2022年MATLAB与控制系统仿真实验指导书.docx

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1、精品学习资源MA TLAB与把握系统仿真试验指导书（ 2021 年第一版）西安邮电学院自动化学院2021 年 6 月欢迎下载精品学习资源目 录前言 .0MATLAB 语言试验工程1试验一 熟识 MA TLAB 集成环境与基础运算1试验二 MA TLAB 地基本运算4试验三 MA TLAB 图形系统6试验四 MA TLAB 程序设计9试验五 MA TLAB 函数文件10试验六 MA TLAB 数据处理与多项式运算11试验七 SIMULINK仿真试验14欢迎下载精品学习资源前言MATLAB 产品家族是美国 MathWorks 公司开发地用于概念设计、算法开发、建仿照真、实时实现地理想地集成环境.是

2、矩阵试验室（ MatrixLaboratory ）地简称，是美国MathWorks公司出品地商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值运算地高级技术运算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和 SIMULINK两大部分 .MATLAB 由于其完整地专业体系和先进地设计开发思路，使得 MATLAB 在多种领域都有宽敞地应用空间，特别是在科学运算、建仿照真以及系统工程地设计开发上已经成为行业内地首选设计工具，它将数值分析、矩阵运算、科学数据可视化以及非线性动态系统地建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用地视窗环境中，为科学争论、工程设计以及必需进行有效数值运算地众多科学领域供应了

3、一种全面地解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、Fortran ）地编辑模式，代表了当今国际科学运算软件地先进水平 .MATLAB 软件工具在自动化专业、测控技术与仪器和电气工程及其自动化等专业地本科生学习中，经常用来运算、仿真和设计，特别是MATLAB软件地仿真功能，能使同学对所学学问有更加深化地懂得和分析.MATLAB与把握系统仿真课程，和自动把握原理、现代把握理论、数字信号处理、电力电子技术等重要地专业课程相互支撑、相辅相成，同时也有利于同学完成课程设计和毕业设计等实践教案环节.本试验指导书共设置了12 个试验工程，分别从MA TLAB工作环境熟识、 MA TL

4、AB地基本运算、 MATLAB绘图功能、 MATLAB基本程序设计、 SIMULINK仿真试验、滤波器设计及仿真、把握系统仿真及电力电子系统仿真等试验工程，通过选取地上机试验，可使同学更好地熟识 MATLAB软件地功能，把握MATLAB程序设计地一般方法，培养同学地应用开发能力.每个试验 2 个小时左右，不同地专业可依据需求自行选择 .欢迎下载精品学习资源试验留意事项1. 试验开头前，应先检查本组电脑设备是否工作正常，MATLAB软件工作是否正常.2. 试验时每位同学应独立完成试验任务，防止抄袭.3. 试验后应准时将试验数据进行记录与存盘，防止因电脑故障或其它缘由造成试验数据地丢失 .4. 测

5、量数据或观看现象要认真细致，实事求是.5. 试验终止后，试验记录交指导老师查看并认为无误后，方可关掉电脑离开.6. 自觉遵守学校和试验室治理地其它有关规定.试验报告要求（包含预习报告要求和最终报告要求）每次试验后，应对试验进行总结，即试验数据进行整理，绘制波形和图表，分析试验现象，撰写试验报告.试验报告除写明试验名称、日期外，仍包括：1. 试验名称2. 试验目地3. 试验设备及条件4. 试验内容及要求5. 试验程序设计程序代码6. 试验结果及结果分析试验结果要求必需客观,有数据地可以记录数据，没有数据地简洁描述试验现象.结果分析是对试验结果地理论评判.7. 试验中显现地问题及解决方法8. 试验

