MATLAB实验报告最终定稿

MATLAB实验报告机电工程学院姓名：李祖达学号：5901111120专业：机械设计制造及其自动化目录实验一熟悉MATLAB环境认识MATLAB··············································3实验二实验三MATLAB运算础································6MATLAB矩阵分析和理·························8实验四求余弦的积分并绘出像······················11实验五、六用matlab求解多项式并用plot绘制函数图象（常微分程）13········································实验七函数件····································16实验八、九MATLAB程序设计（循环、择）················19实验十采用SIMULINK的系统真·······················24实验十一菜单设计····································27实验一熟悉MATLAB环境认识MATLAB一、实验目的熟悉matlab的安装与启动；熟悉matlab用户界面；熟悉matlab功能、建模元素；熟悉matlab优化建模过程。二、实验设备与仪器1.微机2.matlab仿真软件三、实验步骤1.了解matlab的硬件和软件必备环境；2.启动matlab；3.熟悉标题栏，菜单栏，工具栏，元素选择窗口，状态栏，控制栏以及系统布局区；4.学习优化建模过程。四、实验报告要求1.写出matlab系统界面的各个构成；以及系统布局区的组成；以及每一部分的功能；2.优化建模过程应用举例五、实验内容（一）、Matlab操作界面1.命令窗口（commandwindow）commandhistory）workspace）2.命令历史窗口（3.工作空间管理窗口（4.当前路径窗口（currentdirectory）（二）、实现下列优化建模过程1231、简单矩阵A456的输入步骤。指令：A=[123;456;789]A=1234567892、矩阵的分行输入。A=[1,2,34,5,67,8,9]指令：>>A=[1,2,34,5,67,8,9]A=1234567893、指令的续行输入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、画出衰减振荡曲线ye3sin3t及其它的包络线t。t的取值范围是3ye0[0,2pi]指令：t=[0:pi/4:2*pi];y=exp(-t/3).*sin(3*t);plot(y)5、画出zsin(x2y2)所表示的三维曲面。x,y的取值范围是[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、复数矩阵的生成及运算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实验二MATLAB运算基础一、实验目的及要求：1.掌握建立矩阵的方法。2.掌握MATLAB各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。二、实验内容及程序：１．计算表达式的值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.矩阵的直接建立及矩阵的运算12310A45612（1）请利用直接建立矩阵的方法，采用两种方式建立如下矩阵：；（2）将矩阵A第2至3行中第1，3，4列元素赋给矩阵B；（3）将矩阵A的每个元素加30，并且将第1行和第3行进行交换。(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）建立一个45的零矩阵、单位矩阵和元素全为1的方阵。（2）请使用直接建立矩阵的方法，并结合MATLAB中建立矩阵的函数，生成如下矩阵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．当=0.2，0.4，0.6，0.8时，分别求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、实验结果讨论1.如何访问数组中的元素？设一个矩阵a，访问其第i个元素则为a[i-1]，其中以列为主顺序依次查询2.如何输出显示字符型变量？Sprintf(‘%c’,x)实验三MATLAB矩阵分析和处理一、实验目的1．掌握生成特殊矩阵的方法。2．掌握矩阵分析的方法。4．用矩阵求逆法解线性方程组。二、实验内容1．产生3行二列的单位矩阵、随机矩阵、零矩阵和对角矩阵。>>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．产生5阶希尔伯特矩阵H和5阶帕斯卡矩阵P,求其行列式的值Hh和Hp以及他们的条件数Th和Tp，判断哪个矩阵性能更好，为什么？3．建立一个5x5矩阵，求它的行列式的值、迹、秩和范数296184．已知A20512，求特征值和特征向量，并分析其数学意义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．下面是一个线性方程组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）将方程右边向量第三个元素>>A=[0.95;0.67;0.53];>>X=B\A0.52改为0.53，并比较解的变化X=3.0000-6.60006.6000（3）计算系数矩阵A的条件数并分析结论sqrtm(A)和sqrt(A)，并分析他们的区别6．