专业基础实践报告

课程设计名称：专业基础实践课程设计题目：Matlab运算与含有受控源电路的戴维南定理应用分析初始条件：Matlab7.1以上版本软件；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；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）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；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。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：①目录；Q）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）目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"概述 1\o"CurrentDocument"理论及原理分析 2\o"CurrentDocument"2.1设计内容要求 2\o"CurrentDocument"2.2矩阵生成 4\o"CurrentDocument"2.3plot()函数 5\o"CurrentDocument"2.4Matlab中乘法使用 5\o"CurrentDocument"程序设计及实现 6\o"CurrentDocument"3.1第一题 6\o"CurrentDocument"3.2第二题 6\o"CurrentDocument"3.3第三题 73.4第四题 8\o"CurrentDocument"3.5第五题 12\o"CurrentDocument"3.6第六题 13\o"CurrentDocument"3.7第七题 14\o"CurrentDocument"3.8第八题 14\o"CurrentDocument"3.9第九题 16\o"CurrentDocument"3.10第十题 17\o"CurrentDocument"3.11第一题 19\o"CurrentDocument"实验结果分析 22\o"CurrentDocument"心得体会 23\o"CurrentDocument"参考文献 24概述Matlab翻译为“矩阵实验室”，该技术手段在信号处理系统中得到了较为广泛地应用。Matlab作为信号处理方法中的一种，能够对在信号处理过程中。对信号进行有效地检测和变换，并且在滤波和识别过程中，发挥着重要作用。将Matlab应用于信号处理系统当中，对于提升系统性能，发挥Matlab信号处理系统功能和作用来说，起到了至关重要的作用。在进行信号处理过程中，Matlab发挥了重要的作用，这一过程中，需要对Matlab滤波器、频域变换、图像显示功能进行应用。Matlab在信号处理过程中，主要通过对离散模块、信号系统模块等进行应用，对信息进行滤波、采集、输出、仿真测试等操作。基于Matlab的信号处理系统，能够在信号处理工作中得到广泛地应用，这与Matlab技术本身的强大功能不可分割。同时，Matlab信号处理系统应用过程中，需要注重对编程程序的有效应用，能够保证Matlab在实际应用过程中，发挥应有作用。基于这一点，Matlab需要进行不断完善，并且需要对Matlab利用的适应性问题进行慎重考虑，保证系统设计过程中，发挥Matlab滤波器、图像显示、频域转换的功能。理论及原理分析2.1设计内容要求己知t=linspace(0,2*pi,6),求t的正弦和正弦的绝对值。绘制函数y=xe—'在OKx<l时的曲线。己知a=[l,3,0;2,0,l;4,6,5],al=logical([l0l]),a2=logical([l1O]),b=a>l,求a(al,a2)和a(b)o分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。Q)X=0:0.25:3;Y=X.*exp(-X);plot(X,Y)^label(<x,),ylabel('y，),title(cy=x*exp(-x)');A=zeros(3,5)A(:)=-4:5L=abs(A)>4islogical(L)X=A(L)A=[l:5;6:10]pow2(A)A=zeros(3,2)A(:)=1:6A=A*(1-H)A1=A?;B1=A\A=ones(2,3)B=ones(2)C=eye(4)D=diag(C)E=repmat(C,l,3)计算y=2x，+0.1x3-10在钏]与10处的值。,1111+——+——+ 求函数2333 i】3,n=io0的值。求1500个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。