专业基础实践Matlab运算与正弦激励一阶电路分析

课程设计任务书 学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 课程设计名称： 专业基础实践课程设计题目：Matlab 运算与正弦激励一阶电路分析初始条件：1. Matlab7.1 以上版本软件；2. 专业基础实践辅导资料：“Matlab 语言基础及使用入门” 、 “Matlab 及在电子信息课程中的应用” 、 “线性代数”及“信号处理类”相关书籍等；3. 先修课程：高等数学、线性代数、电路、Matlab 应用实践及信号处理类基础课程等。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 实践内容：根据指导老师给定的 7 套题目，按规定选择其中 1 套独立完成；2. 本专业基础实践统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析，完成针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设计框图，编写程序代码（含注释） ，上机调试运行程序，记录实验结果（含计算结果和图表等） ，并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括： 初步了解 Matlab、熟悉 Matlab 界面、进行简单操作等； Matlab 的数值计算：创建矩阵、矩阵运算、多项式运算、线性方程组、数值统计等； 基本绘图函数：了解 plot, plot3, mesh, surf 等，要求掌握以上绘图函数的用法、简单图形标注、简单颜色设定等； 使用文本编辑器编辑 m 文件，会函数调用等； 能完成简单电路的 Matlab 编程分析； 按要求参加专业基础实践的实验演示和答辩等。3. 课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： 目录；与设计题目相关的理论分析、归纳和总结；与设计内容相关的原理分析建模、推导、可行性分析；程序设计框图、程序代码（含注释） 、程序运行结果和图表、实验结果分析和总结；课程设计的心得体会（至少 500 字） ；参考文献（不少于 5 篇） ；其它必要内容等。时间安排：1.0 周（分散进行）指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录1. MATLAB 简介（1）2.具体题目分析(3）2.1 试题 1(3)2.2 试题 2(3)2.3 试题 3(4)2.4 试题 4(5)2.5 试题 5 (11)2.6 试题 6 (12)2.7 试题 7 (12)2.8 试题 8 (13)2.9 试题 9 (14)2.10 试题 10 (15)2.11 试题 11 (16)3.课程设计心得体会 (18)4.参考文献 (19)5.本科生课程设计成绩评表 (20)11. MATLAB 简 介MATLAB 的名称源自 Matrix Laboratory,1984 年由美国 Mathworks 公司推向市场。它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB 将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛的应用于科学计算、控制系统和信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。MATLAB 软件包括五大通用功能，数值计算功能（Nemeric） 、符号运算功能（Symbolic） 、数据可视化功能（Graphic） 、数字图形文字统一处理功能（Notebook）和建模仿真可视化功能（Simulink） 。其中，符号运算功能的实现是通过请求 MAPLE 内核计算并将结果返回到 MATLAB 命令窗口。该软件有三大特点，一是功能强大；二是界面友善、语言自然；三是开放性强。目前，Mathworks 公司已推出 30 多个应用工具箱。MATLAB 在线性代数、矩阵分析、数值及优化、数值统计和随机信号分析、电路与系统、系统动力学、图像处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统以及财政金融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C，FORTRAN 等语言完相同的事情简捷得多，并且 math work 也吸收了像 Maple 等软件的优点,使 MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对 C，FORTRAN， C+ ，JAVA 的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的 MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB 应用：MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作：数值分析 数值和符号计算 工程与科学绘图 控制系统的设计与仿真 数字图像处理 2数字信号处理 通讯系统设计与仿真 财务与金融工程 MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。 