实验指导书MATLAB程序设计

MATLAB程序设计实验指导书电子信息工程教研室辽宁工业大学2008年8月-1-目录实验一MATLAB语言基础...............................................................-1-实验二MATLAB数值运算...............................................................-6-实验三MATLAB绘图.....................................................................-13-实验四MATLAB建模与仿真.........................................................-15--1-实验一MATLAB语言基础一、实验目的1．学习了解MATLAB语言环境；。2．练习MATLAB命令的基本操作。3．练习m文件的基本操作。二、实验仪器计算机、MATLAB软件环境。三、实验内容及步骤⒈学习了解MATLAB语言环境（1）MATLAB语言操作界面开机执行程序c：\matlab6p5\bin\matlab.exe（或用鼠标双击图标）即可进入MATLAB命令窗口：“CommandWindow”。在命令提示符位置键入命令，完成下述练习。（2）练习DOS相似命令MATLAB语言与DOS操作系统有如下常用的相似命令，在操作界面上练习这些命令。Dirdirc：\matlab6p5\toolboxTypetypeanyprogram.mCdcd..cdtoolbox-2-（3）MATLAB的数据显示格式显示格式有：short,long,hex,shorte,longe,rational等。键入：a=pi；b=exp(1)；由options菜单选项改变数据格式，观察变量值，并作记录。（4）变量查询变量查询命令有who,whos，查询变量并作记录。（5）目录与目录树结构目录项显示命令dir查询当前目录项。（6）路径函数与搜索路径path路径函数which文件定位路径函数path列出MATLAB自动搜索路径清单，执行该命令。（7）联机帮助键入helphelp阅读help函数的使用说明。键入help列出help项。查询前面使用过的命令helpwhohelppath阅读上述函数的功能、使用格式等。（8）字符串查询键入helplookfor阅读MATLAB函数lookfor的功能与使用方法，并使用该命令查询相应的关键词字符串。（9）MATLAB语言演示键入intro-3-阅读MATLAB语言介绍，如矩阵输入、数值计算、曲线绘图等，尽量阅读命令平台上的注释内容，以便尽快了解MATLAB语言的应用。键入demoMATLAB语言功能演示⒉练习MATLAB命令的基本操作（１）键入常数矩阵输入命令a=[123]a=[1;2;3]记录结果，比较显示结果有何不同。b=[125]b=[125];记录结果，比较显示结果有何不同。aa’bb’记录结果，比较变量加＂＇＂后的区别。c=a*bc=a*b’记录显示结果与出错原因。a=[123;456;780]a^2a^0.5记录显示结果。（２）作循环命令程序-4-makesum=0;fori=1:1:100makesum=makesum+i;end键入makesum，按回车键，记录计算结果。（３）分别执行下列命令：a=[123;456;780]poly(a)rank(a)det(a)trace(a)inv(a)eig(a)观察、记录显示结果．使用联机帮助help查阅相应m函数的意义和函数格式，并作记录。⒊练习m文件的基本操作打开file菜单，其中有“openM-file”用于打开m文件“runM-file”用于执行m文件可以自由练习上述两项操作。注意：大部分m文件需要相应的数据才可以运行，此时命令平台上给出警告提示。例如：打开：plot.m阅读绘图命令的功能以及变量格式执行penddemo.m观察倒立摆控制系统的演示四、分析整理实验数据，写出实验报告按照上述步骤进行实验，并按实验记录完成实验报告及思考题。-5-五、思考题1．变量查询命令who和whos的区别是什么，各自用在什么场合？2．循环命令中的步长意义。-6-实验二MATLAB数值运算一、实验目的1．学习MATALB的基本矩阵运算。2．学习MATLAB的点运算。3．学习复杂运算。二、实验仪器计算机、MATLAB软件环境。三、实验内容及步骤在下面的实验操作中，认真记录每项操作的作用和目的1．基本矩阵运算（１）创建数值矩阵键入a=[123;456;789];观察a(3,2)a(：,1)键入t=0：10；u=0：0.1：10;观察-7-向量t,u的值键入a(：,3)=[2;3;4];a观察矩阵a的变化。键入b=[11+2i;3+4i3];观察复数矩阵。（２）特殊矩阵分别建立3×3、3×2和与矩阵a同样大小的零矩阵，建立4阶单位阵。观察特殊矩阵。（３）矩阵运算键入a=[010;001;-6-11-6];b=[12;34;56];c=[110;011];作矩阵乘运算（各种组合至少3个），矩阵乘方运算（至少2种），矩阵加减运算a1=a+b*ca2=c*b-a(1：2,1：2)a3=a(1：2,2：3)+c*b矩阵a和b右除（常规除）、左除（４）矩阵特征完成如下矩阵特征运算（至少5个）-8-a’inv(a)diag(a)tril(a)inv(a)poly(a)rank(a)det(a)trace(a)eig(a)2．MATLAB的点运算（１）练习点乘与点除a1=[12；34]a2=0.2*a1;观察[a1a2][a1.*a2a1./a2]由点运算完成标量函数运算并作图。（２）正弦、余弦函数t=0：2*pi/180：2*pi;y1=sin(t);y2=cos(t);y=y1.