用图形表示连续调制波形y=sM)sin(9t),运行下面的程序，观察结果，并简单说明。tl=(O:ll)/ll*pi;yl=sin(tl).*sin(9*tl);t2=(0:100)/100*pi;y2=sin(t2).*sin(9*t2);siibplot(2,2,1),plot(tl,yl,T.),axis([0,pi,-l,l]),title(，子图Q))siibplot(2,22),plot(t2,y2,T.),axis([0,pi,-l,l]),title(，子图(2))subplot(2,2,3),plot(tl,yl,tl,yl,T.)axis([O,pi,-l,l]),titlef子图(3))siibplot(2,2,4),plot(t2,y2)axis([O,pi,-l,l]),titlef子图⑷)3X]-x2+2x3=9<・5X]+x2+3x3=5己知方程组|x】-X2+4x3=8,用矩阵除法来解线性方程组。己知y=e』cos(t),其中t的范围是[010],计算y的微分和积分并给出曲线图。.在如题图1所示的电路中，己知U1=lOZ-45cV<y=io3rad/s,R/2Q,C=l()3依，l=0.4i】)H,求Zl(可任意变动)能获得的最大功率。2.2矩阵生成Vl＞元素输入法这是最简单，也是最常用的一种矩阵的生成方法。例如：»A=[l,2/3；4,5/6;7/8,9]»B=[123;456;789]注意：整个矩阵必须用”[]”括起来；矩阵的行与行之间必须用”;”或回车键“Enter“隔开；元素之间必须用逗号“，”或空格分开。＜2＞均匀采样生成用法：linspace(xl,x2,N)功能：linspace是Matlab中的均分计算指令，用于产生xl,x2之间的N点行线性的矢量。其中xLx2、N分别为起始值、终止值、元素个数。若默认N,默认点数为100o相关函数：logspace用法：x=logspace(a,b,n)功能：logspace(a,b,n)生成一个(lxn)数组，数据的第一个元素值为a,最后一个元素为b,n是总采样点数。需要注意的是，此时产生的数组元素在10"到10?上并不是均匀分布的，而形成一个对数曲线。＜3＞儿种特殊矩阵的生成方法1、 A=[]%空矩阵2、 A=zeros(2,3)%生成元素全为零的2x3矩阵3、 A=ones(2,3)%生成元素全为1的2x3矩阵4、 A=rand(2,4)%生成随机的2x4矩阵5、 矩阵的提取：A=[l:5;6:10;3:7]B=A(2:3,2:4)%提取矩阵A的第2,3行与第2,3,4列交义处的元素。6、 A=magic(3)%创建魔方矩阵。7、 A=eye(3,4)%使用eye(m,n)可得到一个允许的最大单位矩阵，其余处补0。2.3plot()函数1、 Plot(y)当y为向量时，是以y的分量为纵坐标，以元素序号为横坐标，用直线依次连接数据点，绘制曲线。若y为实矩阵，则按列绘制每列对应的曲线。2、 plot(x,y)若y和x为同维向量，则以x为横坐标,y为纵坐标绘制连线图。若x是向量，y是行数或列数与x长度相等的矩阵，则绘制多条不同色彩的连线图，x被作为这些曲线的共同横坐标。若x和y为同型矩阵，则以x,y对应元素分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵列数。3、 plot(xl,yl,x2,y2, )在此格式中，每对x,y必须符合plot(x,y)中的要求，不同对之间没有影响，命令将对每一对x,v绘制曲线。以上三种格式中的x,y都可以是表达式。plot是绘制一维曲线的基本函数，但在使用此函数之前，须先定义曲线上每一点的x以及v坐标。2.4Matlab中乘法使用Matlab中乘法包括点乘和又乘。＜L＞数与矩阵的乘法：(m等价于m.)mXA:m与A中各元素相乘v2＞矩阵与矩阵的乘法：AXB:A、B矩阵按线性代数中矩阵乘法运算进行相乘(注意维数匹配)A.*B:A、B对应元素相乘(注意维数相同)程序设计及实现3.1第一题1.己知t=linspace(0/2*pi/6),求t的正弦和正弦的绝对值。代码：symsab %定义两个符号变量t=linspace(0z2*pi,6);%范围0"2pi,元素个数为6a=sin(t),y=abs(t)实验截图:"ft®口>>symsab %定义两个符号变里t=linspace(0,2*pi,6):a=sin(t),y=abs(t)00.9511 0.5878-0.5878-0.9511-0.0000y=01.2566 2.5133 3.7699图1t的正弦和余弦5.02656.28323.2第二题绘制函数y=xe-x在O<X<1时的曲线。代码：x=O:O.OOl:l;y=x.*exp(-x);Plot(x,y)titled电信1403一苏静，)

