MATLAB与控制系统仿真实验报告

《MATLAB与控制系统仿真》实验指导书 《MATLAB与控制系统仿真》实验报告（2013年第三版）西安邮电大学自动化学院周一06114067(23)PAGE1-实验三MATLAB图形系统一、实验目的1.掌握绘制二维图形的常用函数。2.掌握绘制三维图形的常用函数。3.熟悉利用图形对象进行绘图操作的方法。4.掌握绘制图形的辅助操作。二、实验原理1，二维数据曲线图绘制单根二维曲线plot(x,y);绘制多根二维曲线plot(x,y)当x是向量，y是有一维与x同维的矩阵时，则绘制多根不同颜色的曲线。当x，y是同维矩阵时，则以x，y对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵的列数。含有多个输入参数的plot函数plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)具有两个纵坐标标度的图形plotyy(x1,y1,x2,y2)2,图形标注与坐标控制1）title(图形名称)；2）xlabel（x轴说明）3）ylabel（y轴说明）4）text（x，y图形说明）5）legend（图例1，图例2，…）6）axis（[xminxmaxyminymaxzminzmax]）3,图形窗口的分割subplot（m,n,p）4,三维曲线plot3（x1,y1,z1,选项1，x2,y2，选项2，…,xn,yn,zn,选项n）5，三维曲面mesh(x,y,z,c)与surf(x,y,z,c)。一般情况下，x，y，z是维数相同的矩阵。X，y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。6，图像处理imread和imwrite函数这两个函数分别用于将图象文件读入matlab工作空间，以及将图象数据和色图数据一起写入一定格式的图象文件。image和imagesc函数这两个函数用于图象显示。为了保证图象的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图象色图。三、实验仪器和设备计算机一台（带有MATLAB6.5以上的软件环境）。四、预习要求1．复习二维与三维图形的绘图函数。2．复习图形辅助操作。五、实验内容及步骤1，设，在x＝0～2π区间取101点，绘制函数曲线。>>x=0:0.02*pi:2*pi;y=(0.5+3*sin(x)/(1+x.^2))*cos(x);plot(x,y);>>grid2，已知y1=x2,y2=cos(2x),y3=y1*y2,完成下列操作：（1）在同一坐标系下用不同的颜色和线型绘制三条曲线；>>y1=x.^2;y2=cos(2*x);y3=y1.*y2;plot(x,y1,x,y2,x,y3);分别用条形图、阶梯图、杆图和填充图绘制三条曲线。>>subplot(2,2,1),bar(x,y1);>>subplot(2,2,2),bar(x,y2);>>subplot(2,2,3),bar(x,y3);>>subplot(2,2,1);stairs(x,y1);subplot(2,2,2);stairs(x,y2);subplot(2,2,3);stairs(x,y3);>>subplot(2,2,1),stem(x,y1);subplot(2,2,2),stem(x,y2);subplot(2,2,3),stem(x,y3);>>subplot(2,2,1),area(x,y1);subplot(2,2,2),area(x,y2);subplot(2,2,3),area(x,y3);3，已知在－5<=x<=5区间绘制函数曲线。>>x=-5:0.1:5;>>y=((x+sqrt(pi))./exp(2)).*(x<=0)+0.5.*log(x+sqrt(1+x.^2)).*(x>0);>>plot(x,y)>>grid4，绘制函数的曲面图和等高线其中x的21个值均匀分布在[-5,5]范围，y的31个值均匀分布在[0,10]，要求使用subplot（2，1，1）和subplot（2，1，2）将产生的曲面图和登高图画在同一个窗口上。>>x=-5:(10/20):5;y=0:(10/30):10;[x,y]=meshgrid(x,y);z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt(x.^2+y.