MATLAB與控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告

《MATLAB與控制系統(tǒng)仿真》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 《MATLAB與控制系統(tǒng)仿真》實(shí)驗(yàn)報(bào)告（2013年第三版）西安郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院周一06114067(23)PAGE1-實(shí)驗(yàn)三MATLAB圖形系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握繪制二維圖形的常用函數(shù)。2.掌握繪制三維圖形的常用函數(shù)。3.熟悉利用圖形對(duì)象進(jìn)行繪圖操作的方法。4.掌握繪制圖形的輔助操作。二、實(shí)驗(yàn)原理1，二維數(shù)據(jù)曲線圖繪制單根二維曲線plot(x,y);繪制多根二維曲線plot(x,y)當(dāng)x是向量，y是有一維與x同維的矩陣時(shí)，則繪制多根不同顏色的曲線。當(dāng)x，y是同維矩陣時(shí)，則以x，y對(duì)應(yīng)列元素為橫、縱坐標(biāo)分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣的列數(shù)。含有多個(gè)輸入?yún)?shù)的plot函數(shù)plot(x1,y1,x2,y2,…,xn,yn)具有兩個(gè)縱坐標(biāo)標(biāo)度的圖形plotyy(x1,y1,x2,y2)2,圖形標(biāo)注與坐標(biāo)控制1）title(圖形名稱)；2）xlabel（x軸說(shuō)明）3）ylabel（y軸說(shuō)明）4）text（x，y圖形說(shuō)明）5）legend（圖例1，圖例2，…）6）axis（[xminxmaxyminymaxzminzmax]）3,圖形窗口的分割subplot（m,n,p）4,三維曲線plot3（x1,y1,z1,選項(xiàng)1，x2,y2，選項(xiàng)2，…,xn,yn,zn,選項(xiàng)n）5，三維曲面mesh(x,y,z,c)與surf(x,y,z,c)。一般情況下，x，y，z是維數(shù)相同的矩陣。X，y是網(wǎng)格坐標(biāo)矩陣，z是網(wǎng)格點(diǎn)上的高度矩陣，c用于指定在不同高度下的顏色范圍。6，圖像處理imread和imwrite函數(shù)這兩個(gè)函數(shù)分別用于將圖象文件讀入matlab工作空間，以及將圖象數(shù)據(jù)和色圖數(shù)據(jù)一起寫(xiě)入一定格式的圖象文件。image和imagesc函數(shù)這兩個(gè)函數(shù)用于圖象顯示。為了保證圖象的顯示效果，一般還應(yīng)使用colormap函數(shù)設(shè)置圖象色圖。三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備計(jì)算機(jī)一臺(tái)（帶有MATLAB6.5以上的軟件環(huán)境）。四、預(yù)習(xí)要求1．復(fù)習(xí)二維與三維圖形的繪圖函數(shù)。2．復(fù)習(xí)圖形輔助操作。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1，設(shè)，在x＝0～2π區(qū)間取101點(diǎn)，繪制函數(shù)曲線。>>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）在同一坐標(biāo)系下用不同的顏色和線型繪制三條曲線；>>y1=x.^2;y2=cos(2*x);y3=y1.*y2;plot(x,y1,x,y2,x,y3);分別用條形圖、階梯圖、桿圖和填充圖繪制三條曲線。>>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區(qū)間繪制函數(shù)曲線。>>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，繪制函數(shù)的曲面圖和等高線其中x的21個(gè)值均勻分布在[-5,5]范圍，y的31個(gè)值均勻分布在[0,10]，要求使用subplot（2，1，1）和subplot（2，1，2）將產(chǎn)生的曲面圖和登高圖畫(huà)在同一個(gè)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.將圖形窗口分成兩格，分別繪制正割和余割函數(shù)曲線，并加上適當(dāng)?shù)臉?biāo)注。要求：1）必須畫(huà)出0到，即一個(gè)周期的曲線。2）正割曲線為紅色點(diǎn)劃線輸出，余割曲線為藍(lán)色實(shí)線輸出。3）圖形上面表明正割和余割公式，橫軸標(biāo)x，縱軸標(biāo)y。4）將圖形窗口分成兩格，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.繪制極坐標(biāo)曲線，并分析參數(shù)對(duì)曲線形狀的影響。>>a=5;>>b=pi/3;>>n=2;>>theta=0:0.01:5*pi;>>y=a.*sin(b+n.*theta);>>polar(theta,y,'b')a決定了最外圓的半徑，b決定了扇形的分布情況，n決定了扇形的數(shù)目。7.