32.具体题目设计、实现及分析2.1 y1= 和 y2=5cos(0.6)235cos(0.2)32.1.1 理论分析这是利用 matlab 处理数值运算的题目。在 matlab 中有很多内部函数和固定变量。这里就要用到 cos()，sqrt()等函数以及固定变量 Pi.2.1.2 程序代码y1=5*cos(0.6*pi)/(2+sqrt(3) %计算 y1 的表达式y2=5*cos(0.2*pi)/(3+sqrt(3) %计算 y2 的表达式2.1.3 运行结果 y1=5*cos(0.6*pi)/(2+sqrt(3)y1 =-0.4140 y2=5*cos(0.2*pi)/(3+sqrt(3)y2 =0.85482.1.4 题目总结我们注意到 Matlab 中的 pi 与真正的 有差距，而且数字与因式相乘要使用乘法符号* 。Matlab 中的表达式的优先级与 C 语言等汇编语言一样，通过这个计算，了解到 matlab 有处理数据计算的功能。2.2 绘制函数 在 时的曲线。sinxye10x2.2.1 理论分析利用 matlab 软件绘制曲线图。可以用 plot（）函数。2.2.2 程序代码x=0:0.001:1; %确定 x 的取值范围y=x.*exp(-x).*sin(x)； %用 x 表达出 yplot（x,y） %调用 plot 函数2.2.3 运行结果如图 2.2.3（横轴为 x,纵轴为 y） 40 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 100.050.10.150.20.250.30.35图 2.2.32.2.4 题目总结plot 函数可以用于绘制函数图像，调用简单而且方便。2.3 用图形表示离散函数 。1(6)nye2.3.1 理论分析在 matlab 的二维曲线绘图指令中，最基本的是 plot，plot 的调用格式为：plot（x,y,s）,其中 x,y 为同维向量，绘制分别以 x 为横坐标，y 为纵坐标的曲线；s 为可选项，用于图形修饰。在此题中还用到绝对值的函数abs（） 。2.3.2 程序代码 n=1：20； %取 1 到 20 的正整数 y=1./abs(n-6).*exp(n); %离散变量表达式plot(n,y,b.) %用蓝色的点绘制2.3.3 运行结果如图（横轴为 n,纵轴为 y）50 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2000.010.020.030.040.050.060.070.08图 2.3.32.3.4 题目总结在描点的时候 n=6 的点没有画出，因为在 n=6 时分母为 0，函数值为 inf，即无穷大。用 plot 函数可以定义所描述的点的大小、形状和颜色。2.4 分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。a) X=0:0.5:20;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);(2) A=zeros(4,5)A(:)=-4:15L=abs(A)4islogical(L)X=A(L)(3) A=1:5;6:106pow2(A)(4) A=zeros(5,6)A(:)=1:30A=A*(1+i)A1=A.;B1=A;(5) A=ones(2,3)B=ones(3)C=eye(4)D=diag(C)E=repmat(C,1,3)2.4.1.1 理论分析用 plot 函数可对图形进行标注。如此题中 xlabel,ylabel 分别为坐标轴标记，title 为标题标记。2.4.1.2 程序代码x=0:0.5:20; %产生一组自变量数据y=x.*exp(-x); %数组的乘法 plot(x,y),xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);%对函数图形标注坐标轴和标题2.4.1.3 运行结果如图 2.4.1.3 所示70 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2000.050.10.150.20.250.30.350.4xyy=x*exp(-x)图 2.4.1.32.4.2.1 理论分析在 matlab 中有多种方法生成矩阵，此题主要要运用特殊函数生成法，如题中 zeros()生成一个元素全为 0 的矩阵。L 为逻辑数组，其元素是0 或 1。 2.4.2.2 程序代码A=zeros(4,5) %定义一个 4x5 的全零矩阵A(:)=-4:15 %将元素-4 到 15 按列取出生成 4 行 5 列数组L=abs(A)4 %绝对值大于 3 的值变为 1，小于 3 的为 0islogical(L) %判断 L 是不是逻辑数X=A(L) %取出 A 中大于 1 的元素组成一个新矩阵2.4.2.3 运行结果A=zeros(4,5)A =0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 A(:)=-4:15A =-4 0 4 8 128-3 1 5 9 13-2 2 6 10 14-1 3 7 11 15 L=abs(A)4L =0 0 0 1 10 0 1 1 10 0 1 1 10 0 1 1 1 islogical(L)ans =1 X=A(L)X =5678910111213