^2)./4);>>subplot(2,1,1),mesh(x,y,z);>>subplot(2,1,2),meshc(x,y,z);5.将图形窗口分成两格，分别绘制正割和余割函数曲线，并加上适当的标注。要求：1）必须画出0到，即一个周期的曲线。2）正割曲线为红色点划线输出，余割曲线为蓝色实线输出。3）图形上面表明正割和余割公式，横轴标x，纵轴标y。4）将图形窗口分成两格，正割在上，余割在下。>>x=0:0.01:2*pi;y1=sec(x);y2=csc(x);subplot(2,1,1),plot(x,y1,'r');title('y=sec(x)');xlabel('x');>>ylabel('y');>>grid>>subplot(2,1,2),plot(x,y2,'b');title('y=csc(x)');xlabel('x');ylabel('y');grid6.绘制极坐标曲线，并分析参数对曲线形状的影响。>>a=5;>>b=pi/3;>>n=2;>>theta=0:0.01:5*pi;>>y=a.*sin(b+n.*theta);>>polar(theta,y,'b')a决定了最外圆的半径，b决定了扇形的分布情况，n决定了扇形的数目。7.将图形窗口分成两个窗格，分别绘制出函数：在[0,3]区间上的曲线，并利用axis调整轴刻度纵坐标刻度，使在[0,12]区间上，在[-2,1.5]区间上。>>x=0:0.01:3;y1=2*x+5;y2=x.^2-3*x+1;subplot(1,2,1),plot(x,y1);axis([03012]);gridsubplot(1,2,2),plot(x,y2);axis([03-21.5]);grid8.画出函数的曲面及等高线图。>>x=-20:0.01:20;y=-20:0.01:20;[x,y]=meshgrid(x,y);z=x.^2+y.^2+sin(x.*y);mesh(x,y,z);meshc(x,y,z);9.综合实例中，还有一种最常用的电力系统无源滤波器单调谐滤波器，其结构如图3-2所示，其阻抗表达式为：式中，为次谐波角频率，为基波角频率。当设，，，，在[0.5，25]取值时，单调谐滤波器的阻抗与谐波次数的曲线如图3-4所示，试编写程序完成曲线的画取（注意图中各个地方的标注均用程序实现）。10.用曲面图表现函数,和的范围从-4到4，设置当前图形的颜色板从黑色到暗红、洋红、黄色、白色的平滑变化，打开网格。>>x=-4:0.01:4;>>y=-4:0.01:4;>>[x,y]=meshgrid(x,y);>>z=x.^2+y.^2;>>mesh(x,y,z);>>meshc(x,y,z);>>colorbar('hot');11.根据绘制平面曲线，并分析参数对其形状的影响。

实验四MATLAB程序设计一、实验目的1.掌握利用if语句实现选择结构的方法。2.掌握利用switch语句实现多分支选择结构的方法。3.掌握利用for语句实现循环结构的方法。4.掌握利用while语句实现循环结构的方法。二、实验设备及条件计算机一台（带有MATLAB6.5以上的软件环境）。三、实验内容1.编写求解方程的根的函数（这个方程不一定为一元二次方程，因的不同取值而定），这里应根据的不同取值分别处理，有输入参数提示，当时应提示“为恒不等式!”。并输入几组典型值加以检验。disp('关于方程ax^2+bx+c=0')a=input('请输入系数a=');b=input('b=');c=input('c=');ifa==0&&b==0ifc==0disp('解为全体实数');elsedisp('为恒不等式!');endelseP=[a,b,c];x=roots(P)enddisp('关于方程ax^2+bx+c=0')a=input('请输入系数a=');b=input('b=');c=input('c=');ifa==0&&b==0ifc==0disp('解为全体实数');elsedisp('为恒不等式!');endelseP=[a,b,c];x=roots(P)end关于方程ax^2+bx+c=0请输入系数a=3b=5c=7x=-0.8333+1.2802i-0.8333-1.2802i关于方程ax^2+bx+c=0请输入系数a=2b=4c=6x=-1.0000+1.4142i-1.0000-1.4142i2.输入一个百分制成绩，要求输出成绩等级A+、A、B、C、D、E。其中100分为A+，90分～99分为A，80分～89分为B，70分～79分为C，60分～69分为D，60分以下为E。