机械优化设计与Matlab应用上机练习指导书V2.0

机械优化设计与Matlab应用上机实验指导书V2.0班级：学号：姓名：机械学院说明1．由于机械优化设计与Matlab应用是一门实践性很强的课，本实验指导书中上机练习内容是为巩固课堂所学知识安排的。2．要求每次上机必须完成规定的练习内容，课堂上即时完成有难度的在课前要按照相关实验说明做好相应的准备工作。3．明确每一次上机练习的目标，并在每次实验小结表中填入本次练习完成情况及相关实验小结。4．所有实验结束后，要求写出一篇关于这门课的课程小结。5．严格遵守机房的有关管理规定。目录上机练习一MATLAB软件使用初步上机练习二矩阵、向量的创建，字符串及其处理上机练习三程序流程控制及符号工具箱的使用上机练习四MATLAB基本绘图函数的使用上机练习五无约束优化方法编程上机练习六约束优化方法编程。上机练习七优化工具箱典型函数的使用上机练习八机械优化设计工程问题的求解上机练习九总复习1上机实验一MATLAB软件使用初步一、实验目标1．熟悉Matlab界面，并掌握相关基本操作。2．掌握变量创建、变量管理，访问程序及函数文件、命令窗口管理的基本方法。3．在命令窗口中熟练使用各种运算符以及各种常用数学表达式的matlab表示方式。4．熟悉matlab特殊字符的使用说明。二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．首先应熟悉MATLAB7.0运行环境，正确操作2．实验学时：2学时四、实验内容及步骤1．命令窗口的使用；2．变量名的创建，注意大小写是否敏感；3．clear、clearsession、who、whos命令的含义；4．File下拉菜单的SetPath实现路径信息的输入；5．Format函数的使用；6．赋值操作，表达式加分号与不加分号的区别，一行输入多个表达式，特殊字符的使用，各种运算符的使用及优先级的高低；7．帮助系统的使用；8．用Matlab表达式完成如下表达式计算2五、实验报告要求1．将求螺栓刚度的Matlab表达式填入下表；2.小结其余实验内容的心得体会。上机实验二矩阵、向量的创建及数学运算和数据的输入输出一、实验目标1．掌握矩阵和向量的相关基本操作。2．冒号运算符和点运算符的使用。3．字符串的输出以及用INPUT函数输入数据。二、实验环境31．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．实验前应先复习阅读相关Matlab基本命令；2．实验学时：2学时四、实验内容1．矩阵和向量的创建及数学运算，包括x=s:d:f、x=linspace(s,f,n)、x=logspace(s,f,n)；矩阵、向量的转置a’；length()函数的使用；矩阵和向量元素的访问；A*B，A.*B和B*A；2．字符串的创建，num2str函数的使用，disp()函数以及fprintf()的使用。3．INPUT函数进行标量、字符串、向量以及矩阵的输入，体会上述基本操作。4．完成如下计算45.五、实验报告要求1.将实验内容四中的第4和第5题程序段填入下表2.小结实验心得实验小结5上机实验三程序流程控制及符号工具箱的使用一、实验目标1．掌握程序流程控制的4种结构控制命令以及其嵌套结构。2．体会总结如何将算法思想转化为程序。3．一般函数的创建4．符号工具箱的使用二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．实验前应先复习阅读相关Matlab程序流程控制基本命令及符号工具箱的基本语法（参加《matlab原理与工程应用》相关章节）；62．实验学时：2学时四、实验内容1．While循环，if语句，for循环以及switch语句段的运行，体会其语法特征。2．阅读用区域对分的思想完成f(x)=cos(a*x)=0的前五个根的求解的程序段。体会算法如何转化成程序。3．完成如下Matlab编程有函数中需计算的等式为：sin()3xatyxb，请你创建一个函数ComputeXY计算当3,5ab；0:/3:tpipi时的值。a)在Matlab命令窗口中调用b)用主子函数的形式4．给定公式：31()1xefxx若cos()xabw用符号工具箱中的函数求出1.2,0.45,/3()abwfx时的值五、实验报告要求1.