6、地收成与体会MATLAB语言试验工程试验一 熟识 MATLAB集成环境与基础运算一、试验目地1. 熟识启动和退出MA TLAB软件地方法、熟识MATLAB软件地运行环境 .2. 熟识 MATLAB命令窗口地组成 .3. 熟识 MATLAB地基本操作 .4. 把握建立矩阵地方法 .欢迎下载精品学习资源5. 把握 MATLAB各种表达式地书写规章以及常用函数地使用.二、试验设备及条件运算机一台（带有MA TLAB6.5或以上版本地软件环境）.三、试验原理1. MA TLAB 地启动MATLAB系统地启动有三种常见方法：1） 使用 Windows “开头 ”菜单 .2） 运行 MATLAB系统启动程

7、序 matlab.exe. 3）利用快捷方式 .2. MA TLAB 系统地退出要退出 MA TLAB 系统，也有三种常见方法：1）在 MA TLAB主窗口 File 菜单中选择 Exit matlab 命令 . 2）在 MA TLAB命令窗口输入Exit 或 Quit 命令 .3）单击 MATLAB主窗口地 “关闭 ”按钮 .3. MA TLAB 帮忙窗口进入帮忙窗口可以通过以下三种方法：1） 单击 MATLAB主窗口工具栏中地help 按钮 .2） 在命令窗口中输入helpwin 、helpdesk 或 doc.3） 选择 help 菜单中地 “ matlab help选项”.4. MA

8、TLAB 帮忙命令1） help 命令在 MA TLAB命令窗口直接输入help 命令将会显示当前帮忙系统中所包含地全部工程， 即搜寻路径中全部地目录名称.同样，可以通过 help 加函数名来显示该函数地帮忙说明.2） lookfor 命令help 命令只搜寻出那些关键字完全匹配地结果，lookfor 命令对搜寻范畴内地m 文件进行关键字搜寻，条件比较宽松.3） 模糊查询用户只要输入命令地前几个字母，然后按tab 键，系统就会列出全部以这几个字母开头地命令.5. 赋值语句欢迎下载精品学习资源1） 变量表达式2） 表达式6. 矩阵地建立1） ）直接输入法：将矩阵地元素用方括号括起来，按矩阵行地次

9、序输入各元素，同一行地各元素之间用空格或逗号分开，不同行地元素之间用分号分开.2） 利用 m 文件建立矩阵3） 利用冒号表达式建立一个向量e1:e2:e34) 利用 linspace 函数产生行向量 linspacea,b,n.四、试验内容1. 练习下面指令：cd, clear, help, who, whos, dir, path, save, load.2. 建立自己地工作目录MYWORK和 MYDATA ，并将它们分别加到搜寻路径地前面或者后面 .欢迎下载精品学习资源3. 求122 * 7432地算术运算结果.欢迎下载精品学习资源4. 先求以下表达式地值，然后显示MATLAB工作空间地使

10、用情形并储存全部变量.欢迎下载精品学习资源（ 1）2sin85 0z12欢迎下载精品学习资源1e12212i欢迎下载精品学习资源（ 2） z2In x21x , 其中x0.455欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源（ 3） z3e0.3ae 0.3a2sin a0.3In 0.32a , a3.0,2.9,2.8,.,2.8,2.9,3.0欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源（ 4） z4t 2 ,t 21t 22t0 t1 t1, 2t12 ,其中 t30 : 0.5 : 2.5欢迎下载精品学习资源提示：用规律表达式求分段函数值.5. 利用 MATLAB地帮忙功能分别查询path、p

11、lot2d 、min 、round 函数地功能和用法.123441316已知 A34787, B2033657327求以下表达式地值：A+6*B和 A-B+I （其中 I 为单位矩阵）欢迎下载精品学习资源A*B 和 A.*B A3 和 A.3 A/B 及 BA1234530166789101769A1112131415, B02341617181920970212223242541311A,B 和A （ 1 ， 3 ，：）； B2 7设有矩阵 A 和 B（1） 求它们地乘积C；（2） 将矩阵 C 地右下角 3*2 子矩阵赋给 D ；（3） 观看 MATLAB工作空间地使用情形 . 8完成以下操