要求：（1）用switch语句实现。（2）输入百分制成绩后要判断该成绩的合理性，对不合理的成绩应输出出错信息。g=input('请输入成绩')ifg<0||g>100disp('错误，输入的成绩应为0~100之间的数')elseg=fix(g/10);switchgcase{10}disp('A+');case{9}disp('A');case{8}disp('B');case{7}disp('C');case{6}disp('D')otherwisedisp('E');endend请输入成绩80g=80B3.利用for循环语句编写计算n!的函数程序，取n分别为-89、0、3、5、10验证其正确性(输入n为负数时输出出错信息)。n=input('请输入n=');ifn<0disp('错误，n取值必须为正数');elsey=1;fori=1:ny=y*i;enddisp('n!=');disp(y)end请输入n=6n!=7204.Fibonacci数组的元素满足Fibonacci规则：，；且。现要求该数组中第一个大于10000的元素。a(1)=1;a(2)=1;i=2;whilea(i)<=10000a(i+1)=a(i-1)+a(i);i=i+1;end;i,a(i)i=21ans=109465.根据，求的近似值。当n分别取100、1000、10000时，结果是多少？n=[100100010000];forj=1:3y=0;k=n(j);fori=1:ky=y+1/i/i;endpai=sqrt(6*y);disp('n=');disp(n(j));disp('π的近似值为');disp(pai);endn=100π的近似值为3.1321n=1000π的近似值为3.1406n=10000π的近似值为3.14156.有一分数序列：编写一段程序，求前16项的和。>>a=1;b=1;sum=0;>>fori=1:15c=a+b;sum=sum+c/b;a=b;b=c;end>>sumsum=24.57017，已知：求中：（1）最大值、最小值、各数之和；（2）正数、零、负数的个数。8.建立5×6矩阵，要求输出矩阵第n行元素，当n值超过矩阵的行数时，自动转为输出矩阵最后一行元素，并给出出错信息。9，根据，求的近似值。当n分别取100，1000，10000时，结果是多少？

实验五MATLAB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、实验原理1，函数文件的定义：函数文件是另一种形式的m文件，每一个函数文件都定义一个函数，事实上，matlab提供的标准函数大部分都是由函数文件定义的。2，函数文件的基本结构函数文件由function语句引导，其基本结构为：Function输出形参表＝函数名（输入形参表）注释说明部分函数体语句其中以function开头的一行为引导行，表示该m文件是一个函数文件。3，函数调用函数文件编制好之欧，就可以调用函数进行计算了，函数调用的一般格式是：[输出实参表]＝函数名（输入实参表）三、实验仪器和设备1.计算机一台（带有MATLAB6.5以上的软件环境）。四、预习要求1．复习函数的定义与编写原则。2．复习函数的调用。五、实验内容1，一个自然数是素数，且它的数字位置经过任意对换后仍为素数，则称为绝对素数。例如13是绝对素数。试求所有的两位绝对素数。要求：定义一个判断素数的函数文件。fora=10:99ifisprime(a)g=rem(a,10);s=fix(a/10);b=10*g+s;ifisprime(b)disp(a)endendend1113173137717379972，已知当时，求y值；functionx=fn(n)x=n+10*log(n^2+5);end调用fn.m的命令文件文件y=fn(40)/(fn(30)+fn(20))y=0.6390当时，求y值。functionm=fun(n)ifn<=0m=0;elsem=n*(n+1)+fun(n-1);endend调用fun.m的命令文件y=fun(40)/(fun(30)+fun(20))y=1.7662