將圖形窗口分成兩個(gè)窗格，分別繪制出函數(shù)：在[0,3]區(qū)間上的曲線，并利用axis調(diào)整軸刻度縱坐標(biāo)刻度，使在[0,12]區(qū)間上，在[-2,1.5]區(qū)間上。>>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.畫(huà)出函數(shù)的曲面及等高線圖。>>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.綜合實(shí)例中，還有一種最常用的電力系統(tǒng)無(wú)源濾波器單調(diào)諧濾波器，其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，其阻抗表達(dá)式為：式中，為次諧波角頻率，為基波角頻率。當(dāng)設(shè)，，，，在[0.5，25]取值時(shí)，單調(diào)諧濾波器的阻抗與諧波次數(shù)的曲線如圖3-4所示，試編寫(xiě)程序完成曲線的畫(huà)?。ㄗ⒁鈭D中各個(gè)地方的標(biāo)注均用程序?qū)崿F(xiàn)）。10.用曲面圖表現(xiàn)函數(shù),和的范圍從-4到4，設(shè)置當(dāng)前圖形的顏色板從黑色到暗紅、洋紅、黃色、白色的平滑變化，打開(kāi)網(wǎng)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.根據(jù)繪制平面曲線，并分析參數(shù)對(duì)其形狀的影響。

實(shí)驗(yàn)四MATLAB程序設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握利用if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)的方法。2.掌握利用switch語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)多分支選擇結(jié)構(gòu)的方法。3.掌握利用for語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的方法。4.掌握利用while語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件計(jì)算機(jī)一臺(tái)（帶有MATLAB6.5以上的軟件環(huán)境）。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.編寫(xiě)求解方程的根的函數(shù)（這個(gè)方程不一定為一元二次方程，因的不同取值而定），這里應(yīng)根據(jù)的不同取值分別處理，有輸入?yún)?shù)提示，當(dāng)時(shí)應(yīng)提示“為恒不等式!”。并輸入幾組典型值加以檢驗(yàn)。disp('關(guān)于方程ax^2+bx+c=0')a=input('請(qǐng)輸入系數(shù)a=');b=input('b=');c=input('c=');ifa==0&&b==0ifc==0disp('解為全體實(shí)數(shù)');elsedisp('為恒不等式!');endelseP=[a,b,c];x=roots(P)enddisp('關(guān)于方程ax^2+bx+c=0')a=input('請(qǐng)輸入系數(shù)a=');b=input('b=');c=input('c=');ifa==0&&b==0ifc==0disp('解為全體實(shí)數(shù)');elsedisp('為恒不等式!');endelseP=[a,b,c];x=roots(P)end關(guān)于方程ax^2+bx+c=0請(qǐng)輸入系數(shù)a=3b=5c=7x=-0.8333+1.2802i-0.8333-1.2802i關(guān)于方程ax^2+bx+c=0請(qǐng)輸入系數(shù)a=2b=4c=6x=-1.0000+1.4142i-1.0000-1.4142i2.輸入一個(gè)百分制成績(jī)，要求輸出成績(jī)等級(jí)A+、A、B、C、D、E。其中100分為A+，90分～99分為A，80分～89分為B，70分～79分為C，60分～69分為D，60分以下為E。要求：（1）用switch語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。（2）輸入百分制成績(jī)后要判斷該成績(jī)的合理性，對(duì)不合理的成績(jī)應(yīng)輸出出錯(cuò)信息。g=input('請(qǐng)輸入成績(jī)')ifg<0||g>100disp('錯(cuò)誤，輸入的成績(jī)應(yīng)為0~100之間的數(shù)')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請(qǐng)輸入成績(jī)80g=80B3.利用for循環(huán)語(yǔ)句編寫(xiě)計(jì)算n!的函數(shù)程序，取n分別為-89、0、3、5、10驗(yàn)證其正確性(輸入n為負(fù)數(shù)時(shí)輸出出錯(cuò)信息)。n=input('請(qǐng)輸入n=');ifn<0disp('錯(cuò)誤，n取值必須為正數(shù)');elsey=1;fori=1:ny=y*i;enddisp('n!=');disp(y)end請(qǐng)輸入n=6n!=7204.Fibonacci數(shù)組的元素滿足Fibonacci規(guī)則：，；且。現(xiàn)要求該數(shù)組中第一個(gè)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.