12、作：（ 1）求100,999 之间能被 21 整除地数地个数 .提示：先利用冒号表达式，再利用find 和 length 函数 .（ 2）建立一个字符串向量，删除其中地大写字母.提示：利用 find 函数和空矩阵试验二 MATLAB地基本运算一、试验目地1. 把握建立矩阵地方法.2. 把握 MATLAB各种表达式地书写规章以及常用函数地使用.3. 能用 MATLAB进行基本地数组、矩阵及符号运算.4. 把握矩阵分析地方法以及能用矩阵求逆法解线性方程组.二、试验设备及条件运算机一台（带有MA TLAB6.5或以上版本地软件环境）.欢迎下载精品学习资源三、试验内容1. 利用 diag 等函数产生以

13、下矩阵 .欢迎下载精品学习资源008a075b230204050708欢迎下载精品学习资源2. 利用 reshape函数将3. 产生一个均匀分布在（4. 已知：1 题中地 a 和 b 变换成行向量 .-5， 5）之间地立刻矩阵（ 102），要求精确到小数点后一位.12344131A34787B2033657327求以下表达式地值：欢迎下载精品学习资源1K 11A6 *B 和 K 12ABI（其中 I 为单位矩阵）欢迎下载精品学习资源2K 21A * B 和K 22A. * B欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源3K 31A 3 和 K 32A.3欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源4K

14、 41A / B 和K 42BA欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源5K 51 A, B和 K 52 A1,3, :; B 2欢迎下载精品学习资源5下面是一个线性方程组：1 / 21/ 31/ 4x10.951 / 31 / 41 / 5x20.671 / 41 / 51 / 6x30.52欢迎下载精品学习资源(1) 求方程地解 .(2) 将方程右边向量元素b3 改为 0.53，再求解，并比较b3 地变化和解地相对变化.欢迎下载精品学习资源6. 利用 randn 函数产生均值为0，方差为 1 地 66 正态分布随机矩阵C，然后统计C 中大于 -0.3，小于 0.3 地元素个数 t.7. 建

15、立一个矩阵A ，找出矩阵中值大于1 地元素，并将它们重新排列成行向量B，例如0152834938A.036210055128. 读以下程序，说明指令sprintf 、 fprintf 、 sscanf地作用？ randstate,0；a=rand2,2；s1=num2stra s_s=sprintf%.10en,a fprintf%.5g,a欢迎下载精品学习资源s_sscan=sscanfs_s,%f,3,2试验三 MATLAB图形系统一、试验目地1. 把握绘制二维图形地常用函数.2. 把握绘制三维图形地常用函数.3. 熟识利用图形对象进行绘图操作地方法.4. 把握绘制图形地帮忙操作.二、试验

16、仪器和设备运算机一台（带有MATLAB6.5或以上版本地软件环境）.三、试验原理1二维数据曲线图（1） 绘制单根二维曲线plotx,y ；（2） 绘制多根二维曲线 plotx,y 当 x 是向量， y 是有一维与 x 同维地矩阵时，就绘制多根不同颜色地曲线 .当 x， y 是同维矩阵时，就以 x， y 对应列元素为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数等于矩阵地列数 .（3） 含有多个输入参数地plot 函数 plotx1,y1,x2,y2,xn,yn（4） 具有两个纵坐标标度地图形plotyyx1,y1,x2,y2 2图形标注与坐标把握1） title 图形名称 ；2） xlabel（ x 轴说明

17、） 3） ylabel（ y 轴说明） 4） text（ x， y 图形说明）5） legend（图例 1，图例 2， ）6） axis （ xmin xmax ymin ymax zmin zmax）3. 图形窗口地分割subplot（ m,n,p ）欢迎下载精品学习资源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meshx,y,z,c 与 surfx,y,z,c. 一般情形下， x，y， z 是维数相同地矩阵.X， y 是网格坐标矩阵， z 是网格点上地高度矩阵，c 用于指定在不同高度下地颜色范畴.6图像处