建立A矩阵，试比较>>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实验四求余弦的积分并绘出图像一、实验目的1、了解绘图工具的使用。实验要求二、1．(不定积分)用int计算下列不定积分，并用diff验证dxxsinx2dx，1cosx，，，xsinx2dx输入以下指令：>>symsx;>>f=x*sin(x^2);>>int(f,'x')ans=-cos(x^2)/2验证：>>diff(-cos(x^2)/2)ans=x*sin(x^2)dx1cosx输入以下指令：>>symsx;>>f=1/(1+cos(x));>>int(f)ans=tan(x/2)验证：>>diff(tan(x/2))ans=tan(x/2)^2/2+1/2(2个)2．(定积分)用trapz,int计算下列定积分2exsin(2x)dx,01sinxdxdxx01sinxx输入指令：>>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的周长3．(椭圆的周长)用定积分的方法计算椭圆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．（二重积分）计算积分指令为：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．(广义积分指令为：>>symsx;)计算广义积分>>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实验五、六用matlab求解多项式并用（常微分方程）plot绘制函数图象一、实验目的1、了解MATLAB中主要用2、dsolve求符号解析解，ode45,ode23,ode15s求数值解。s=dsolve(‘方程2’…,’自变量’)用字符串方程表示，自变量缺省值为1’,‘方程2’,…,’初始条件t。导数用1’，’初始条件D表示，2阶导数用D2表示，以此类推。S返回解析解。在方程组情形，s为一个符号结构。[tout,yout]=ode45(‘yprime’,[t0,tf],y0)采用变步长四阶Runge-Kutta法和五阶Runge-Kutta-Felhberg法求数值解，yprime是用以表示f(t,y)的M文件名，y0表示初始向量值。表示数值解，每一列对应t0表示自变量的初始值，tout表示节点y的一个分量。若无输出参数，则自动作出图形。tf表示自变量的终值，(t,t,…,t),T输出矩阵输出向量yout01node45是最常用的求解微分方程数值解的命令，对于刚性方程组不宜采用。ode23与ode45类似，只是精度低一些。ode12s用来求解刚性方程组，同ode45。可以用helpdsolve,helpode45查阅有关些这命令的详细信息是用格式.3、熟悉二、实验内容plot绘图(2个)1．求下列微分方程的解析解指令为：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)指令为：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的解析解和数值解解析解：,并进行比较（用plot绘图）>>s=dsolve('(1+x^2)*D2y-2*x*Dy','y(0)=1','Dy(0)=3','x')s=x*(x^2+3)+1数值解：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后再命令窗口输入：>>[x,y]=ode23(@myfun_1,[0,1000],[0,1])；>>plot(x,y(:,1),'r+',x,y(:,2),'g*')得到：3．分别用ode45和ode15s求解Van-del-Pol方程d2xdx1000(1x2)x0dt2dtx(0)0,x'0)1.（用plot绘图）的数值解,并进行比较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),'-')实验七函数文件一、实验目的1、理解函数文件的概念。2、掌握定义和调用MATLAB函数的方法。二、实验内容（选作2题）1、定义一个函数文件，求给定复数的指数、对数、正弦和余弦，并在命令文件中调用该函数文件。程序设计：M文件：functionf(x)e=exp(x)ln=log(x)s=sin(x)c=cos(x)end运行结果：>>f(2i)e=-0.4161+0.9093iln=0.6931+1.5708is=0+3.6269ic=3.76222、一个物理系统可用下列方程组来表示：cosmcosmsin00amg1msin1100a121sin0cos1N00m20N10mg22m1、m2和的值，求从键盘输入a1、a2、N1、N2的值。其中g取’9.8,输入时以角度为单位。要求：定义一个求解线性方程组数文件。程序设计：AX=B的函数文件，然后在命令文件中调用该函函数文件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调用in.m的命令文件：>>m1=1;m2=2;t=30*pi/180;>>[a1,a2,N1,N2]=in(m1,m2,t)运行结果：a1=6.5333a2=1.8860N1=7.5440N2=26.13333、一个自然数是素数，且它的数字位置经过任意对换后仍为素数，则称是绝对素数。例如13是绝对素数。试求所有两位绝对素数。要求：定义一个判断素数的函数文件。函数文件：fory=10:99ifisprime(y)a=rem(y,10);b=fix(y/10);c=10*a+b;ifisprime(c)disp(y)endendend运行结果：>>111317313771737997fx11x20.1x30.01，编写一个4f(x)为同阶矩阵。