实验截图:伺Figure文件旧1- □ X9查看(Y)插入(D工具①桌面。窗口(W)蓄助⑥ '<%◎曼北，息□0■Q图2函数y=xe'图像3.3第三题己知a=[l,3,0;2/0,l;4/6/5]/al=logical([l0l]),a2=logical([l1O]),b=a>l,求a(al,a2)和a(b)o代码：a=[L3,0；2,0,l;4,6,5];al=logical([l01]);%向量ala2=logical([110]);%向量a2b=a>l; %a中大于1的元素=1,反之=0a(alza2) %提取al行，a2列的元素a(b) %提取b矩阵对应位置为1的a矩阵元素

实验截图:»a=[l,37实验截图:»a=[l,370;2?0,L;4,6,□];al=Logical([L0L]):a2=logical([110]):b=a>l::a(aLa2)a(b)ans=1 3ans=2436—Q图3a(al,a2)和a(b)结果图34第四题U!4.分析下面每条指令的功能并运行，观察执行结果。Q)X=0:0.25:3;%乂取值设定0-3,步长0.25Y=X.*exp(-X);plot(X,Y),%y=x-xlabelfx1),ylabel(V),title('y=x*exp(-x)');%显小图形

执行结果：■Figure1 — □X文件⑥某辑⑥»(V)插入(1)工具①堂面位)窗口妪I智助凹百百扁R巨瓦可®豆*▼旧T口国丧回图4y=x*exp(-x)图像(2)A=zeros(3,5),%产生3*5的零矩阵A(:)=-4:10, %给矩阵赋值，-4~5,步进1L=abs(A)>4,%判断矩阵绝对值是否大于4islogical(L),%若L为逻辑值，返回1,反之返回0X=A(L) %提取L矩阵对应位置为1的A矩阵元素执行结果：

iapp行窗口>>A=zeros(3,5)iapp行窗口>>A=zeros(3,5)A(:)=-4:107L=abs(A)>4,islogical(L),X=A(L)7A=0 0000 0000 000瞧铜口L=0000000ans=1008X=56■J189g1010图5执行过程A的变化及最终结果⑶A=[L5；6:10] %产生*蚩哀】pow2(A) %返回数组，数组元素变成2原来A元素次方执行结果:»A=E1:5:6:»A=E1:5:6:10]pow2(A)L23456iS9L0ans=248163264128256512L024图6矩阵A及A*A

A=zeros(3,2)%生成3*2的0矩阵A(:)=l:6%给入赋值1~6,步进1A=A*(l+i)%入的元素分别*(1+i)A1=A「％对A进行数组转置B1=A,%对A进行矩阵转置执行结果:»A=zeros<3,2)A<:)=1:6A=A*(14-£)A1=A.'E1=A^1.0000+2.0000+3.0000十Al=1.0000+A=zeros(3,2)%生成3*2的0矩阵A(:)=l:6%给入赋值1~6,步进1A=A*(l+i)%入的元素分别*(1+i)A1=A「％对A进行数组转置B1=A,%对A进行矩阵转置执行结果:»A=zeros<3,2)A<:)=1:6A=A*(14-£)A1=A.'E1=A^1.0000+2.0000+3.0000十Al=1.0000+4.0000+Bl=1.0000-4.0000-1.000012.000013.000011.000014.000011.000014.000014.0000+5.0000+6.0000十2.0000+o.OOOO+2.0000-5.0000-4.00001o.000016.0000i2.00001o.000012.00001o.OOOOi3.0000+3.0000i6.0000+6.000013.0000-3.0000i6.0000-6.0000i图7矩阵A的转置及共貌矩阵⑸A=ones(2,3) %生成2*3的1矩阵B=ones(2) %生成2*2的1矩阵C=eye(4) %生成4*4的单位矩阵D=diag(C) %获取C的对角线元素矩阵E=repmat(C,l,3)%将C变成1*3的新矩阵执行结果:

命令E口,令行蜀口 1>>A=on.es(2,3) c=B=ones(2)10 0 0C=eye(4)0 10 0D=diag(C)0 0 10E=xepma.t(C,1,3) 0 0 0 1A=D=1111111111B=E=11 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 001000100010011 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0000100010001图8各矩阵元素值3.5第五题5.计算y=2x，+0.1X3-10在x=o・i与10处的值。代码：x=20,0.1,0,0,-10];y=polyval(y,0.1);y=polyval(y,10);实验截图:工作区命令国口名称▲Bayja1a2士iansSb士ly值[1己0;2,0」;4,6,5]1x3logicaf1x3logicaf[2;4；3；6;5]3x3logics/[2,0,0.1000,0,0,-10]-9.99991 v1Juu»叔2,0,0.1,0,0,-10]:y=polyval(x,0.1):图9x在0.1处y的值