18、理（ 1） imread 和 imwrite 函数 这两个函数分别用于将图象文件读入MA TLAB工作空间， 以及将图象数据和色图数据一起写入确定格式地图象文件.（ 2） image 和 imagesc 函数 这两个函数用于图象显示.为了保证图象地显示成效，一般仍应使用 colormap 函数设置图象色图.四、预习要求1. 复习二维与三维图形地绘图函数.2. 复习图形帮忙操作 .欢迎下载精品学习资源五、试验内容及步骤1设 y0.53 sin x1x2 cos x ，在 x0 2区间取 101 点，绘制函数曲线.欢迎下载精品学习资源2已知 y1=x2,y2=cos2x,y3=y1*y2,完成以下

19、操作：（ 1）在同一坐标系下用不同地颜色和线型绘制三条曲线；（ 2）分别用条形图、阶梯图、杆图和填充图绘制三条曲线. 3已知欢迎下载精品学习资源2xy e1 Inx12,x0x2 , x0欢迎下载精品学习资源在 5=x=5 区间绘制函数曲线.4. 绘制函数地曲面图和等高线欢迎下载精品学习资源z cos xcos yex2y 24欢迎下载精品学习资源其中 x 地 21 个值均匀分布在-5,5 范畴， y 地 31 个值均匀分布在0,10 ，要求使用subplot（ 2， 1，1）和 subplot（ 2， 1， 2）将产生地曲面图和登高图画在同一个窗口上.5. 将图形窗口分成两格，分别绘制正割和

20、余割函数曲线，并加上适当地标注.要求： 1）必需画出 0 到 2，即一个周期地曲线 .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） ）图形上面说明正割和余割公式，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.欢迎下载精品学习资源6. 绘制极坐标曲线a sin bn ，并分析参数a、b、 n 对曲线形状地影响.欢迎下载精品学习资源7. 将图形窗口分成两个窗格，分别绘制出函数：欢迎下载精品学习资源y12x2y2x53x1欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源在0,3 区间上地曲线，并利用axis 调整轴刻度纵坐标刻度，使y1 在0,12 区间上，y2 在

21、欢迎下载精品学习资源-2,1.5 区间上 .8. 画出函数欢迎下载精品学习资源zx 2y2sinxy地曲面及等高线图.欢迎下载精品学习资源9. 综合实例中，仍有一种最常用地电力系统无源滤波器单调谐滤波器，其阻抗表达式为：欢迎下载精品学习资源Z fnRj nL11Rj n 1L欢迎下载精品学习资源nCn 1C欢迎下载精品学习资源式 中 ，n 为 n 次 谐 波 角 频 率 ，1 为 基 波 角 频 率 . 当 设11 ， R0.1，欢迎下载精品学习资源L0.164609053H ， C0.3F ， n 在0.5 ， 25 取值时，单调谐滤波器地阻抗Z fn与谐波次数欢迎下载精品学习资源n 地曲线

22、如图3-4 所示，试编写程序完成曲线地画取（留意图中各个地方地标注均用程序实现） .欢迎下载精品学习资源10. 用曲面图表现函数zx2y 2 , x 和 y 地范畴从 -4 到 4，设置当前图形地颜色板从黑欢迎下载精品学习资源色到暗红、洋红、黄色、白色地平滑变化，打开网格.欢迎下载精品学习资源x211. 依据2ay 225a 21 绘制平面曲线，并分析参数a对其形状地影响.欢迎下载精品学习资源试验四 MATLAB程序设计一、试验目地1. 把握利用 if 语句实现选择结构地方法.2. 把握利用 switch 语句实现多分支选择结构地方法.3. 把握利用 for 语句实现循环结构地方法.4. 把握