将实验内容四中的第3和第4题程序段填入小结表2.小结实验心得实验小结表7上机实验四基本绘图函数的使用一、实验目标1.熟练掌握plot函数的各种使用方法。2.掌握图形注释和可视化提高的基本语句。3.掌握meshgrid命令。4.学会画等高线二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．实验前应先复习阅读绘图函数的基本使用方法。2．实验学时：2学时四、实验内容及步骤1.完成同心圆的绘制；要求：圆心在（1，1）初始半径为5，半径增量为0.52.用meshgrid命令完成如下抛物线族曲线的绘制83．画出下式所表示的外缘固定的方形薄膜形状及等高线图，在0101xy及时，图中的每个方向使用25个网格点23(,)sin(2)sin(3)wxyxy五、实验报告要求1.将实验内容四中的第1-3内容绘图程序段填入小结表2.小结实验心得实验小结表：上机实验五无约束优化方法编程一、实验目标1.掌握梯度法基本思想及计算步骤225,1,2,5yaxa=-＃=其中，-5x92.掌握梯度法的Matlab程序实现过程二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．实验前应先熟悉教材梯度法及共轭梯度法基本思想及算例2．实验学时：2学时四、实验内容及步骤参考教材例题5-1完成如下函数的梯度法编程用梯度法求2212()23fxxx的极小值五、实验报告要求1.将实验内容中的题程序段填入小结表2.小结实验心得实验小结表10上机实验六约束优化方法编程一、实验目标1.掌握惩罚函数法基本思想及计算步骤2.掌握惩罚函数法的Matlab程序实现过程二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．实验前应先复习阅读体会教材惩罚函数法思想及程序实现。2．实验学时：2学时四、实验内容及步骤参考教材例题完成如下函数的惩罚函数法编程用惩罚函数法求下面优化问题11221212min()2..()10fxxxstgxxx五、实验报告要求1.将实验内容中的程序段填入小结表2.小结实验心得实验小结表上机实验七优化工具箱典型函数的使用12一、实验目标1．掌握优化工具箱中求解线性和非线性规划问题的若干典型函数的使用。二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境三、实验说明1．实验前应先阅读linprog，fminbnd，fmincon函数的使用说明2．实验学时：2学时四、实验内容及步骤1.线性规划问题：用linprog函数完成厂址选址问题的求解。考虑A、B、C三地，每地都出产一定数量的原料也消耗一定数量的产品（见下表）。已知制成每吨产品需3吨原料，各地之间的距离为：A—B：150km，A—C：100km，B—C：200km。假定每万吨原料运输1km的运价是5000元，每万吨产品运输1km的运价是6000元。由于地区条件的差异，在不同地点设厂的生产费用也不同。问究竟在哪些地方设厂，规模多大，才能使总费用最小？另外，由于其它条件限制，在B处建厂的规模（生产的产品数量）不能超过5万吨。A、B、C三地出产原料、消耗产品情况表地点年产原料（万吨）年销产品（万吨）生产费用（万元/万吨）A207150B1613120C2401002．非线性无约束规划问题：用fminbnd完成实验五习题的求解。3.约束规划问题：用fmincon函数完成表面积为定值2150m长方体体积最大问题。13五、实验报告要求1.将实验内容四中的第1-3内容绘图程序段填入小结表2.小结实验心得实验小结表14上机实验八机械优化设计工程问题的求解一、实验目标1.掌握实际工程问题的建模2.掌握用优化工具箱函数对工程问题的数学模型的求解3.分析优化结果二、实验环境1．计算机2．MATLAB7.0集成环境，三、实验说明1．本实验为验证性实验，上机前先复习连杆机构相关基础知识2．实验学时：2学时四、实验内容1．完成连杆机构优化的Matlab编程（教材p208）。五、实验报告要求151.将实验内容中程序段填在实验小结表中。2.小结实验心得。实验小结表161718上机实验九总复习实验目标：回顾总结上机练习实验总结表