MATLAB與數(shù)值分析第一次實(shí)驗(yàn)教學(xué)及內(nèi)容

1、第一實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體安排：第一次實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為兩大部分：（1） MATLAB軟件操作及程序設(shè)計(jì)；（2）Simulink 的建模與仿真。第一部分： MATLAB 軟件操作及程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：具體實(shí)驗(yàn)要求及相關(guān)內(nèi)容見實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第六周的周一到周四晚上 19:0022:00 實(shí)驗(yàn)方式： 混合班， 學(xué)生按照自己的時(shí)間自由安排 （但必須帶本人學(xué)生證進(jìn)行簽 名）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師：王剛、陶冰潔、程建實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：科B四樓機(jī)房（科B453,科B457,科B459）第二部分： Simulink 的建模與仿真 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：具體實(shí)驗(yàn)要求及相關(guān)內(nèi)容見實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：第七周的周一到周四晚上 19:0022:00 實(shí)驗(yàn)

2、方式： 混合班, 學(xué)生按照自己的時(shí)間自由安排 （但必須帶本人學(xué)生證進(jìn)行簽 名）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師：王剛、陶冰潔、程建實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：科B四樓機(jī)房（科B453,科B457,科B459）實(shí)驗(yàn)一： MATLAB 軟件平臺(tái)與程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)： 4 學(xué)時(shí)一、實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和任務(wù)通過上機(jī)編程實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生熟悉對(duì)MATLAB軟件平臺(tái)的使用，使學(xué)生掌握MATLAB勺編程技巧，讓學(xué)生對(duì)MATLAB件平臺(tái)在科學(xué)計(jì)算中的重要作用有深入 了解。二、教學(xué)內(nèi)容和要求1. 熟練掌握矩陣的生成、加、減、乘、除、轉(zhuǎn)置、行列式、逆、范數(shù)等運(yùn)算操 作。(用 .m 文件和 Matlab 函數(shù)編寫一個(gè)對(duì)給定矩陣進(jìn)行運(yùn)算操作的程序)2. 熟練掌握算

3、術(shù)符號(hào)操作和基本運(yùn)算操作，包括矩陣合并、向量合并、符號(hào)轉(zhuǎn) 換、展開符號(hào)表達(dá)式、符號(hào)因式分解、符號(hào)表達(dá)式的化簡、代數(shù)方程的符號(hào)解析 解、特征多項(xiàng)式、函數(shù)的反函數(shù)、函數(shù)計(jì)算器、微積分、常微分方程的符號(hào)解、 符號(hào)函數(shù)的畫圖等。(用.m文件編寫進(jìn)行符號(hào)因式分解和函數(shù)求反的程序)3. 掌握 Matlab 函數(shù)的編寫規(guī)范。4. 掌握 Matlab 常用的繪圖處理操作，包括：基本平面圖、圖形注釋命令、三維曲線和面的填充、三維等高線等。(用.m文件編寫在一個(gè)圖形窗口上繪制正弦和 余弦函數(shù)的圖形，并給出充分的圖形注釋)5. 熟練操作 MATLAB 軟件平臺(tái)，能利用 M 文件完成 MATLAB 的程序設(shè)計(jì)。三、實(shí)

4、驗(yàn)涉及的核心知識(shí)點(diǎn)MATLAB 軟件平臺(tái)的基本操作、 M 文件編寫、 MATLAB 程序設(shè)計(jì)四、實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)與難點(diǎn)矩陣運(yùn)算和 Matlab 編程五、程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目1. 編程實(shí)現(xiàn)以下數(shù)列的圖像，用戶能輸入不同的初始值以及系數(shù)。并以 x， y 為 坐標(biāo)顯示圖像x(n+1) = a*x( n)-b*(y( n)-x( n)2);y( n+1) = b*x( n)+a*(y( n)-x( n)2)2. 編程實(shí)現(xiàn)奧運(yùn) 5 環(huán)圖像，允許用戶輸入環(huán)的直徑。3. 實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入任意長度向量元素的冒泡排序的升序排列。 不允許使用 sort 函數(shù)實(shí)驗(yàn)二Simulink基本操作與簡單模型創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)一、實(shí)驗(yàn)的性

5、質(zhì)和任務(wù)通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握 Simulink的基本操作和模型窗口，能進(jìn)行簡單 的模型創(chuàng)建和系統(tǒng)仿真。二、教學(xué)內(nèi)容和要求1. 產(chǎn)生幅值、頻率為2,基準(zhǔn)為0.5的正弦波信號(hào)。2. 產(chǎn)生傳遞函數(shù):32Hi(s)2 s3 s2 5s 13 2s3 12s2 3s 1H2(S)=4.5(S -1)(S 2)S(S -3 2i)(S-3 -2i)(S 1)3. 食餌-捕食者模型：設(shè)食餌(如魚、兔等)數(shù)量為x(t)，捕食者(如鯊魚、狼等)數(shù)量為y(t)，有/ X = x (r - ay )y = y ( - d bx )設(shè) r=1，d=0.5, a=0.1，b=0.02, x(0)=25，y(0)=2

6、。求 x(t)，y(t)和 y(x)的圖形。三、實(shí)驗(yàn)涉及的核心知識(shí)點(diǎn)Simulink的基本操作、模型創(chuàng)建四、實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)與難點(diǎn)算法設(shè)計(jì)和Matlab編程。實(shí)驗(yàn)三復(fù)雜系統(tǒng)建模與子系統(tǒng)創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)一、實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和任務(wù)通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能利用模型庫完成復(fù)雜系統(tǒng)的建模和仿真， 能根據(jù)實(shí) 際問題需求完成子系統(tǒng)創(chuàng)建和封裝。二、教學(xué)內(nèi)容和要求1. 汽車行駛在如圖所示的斜坡上，通過受力分析可知在平行于斜面的方向上有 三個(gè)力作用于汽車上：發(fā)動(dòng)機(jī)的力、空氣阻力和重力沿斜面的分量下滑力。 設(shè)計(jì) 汽車控制系統(tǒng)并進(jìn)行仿真。輔助分析：由牛頓第二定律，汽車的運(yùn)動(dòng)方程為：mW = Fe - Fw - Fh，其中m代表

7、汽車的質(zhì)量，x為汽車的位移。 假設(shè)一2000：忑1000,汽車的質(zhì)量為100Kg，F(xiàn)e在實(shí)際系統(tǒng)中總會(huì)有下界 和上界，上界為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大推動(dòng)力，下界為剎車時(shí)的最大制動(dòng)力。(2)空氣阻力的值為阻力系數(shù)，汽車前截面積A和動(dòng)力學(xué)壓力P三項(xiàng)的乘積。 PV2其中p =2T，表示空氣的密度，v表示汽車速度與風(fēng)速之和。假設(shè)CD比=0.001，且風(fēng)速以下式的規(guī)律變化：2Vw =10sin 0.011因此，空氣阻力可以近似為:2Fw =0.001 X 20sin 0.01t(3)假設(shè)馬路的斜角與位移的變化率符合規(guī)律：v - 0.0093sin O.OOOIx則下滑力為：Fh =30sin 0.0001x用簡單的比例控制法來控制車速：Fc二Ke Xdesired-X，其中，F(xiàn)c為驅(qū)動(dòng)力, Xdesired為期望速度值，為反饋增益。這樣驅(qū)動(dòng)力正比于速度誤差。實(shí)際中的驅(qū) 動(dòng)力是在上面所設(shè)