23、利用 while 语句实现循环结构地方法.二、试验设备及条件运算机一台（带有MA TLAB6.5或以上版本地软件环境）.欢迎下载精品学习资源三、试验内容1. 编写求解方程ax2bxc0 地根地函数（这个方程不愿定为一元二次方程，因欢迎下载精品学习资源a、 b、 c 地不同取值而定），这里应依据a、 b、c 地不同取值分别处理，有输入参数提示，欢迎下载精品学习资源当 a0,b0,c 0 时应提示 “为恒不等式 . ”并.输入几组典型值加以检验.欢迎下载精品学习资源2. 输入一个百分制成果，要求输出成果等级A+ 、A 、B、C、D 、E.其中 100 分为 A+ ，90 分 99 分为 A ，80

24、 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）输入百分制成果后要判定该成果地合理性，对不合理地成果应输出出错信息.3. 利用 for 循环语句编写运算n. 地函数程序，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 .欢迎下载精品学习资源4. Fibonacci数组地元素中意Fibonacci 规章：ak 2akak 1， k1,2, ；且欢迎下载精品学习资源a1a21.现要求该数组中第一个大于10000 地元素 .欢迎下载精品学习资源25. 依据6111

25、22212.312 ，求地近似值 .当 n 分别取 100、1000、10000n欢迎下载精品学习资源时，结果是多少？欢迎下载精品学习资源6. 有一分数序列：欢迎下载精品学习资源135,22381321,5813欢迎下载精品学习资源编写一段程序，求前16 项地和 .7已知：f11,n1f 20,n2f 31,n3f nf n 12 f n 2fn 3 , n3求 f1 f100 中：（ 1）最大值、最小值、各数之和；（ 2）正数、零、负数地个数.8. 建立 56 矩阵，要求输出矩阵第n 行元素，当 n 值超过矩阵地行数时，自动转为输出矩阵最终一行元素，并给出出错信息.欢迎下载精品学习资源29.

26、 依据61112221.321 ，求地近似值 .当 n 分别取 100， 1000， 10000n 2欢迎下载精品学习资源时，结果是多少？试验五 MATLAB函数文件一、试验目地1. 懂得函数文件地概念；2. 把握定义和调用MA TLAB 函数地方法 .二、试验仪器和设备运算机一台（带有MATLAB6.5或以上版本地软件环境）.三、试验原理1. 函数文件地定义：欢迎下载精品学习资源函数文件是另一种形式地m 文件，每一个函数文件都定义一个函数，事实上，MATLAB供应地标准函数大部分都是由函数文件定义地.2. 函数文件地基本结构函数文件由 function 语句引导，其基本结构为： Functi

27、on 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 开头地一行为引导行，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运算了，函数调用地一般格式是：输出实参表 函数名（输入实参表）四、预习要求1. 复习函数地定义与编写原就.2. 复习函数地调用.五、试验内容1. 一个自然数是素数，且它地数字位置经过任意对换后仍为素数，就称为确定素数.例如 13 是确定素数 .试求全部地两位确定素数.要求：定义一个判定素数地函数文件.欢迎下载精品学习资源2. 已知（ 1）当yff nf 30n 40f 2010Inn25) 时，求 y 值；

28、欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源（ 2）当f n1* 22 * 33* 4.n * n1) 时，求 y 值.欢迎下载精品学习资源试验六 MATLAB数据处理与多项式运算一、试验目地1. 把握数据统计和分析地方法；2. 把握数值插值与曲线拟合地方法；3. 把握多项式运算地常用运算.欢迎下载精品学习资源二、试验仪器和设备运算机一台（带有MATLAB6.5或以上版本地软件环境）.三、试验原理1数据统计处理1） 最大值与最小值(a) 求向量地最大值与最小值y=maxX 与 y,I=maxX(b) 求矩阵地最大值和最小值maxA 与 Y,U=maxA, maxA,dim 2）求和与求积sumX,

29、 prodX sumA3）标准方差与相关系数a） Y=stdA,flag,dimb) corrcoefX 2数据差值a) 一维数据差值Y1=interp1X,Y ,X1, method b) 二维数据差值 Z1=interp2X,Y ,Z,X1,Y1, method 3曲线拟合P,S=polyfitX,Y,m 4多项式运算1） 多项式地加减运算2） 多项式乘法运算Y=convP1,P23) 多项式除法 Q,r=deconvP1,P24) 多项式地导函数p=polyderP: 求多项式 P 地导函数p=polyderP,Q: 求 P.Q地导函数p,q=polyderP,Q: 求 P/Q 地导函数

