主要結(jié)論。SIMULINK試驗(yàn)三 交互式仿真集成環(huán)境SIMULINK一、 試驗(yàn)?zāi)康?SIMULINK234SIMULINK仿真的根本配置方法與內(nèi)在運(yùn)行機(jī)制。二、 試驗(yàn)原理Simulink是MATLAB的重要組成局部，供給建立系統(tǒng)模型、選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法、啟動(dòng)仿真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)展仿真、設(shè)置不同的輸出方式來觀看仿真結(jié)果等功能。1Simulink的根本模塊SimulinkSimulink前面的“+”號(hào)，將看到Simulink模塊庫中包含的子模塊庫，單擊所需要的子模塊庫，在右邊的窗口中將看到相器左側(cè)的Simulink欄上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中單擊Openthe‘Simulink’Libray命令，將翻開Simulink根本模塊庫窗口。單擊其中的子模塊庫圖標(biāo)，翻開子模塊庫，找到仿真所需要的根本模塊。Simulink中幾乎全部模塊的參數(shù)都允許用戶進(jìn)展設(shè)置，只要雙擊要設(shè)置的模塊或在模塊上按鼠標(biāo)右鍵并在彈出的快捷菜單中選擇相應(yīng)模塊的參數(shù)設(shè)置命令就會(huì)彈出模塊參數(shù)對(duì)話同樣，先選擇要設(shè)置