24、设MATLAB函数文件fx.m,使得调用f(x)时，x可用矩阵代入，得出的程序设计：functiony=fx(x)y=1./[(x-2).^2+0.1]+1./[(x-3).^4+0.01]end运行结果：>>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)当f(n)=n+10ln程序设计：时，求y的值。函数文件fn.m:functionx=fn(n)x=n+10*log(n^2+5)end调用fn.m的命令文件：y=fn(40)/(fn(30)+fn(20))运行结果:>>y=0.6390fn122334nn1时，求y的值。（2）当程序设计：函数文件fn.m:functionx=fn(n)ifn<=0x=0;elsex=n*(n+1)+fn(n-1);endend调用fn.m的命令文件：y=fn(40)/(fn(30)+fn(20))运行结果:y=1.7662实验八，九MATLAB程序设计（循环、选择）一、实验目的1、掌握利用2、掌握利用if语句实现选择结构的方法；switch语句实现多分支选择结构的方法；3、掌握循环结构的程序书写方法。二、实验内容1、硅谷公司员工的工资计算方法如下：（1）工作时数超过120小时者，超过部分加发60小时者，扣发15%；（2）工作时数低于700元；（3）其余按每小时84元计发。编程按输入的工号和该号员工的工作时数，计算应发工资。functiongongzi(x,y,a)clear;x=input('请输入工号：a=input('请输入工作时长ifa>120');(小时）：');y=84*120+(a-120)*1.15*84;elseifa<60y=84*a-700;elsey=84*a;endenddisp(['工号为',num2str(x),'的员工工资为：',num2str(y),'元']);3，4，5月输出为春季）end2、用switch…case语句得出各月份的季节（如。请输入月份functionjijie(x)clear;x=input('请输入月份：');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、计算1+3+5+…+99的值，当和大于1000的时候终止计算，要求显示终止时候的求和结果以及最后一位计算的整数值。functionjisuanhe()clear;a=1;y=0;while(y<=1000)y=y+a;a=a+2;enda=a-2;disp(['求和结果:',num2str(y)])disp(['最后一位计算的整数值:',num2str(a)])>>求和结果:1024最后一位计算的整数值:63K632122263的计算。4、分别采用循环语句和（1）循环：sum语句实现i2i0functionjisuank(y)clear;i=0;K=0;while(i<64)K=K+2^i;i=i+1;endK>>K=1.8447e+019（2）sum语句：functionqiuhe(K)clear;i=[1:63];b=2.^i;K=sum(b)>>K=1.8447e+019三、实验要求1、预习，写出自己设计的实验步骤；2、按照实验室规范使用计算机；3、做好实验记录（包括程序和结果）。四、思考题1、break语句和continue语句有什么区别？continue语句只结束本次循环，而不是终止整个循环的执行。break语句则是结束整个循环过程，不再判断执行循环的条件是否成立.2、函数文件和命令文件有何异同？1.函数文件一般都要带参数2.函数文件的变量是局部变量量是全局变量,都要有返回结果,运行期间有效,而命令文件没有参数与返回结果,运行完毕就自动被清除,而命令文件的变,执行完毕后仍被保存在内存中,且保存该函数文件的文件名必须是函数名个自变量,当有多个因变量时用3.函数文件要定义函数名以有多个因变量和多.m。M函数文件可[]括起来。3、写出书中82页第10题的程序运行结果。不知道是什么书..........4、*和.*运算有什么区别？对矩阵进行运算时，*是整个矩阵之间相乘，而.*是维数相同的矩阵中，对应的元素相乘生成新的矩阵。5、如何产生0~20均匀分布的随机整数？20*rand()即可。实验十采用SIMULINK的系统仿真一、实验目的1、熟悉SIMULINK工作环境及特点2、掌握线性系统仿真常用基本模块的用法3、掌握SIMULINK的建模与仿真方法4、子系统的创建和封装设计二、实验内容SIMULINK仿真实际应用.25>>G=tf(25,[1525])s(s5)1.系统开环传递函数,求系统单位负反馈闭环单位阶跃响应曲线。Transferfunction:25--------------s^2+5s+25>>step(G)2.(1)在Simulink集成环境下建立模型，在给定信号作用点处输入单位给定阶跃响应信号，0.3秒后在扰动信号点输入单位阶跃响应信号。并绘制相应的响应曲线。(2)计算仿真结果的超调量、上升时间、峰值时间、稳态误差。超调量:mp=(1.2-0.99)/0.99*100%=21.2%上升时间峰值时间稳态误差:t=0.18ss:t=0.25p:e=1-0.99=0.01ss实验十一菜单设计一、实验目的1.了解图形用户界面的特点。2.掌握菜单设计的方法。3.掌握对话框设计的方法。二、实验内容1.设计菜单菜单条仅有File菜单项，File下有New、Plot和Exit等3个选项。选择Plot将显示下一级菜单，其中有SineWave和CosineWaveSineWave子菜单项，则将打开一个新的图形窗口并显示CosineWave子菜单项，Exit菜单项，则将关闭窗口并推出用户系统回到New时利用Edit命令建立一个新的M文件。选择两个子菜单项，