实验六matlab数据处理与多项式计算一、实验目的1，掌握数据统计和分析的方法；2，掌握数值插值与曲线拟合的方法；3，掌握多项式计算的常用运算。二、实验原理数据统计处理最大值与最小值(a)求向量的最大值与最小值y=max(X)与[y,I]=max(X)(b)求矩阵的最大值和最小值max(A)与[Y,U]=max(A),max(A,[],dim)2)求和与求积sum(X),prod(X)sum(A)3)标准方差与相关系数a）Y=std(A,flag,dim)b)corrcoef(X)2,数据差值a)一维数据差值Y1=interp1(X,Y,X1,’method’)b)二维数据差值Z1=interp2(X,Y,Z,X1,Y1,’method’)3,曲线拟合[P,S]=polyfit(X,Y,m)4,多项式计算1）多项式的加减计算2）多项式乘法运算Y=conv(P1,P2)3)多项式除法[Q,r]=deconv(P1,P2)4)多项式的导函数p=polyder(P):求多项式P的导函数p=polyder(P,Q):求P.Q的导函数[p,q]=polyder(P,Q):求P/Q的导函数，导函数的分子存入p，分母存入q。5，多项式求值1)代数多项式求值Y=polyval(P,x)2)矩阵多项式求值polyvalm6,多项式求根x=roots(P)三、实验仪器和设备1.计算机一台（带有MATLAB6.5以上的软件环境）。四、预习要求1．复习matlab多项式数值分析函数。2．复习matlab曲线拟合与多项式计算函数。五、实验内容及步骤1，利用matlab提供的rand函数生成30，000个符合均匀分布的随机数，然后检验随机数的性质：均值和标准方差；最大元素与最小元素；大于0.5的随机数个数占总数额百分比。k=0;x=rand(1,30000);disp(['随机数的均值为：',num2str(mean(x))])disp(['随机数的标准方差为：',num2str(std(x))])disp(['随机数的最大元素为：',num2str(max(x))])disp(['随机数的最小元素为：',num2str(min(x))])disp(['大于0.5的随机数个数占总数的百分比为：',num2str(size(find(x>0.5))/size(x)*100),'%'])随机数的均值为：0.49875随机数的标准方差为：0.28898随机数的最大元素为：0.99997随机数的最小元素为：4.8345e-005大于0.5的随机数个数占总数的百分比为：50.0567%2，将100个学生5门功课的成绩存入矩阵P中，进行如下处理：(1)分别求每门课的最高分、最低分及相应学生序号；(2)分别求每门课的平均分和标准方差；(3)5门课总分的最高分、最低分及相应学生序号；(4)将5门课总分按照从大到小的顺序存入zcj中，相应学生序号存入xsxh。提示：上机调试时，为避免输入学生成绩的麻烦，可用取值范围在[45，95]之间的随机矩阵来表示学生成绩。A=45+(95-45)*rand(100,5);[x1,y1]=max(A)[x2,y2]=min(A)mean(A)std(A)[x3,y3]=max(sum(A,2))[x4,y4]=min(sum(A,2))s=sum(A,2);[zcj,xsxh]=sort(s,1,'descend')x1=94.942394.593793.942494.833694.4276y1=3691431980x2=45.652345.438646.530545.778045.1957y2=4820164335ans=68.111971.161573.755473.407366.2990ans=13.815715.066413.530213.847514.1051x3=444.4719y3=87x4=286.8945y4=823，已知lgx在[1,101]区间10个整数采样点的函数值如下表所示：X1112131415161718191101lgx01.04141.32221.49141.61281.70761.78531.85131.90851.95902.0043试求lgx的5次拟合多项式p(x)，并绘制lgx和p(x)在[1,101]区间的函数。x=1:10:101;y=[0,1.0414,1.3222,1.4914,1.6128,1.7076,1.7853,1.8513,1.9085,1.9590,2.0043];p=0.0000-0.00000.0001-0.00580.1537-0.1326p=polyfit(x,y,5)x1=1:0.5:101;y1=log10(x1);p1=polyval(p,x1);plot(x1,y1,'g:',x1,p1,'r-')4，有三个多项式p1(x)=x4+2x3+4x2+5,p2(x)=x+2,p3(x)=x2+2x+3,