30、，导函数地分子存入p，分母存入 q. 5多项式求值1) 代数多项式求值 Y=polyvalP,x2) 矩阵多项式求值 polyvalm 6多项式求根 x=rootsP四、预习要求1. 复习 MATLAB多项式数值分析函数 .欢迎下载精品学习资源2. 复习 MATLAB曲线拟合与多项式运算函数.五、试验内容及步骤1. 利用 MA TLAB供应地 rand 函数生成 30， 000 个符合均匀分布地随机数，然后检验随机数地性质：（1） ） 均值和标准方差；（2） ） 最大元素与最小元素；大于 0.5 地随机数个数占总数额百分比.2. 将 100 个同学 5 门功课地成果存入矩阵P 中，进行如下处理

31、：（ 1）分别求每门课地最高分、最低分及相应同学序号；（ 2）分别求每门课地平均分和标准方差；（ 3） 5 门课总分地最高分、最低分及相应同学序号；（ 4）将 5 门课总分依据从大到小地次序存入zcj 中，相应同学序号存入xsxh.提示：上机调试时，为防止输入同学成果地麻烦，可用取值范畴在45， 95之间地随机矩阵来表示同学成果 .X1lgx0111.0414211.3222311.4914411.6128511.7076611.7853711.8513811.9085911.95901012.0043试求 lgx 地 5 次拟合多项式 px ，并绘制 lgx 和 px在 1,101 区间地函

32、数 .4有三个多项式 p1x=x4+2x3+4x2+5,p2x=x+2,p3x=x2+2x+3,试进行以下操作：（ 1）求 Px=P1x+P2xP3x ；（ 2）求 Px 地根；（ 3）当 x 取矩阵 A 地每一元素时，求Px 地值，其中A11.20.752 051.43.52.53. 已知 lgx 在1,101 区间 10 个整数采样点地函数值如下表所示：（ 4）当以矩阵 A 为自变量时，求 Px 地值，其中 A 地值与（ 3）题相同 .欢迎下载精品学习资源试验七 SIMULINK仿真试验一、试验目地1. 熟识 SIMULINK地操作环境并把握绘制系统模型地方法.2. 把握 SIMULINK

33、中子系统模块地建立与封装技术.3. 对简洁系统所给出地数学模型能转化为系统仿真模型并进行仿真分析.二、试验设备及条件运算机一台（带有MATLAB6.5或以上版本地软件环境）.三、试验内容1. 建立下图 5-1 所示地 SIMULINK仿真模型并进行仿真，转变Gain 模块地增益，观看Scope 显示波形地变化 .欢迎下载精品学习资源图 5-1 正弦波产生及观测模型2. 利用 SIMULINK仿真来实现摄氏温度到华氏温度地转化：10 100），参考模型为图5-2.图 5-2 摄氏温度到华氏温度地转化地参考模型3. 利用 SIMULINK仿真以下曲线，取2.9TTfc32 （ Tc 范畴在 -5欢

34、迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源xtsint1 sin 3 t31 sin 5t51 sin 7t71 sin 9 t .9欢迎下载精品学习资源仿真参考模型如下图5-3， Sine Wave5 模块参数设置如下图5-4，请仿真其结果 .欢迎下载精品学习资源图 5-3 xt 地仿真参考模型图图 5-4 Sine Wave5 模块参数设置图4. 如图 5-5 所示是分频器仿真框图，其组成仅有三台设备：脉冲发生器，分频器和示波器.分频器送出一个到达脉冲，第一路cnt（计数），它地数值表示在本分频周期记录到多少个脉冲；其次路是 hit（到达），就是分频后地脉冲输出，仿真出结果来.图 5-5 分频器仿真框图欢迎下载