工作区名称▲值工作区名称▲值a[130;2,0」;4,6,5]a11x3logicala21x3logicalans[2;4;3;6;5]b3x3logicalX[2,0,0.1000,0,0,-10]y200090命令硒口»x=C2,0,0.1,0,0,-10]:y=polyval(x,10):图10x在10处y的值3.6第六题1+——+——+•・・+——6.求函数 2333n3,n=io0的值。代码：n=100; %设置n的值k=l:n; %循环变量直至k=n=100f="-3;%求(g)值y=sum(f) %求和实验截图:命口 I»n=L00;*设置n的值k=l:n:%循环变里直至k=n=L00f=k."一3:(l/k~(-3))值y=sum(f)%求和弟1.20201图11函数求解结果

3.7第七题7.求1500个元素的随机数向量A中大于0.5的元素个数。%产生随机数%判断是否大于0.5%产生随机数%判断是否大于0.5%累加计数n=sum(y)实验截图:命令饷口»x=rand(1500,1):W产生随机数y=x>0.5： 牛判断是否大于。.5n=sum(y) &累加计数n=745>>:c=rand<1500,1):%产生随机数y=x>0.5; 闹断是否大于0.5n=sum(y) %累加计数n=759图12程序两次执行结果3.8第八题用图形表示连续调制波形y=m】(t)sin(9t),运行下面的程序，观察结果，并简单说明。代码1:symsty=sin(t)*sin(9*t); %显示sin(t)sin(9t)的波形

ezplot(y)xlabel(*xW)ylabelfy轴，)title('y=sin(t)*sin(9*t)电信1403—苏静，) ％设置标题实验截图1:诙Figure1 — □X文件CB编晕旧ra(Y)插入CDTMCD桌面。窗口应i替助(H)□E3日可叫四关郸伺至*了撰了口国|■回10.8060.40.2＜。-0.4-0.6-0.8-1y=sin(t)asin(9*t)电信1403—y=sin(t)asin(9*t)电信1403—苏静图13函数尸=如(次讪圆图像tl=(O:ll)/ll*pi;%将tl在0~pi分成12段yl=sin(tl).*sin(9*tl); %调制波形t2=(0：100)/100*pi; %将t2在0~pi分成101段y2=sin(t2).*sin(9*t2);%调制波形subplot(2,2,l), %将窗口分为四个plot(tl,yl；r'), %描点axis([0,pi,-Ll]), %设置x,y轴的数值titled子图(I)1 %显示标题subplot(222),plot(t2,y2,k),axis([0,pi,-Ll]),titled子图(2)')subplot(223),plot(tLyLt2,y2「r:')

axis([O,pi,-Ll]),title(・子图(3)')subplot(224),plot(t2,y2)axis([O,pi,-Ll]),title(・子图(4)1)实验截图2：▲Figure1 — □X文件任）躺辑㈤查看M插入（D工具CD桌面。窗口㈣）W（h）r图(2)昌吨公0⑥页w口目I■回r图(2)图14程序执行结果四个子图3.9第九题.3X]-x2+2x3=9<.5X]+x2+3x3=59.己知方程组lxi-x2+4x3=8,用矩阵除法来解线性方程组。代码：A=[3,-l,2;-5,l,3;l,-l,4];%方程左边x。勺系数b=[9;5;8]; %方程右边的值xinv=inv(A)子图⑴1 ••05子图⑴1 ••05•0-0.5 .<•-1 0 12 3实验截图:命令E口 1»A=C3,-L,2;-5,1,：b=[9:5:8]:xinv=inv(A)*bxinv=3;1,-1,4]:匕方程左边芝的系数、方程右边的值%求浅5,50。。17.50005.0000图15求解结果3.10第十题10.己知y=e』cos(t),其中t的范围是[010],计算y的微分和积分并给出曲线图。(1)微分代码：symst;y=exp(-l)*cos(t);x=diff(y,t)t=0:0.1:10;x=subs(x,t); %用数值代替符号变量替换函数，将sym转化成为Doubleplot化X)；title('微分电信1403-苏静，)实验截图：»symst:y=exp(-l)*cos(t):x=diff(y,t)t-0:0.1:10;x=subs(x.t)plot(t,x);titlc(,^分电港1403苏筋'>-(828390857088487*sin(t))/2251799813685248