*y2;plot(t,[y;y1;y2];（３）复数函数w=0.1：0.1：2;g1=(1+0.5*w*i)/(1-0.5*w*i)g1g2=(1+0.5*w*i)./(1-0.5*w*i)g2plot（g2);xlabel(‘realg2(w)’);ylabel(imagg2(w)’)axis(‘square’)3．多项式运算-9-（１）建立多项式向量ap=[1331]b=[-1-2-3];bp=poly(b)（２）多项式乘与根p=conv(ap,bp)roots(p)（３）多项式运算a=[1234];b=[1–1];c=a+[zeros(1,length(a)-length(b)),b]poly2str(c,’x’)polyvalm(a,3)4．代数方程组(选做)（１）恰定方程组AX=BX：n×1,A：n×n,B：n×1方程组的解X=A-1BorX=A\B方程为[12;23][x1x2]=[813]a=[12;23];b=[8;13]方法１：逆矩阵求解。X=inv(a)*b方法２：矩阵左除求解X=a\b（２）超定方程组AX=BX：n×1,A：m×n,B：m×1,mn-10-方程组的解X=(ATA)-1ATBorX=A\B方程为[12；23；34][X1X2]=[123]a=[12；23；34]；b=[1；2；3]；方法１：正则方程求解。X=inv(a’*a)*a’*b方法２：矩阵左除求解X=a\b（３）欠定方程组AX=BX：n×1,A：m×n,B：m×1,mn方程组的解X=X—BorX=A\B式中，X—维矩阵Ａ的满足式AX—A=A的广义逆矩阵。方程为[123；234][X1X2X3]=[12]方法１：广义逆矩阵求解。aa=[123;234];bb=[1;2]X=pinv(aa)*bb方法２：矩阵左除求解。X=aa\bb由于欠定方程组的解是非唯一的，因此矩阵左除解是由基础解系构成的最小范数解，解元素中字少出现（n—m）个零元素；而广义逆矩阵解向量则不是最小范数解．-11-5．数值分析(选做)（１）基本统计a=randn(1,100)t=1：100;plot(t,a)am=mean(a)as=std(a)amed=median(a)（２）快速傅里叶变换t=1：256;y=sin(2*pi/8*t)+rand(size(t));ty=fft(y);subplot(211),plot(t,y);subplot(212),plot(t,ty);6．函数优化(选做)（１）寻找函数f=x2+3x+2在[—5,5]区间的最小值fmin(’x^2+3*x+2’,-5,5)（２）不等式约束条件下的优化问题min：f(x)=ex1(4x12+2x22+4x1x2+2x2+1)sub：1.5+x1x2-x1-x2=0-x1x2=10x0=[-1,1];给定初值options=[];默认参数[x,options]=constr([‘f=exp(x(1))*(4*x(1)^2+2*x(2)^2+…4*x(1)*x(2)+2*x(2)+1；’,…‘g(1)=1.5+x(1)*x(2)–x(1)–x(2)；’,…‘g(2)=-x(1)*x(2)-10;’],x0,options)；部分解答-12-x=-9.54741.0474函数值options(8)ans=0.0236约束条件值g=[1.5+x(1)*x(2)–x(2),-x(1)*x(2)-10]g’=1.0e-014*[0.1110-0.1776]（３）各种约束条件的优化问题键入tutdemo四、分析整理实验数据，写出实验报告按照上述步骤进行实验，并按实验记录完成实验报告及思考题。五、思考题1．矩阵左除和右除的区别。2．点乘除和常规乘除的区别。-13-实验三MATLAB绘图一、实验目的1．学习ＭＡＴＬＡＢ的各种二维绘图。2．学习ＭＡＴＬＡＢ三维绘图。3．MATLAB的绘图修饰（多种绘图，绘图注释，绘图颜色，色图矩阵）。二、实验仪器计算机、MATLAB软件环境。三、实验内容在下面的实验操作中，认真记录每项操作的作用和目的1．基本二维绘图（1）在0≤X≤π区间内，绘制曲线y1=sin(2πx)，y2=cos(2πx)，要求（1）应用保持作图、矩阵作图方法分别绘制在同一窗口中；（2）设定颜色为红色和绿色；（3）分别在不同窗口绘图；（4）子图绘图，在一个窗口分别绘制4个子图：y1,y2,y1和y1+y2,y2和y1-y2(位置排列可随意安排)（2）某工厂2004年各月总产值（单位：万元）分别为24、65、82、96、57、21、5、17、15、89、54、22，试绘制折线图以显示出该厂总产值的变化情况（3）用不同标度在同一坐标内绘制曲线y1=e-0.5xsin(2πx)及曲线y2=1.5e-0.1xsin(x)（4）用图形保持功能，在同一坐标内绘制曲线y=2e-0.5xsin(2πx)及其包络线，并加网格线。2．各种二维绘图-14-(1)某次考试优秀、良好、中等、及格、不及格的人数分别为：7,17,23,19,5，试用饼图作成绩统计分析。(2)绘制复数的相量图：3+2i、4.5-i和-1.5+5i。(3)绘制正弦曲线的极坐标图、直方图、离散棒图、阶梯图3．三维绘图（1）分析由函数z=x2-2y2构成的曲面形状及与平面z=a的交线；（2）设计一个直径不断变化的球体（选做）。四、分析整理实验数据，写出实验报告按照上述步骤进行实验，并按实验记录完成实验报告及思考题。五、思考题1．多窗口绘图的方法有几种？2．子图绘图中各参数意义。-15-实验四MATLAB建模与仿真一、实验目的1．了解学习ＭＡＴＬＡＢ常用工具箱的基本内容。2．学习ＭＡＴＬＡＢ工具箱的查询与使用。3．学习应用Simulink建模与仿真方法。二、实验仪器计算机、MATLAB软件环境。三、实验内容及步骤１、MATLAB的目录树目录树结构如下：c:\matlab6p5\binextern\simulink\toolbox\control\……………………symbolic\unitools\２、Tool