本figure1 — □X文件(F!•碱臼萱有(V)值入⑴ZftfT)jgffi(D)ECWS*(H)。曰Q 制唱业，1屈［□曰I■口微分电信1403™J「海0.40.30.20.10-0.1-0.2-0.3-0.40123456789 10图17微分图像（2）积分代码：symst;y=exp(-l)*cos(t);%定积分%不定积分%用数值代替符号变量替换函数，将%定积分%不定积分%用数值代替符号变量替换函数，将sym转化成为Doubles=int(yzt)t=0:0.1:10;s=subs(s,t);plot(t,s);title('积分电信1403-苏静')实验截图:»synst:>'=expi-l)*cos(t):x-int(y,t,0,10)s=intly.t)t-0.0.1：10；3-3Ub3(5.t):plot(i,s):电信103—■苏静D(828390857088487*£Ui(L0»/2251799813685248(828390857088487*£ina))/2251799813685248A»l

,Figure1文♦:KD踏日 括MJIS®ifi©»3（w）确凹曰曰g幻也©垂v・i。□四|・01图19积分图像3.11第^一题11.在如题图1所示的电路中，已知Ui=10Z-45°V^=103rad/s,&=1。,R/2。，CEO’班，L=0.4mH,求Zl（可任意变动）能获得的最大功率。解：据题意分析可知，为了能够输出最大功率，根据戴维南定理可知，当等效阻抗Zeq（从be端往左看）等于Zl时，Zl上可以得到最大功率输出尸以以=些,所以我们要求出2舛，而为了求我们采取&q=开路电压/短路电流。因为电路中含有受控源，所以，我们可以将此断开后加入一个电流源，然后

以C为参考点，列写节点电压方程：a点’（技+斗瑙）"“一却会b点：一;"a+ L+S^2 k2「一开路电压：uoc=ub解得：Y短路电流：4=1乙一45。，—此时：U°c最大功率：H2Pbnax=嘛^Rl=Rc[Zl]Matlab程序代码：R1=1;R2=2;C=1000/10-6;L=0.4/10*3;w=l000;Y11二l/R2+l/(j*v礼)+l/(Rl+l/(j*伊C));A=[YU,-1/R2,0;-l/R2,1/R2,-0.5;1,0,-1]:B=[l/(Rl+l/(j*"),0;0,1:0,0];Us=10*exp(-j*45*pi/180);Is=0;%令Is=0,求Uoc=Xl(XI=A\B*[Us,Is].';%解出Uoc%解出Uoc并将Us置0,求%解出Zeq%计算最大功率Us2=0:Is2=l; %令Is=lA,Zeq=Ub/Is=X2(2)X2=A\B*[Us2,Is2].':Zeq=X2(2)ZL=Zeq，,Pmax=(abs(Uoc))2/(4*real(Zeq))实验截图:命口 命»R1=1:R2=2:C=1000/10a6:L=0.4/10^3：iabsuoc=Yll=l/R2+l/(j*w»L)+1/(Rl+1/(j*w*C)):A=EY11,-1/R2,0：-l/R2,1/R2,-0.5:1,0,-B=[1/(Rl+1/(j*w*C)),0:0,1:0,0]:Us=10*exp(-j*45*pi/180)：Is=0:Xl=A\B*LUs,Is]/;Uoc=Xl(2)7absuoc=abs(Uoc)Us2=0;Is2=l;X2=A\B*[Us2,Is2]/:Zeq=X2<2)ZL=Zeq,Pmax=(abs(Uoc))2/(4*real(Ze*Uoc=-0.0000+7.0711iabsuoc=7.07117.07112.0000+L00001ZL=2.0000一LOOOOiPmax=6.2500图20冬个值结果实验结果分析Matlab中的pi与兀不同。plot(Y)如果Y是mXn的数组，以l:m为X横坐标，Y中的每一列元素为Y坐标，绘制n条曲线；如果Y是nXl或者IXn的向量，则以l:n为横坐标，Y为坐标表绘制1条曲线;如果Y是复数，则plot(Y)等效于plot(real(Y)Jmag(Y))；其它使用情况下，忽略