根據(jù)，求的近似值。當(dāng)n分別取100、1000、10000時(shí)，結(jié)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的近似值為');disp(pai);endn=100π的近似值為3.1321n=1000π的近似值為3.1406n=10000π的近似值為3.14156.有一分?jǐn)?shù)序列：編寫(xiě)一段程序，求前16項(xiàng)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、各數(shù)之和；（2）正數(shù)、零、負(fù)數(shù)的個(gè)數(shù)。8.建立5×6矩陣，要求輸出矩陣第n行元素，當(dāng)n值超過(guò)矩陣的行數(shù)時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為輸出矩陣最后一行元素，并給出出錯(cuò)信息。9，根據(jù)，求的近似值。當(dāng)n分別取100，1000，10000時(shí)，結(jié)果是多少？

實(shí)驗(yàn)五MATLAB函數(shù)文件一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，理解函數(shù)文件的概念；2，掌握定義和調(diào)用matlab函數(shù)的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1，函數(shù)文件的定義：函數(shù)文件是另一種形式的m文件，每一個(gè)函數(shù)文件都定義一個(gè)函數(shù)，事實(shí)上，matlab提供的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)大部分都是由函數(shù)文件定義的。2，函數(shù)文件的基本結(jié)構(gòu)函數(shù)文件由function語(yǔ)句引導(dǎo)，其基本結(jié)構(gòu)為：Function輸出形參表＝函數(shù)名（輸入形參表）注釋說(shuō)明部分函數(shù)體語(yǔ)句其中以function開(kāi)頭的一行為引導(dǎo)行，表示該m文件是一個(gè)函數(shù)文件。3，函數(shù)調(diào)用函數(shù)文件編制好之歐，就可以調(diào)用函數(shù)進(jìn)行計(jì)算了，函數(shù)調(diào)用的一般格式是：[輸出實(shí)參表]＝函數(shù)名（輸入實(shí)參表）三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1.計(jì)算機(jī)一臺(tái)（帶有MATLAB6.5以上的軟件環(huán)境）。四、預(yù)習(xí)要求1．復(fù)習(xí)函數(shù)的定義與編寫(xiě)原則。2．復(fù)習(xí)函數(shù)的調(diào)用。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1，一個(gè)自然數(shù)是素?cái)?shù)，且它的數(shù)字位置經(jīng)過(guò)任意對(duì)換后仍為素?cái)?shù)，則稱為絕對(duì)素?cái)?shù)。例如13是絕對(duì)素?cái)?shù)。試求所有的兩位絕對(duì)素?cái)?shù)。要求：定義一個(gè)判斷素?cái)?shù)的函數(shù)文件。fora=10:99ifisprime(a)g=rem(a,10);s=fix(a/10);b=10*g+s;ifisprime(b)disp(a)endendend1113173137717379972，已知當(dāng)時(shí)，求y值；functionx=fn(n)x=n+10*log(n^2+5);end調(diào)用fn.m的命令文件文件y=fn(40)/(fn(30)+fn(20))y=0.6390當(dāng)時(shí)，求y值。functionm=fun(n)ifn<=0m=0;elsem=n*(n+1)+fun(n-1);endend調(diào)用fun.m的命令文件y=fun(40)/(fun(30)+fun(20))y=1.7662

實(shí)驗(yàn)六matlab數(shù)據(jù)處理與多項(xiàng)式計(jì)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，掌握數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析的方法；2，掌握數(shù)值插值與曲線擬合的方法；3，掌握多項(xiàng)式計(jì)算的常用運(yùn)算。二、實(shí)驗(yàn)原理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理最大值與最小值(a)求向量的最大值與最小值y=max(X)與[y,I]=max(X)(b)求矩陣的最大值和最小值max(A)與[Y,U]=max(A),max(A,[],dim)2)求和與求積sum(X),prod(X)sum(A)3)標(biāo)準(zhǔn)方差與相關(guān)系數(shù)a）Y=std(A,flag,dim)b)corrcoef(X)2,數(shù)據(jù)差值a)一維數(shù)據(jù)差值Y1=interp1(X,Y,X1,’method’)b)二維數(shù)據(jù)差值Z1=interp2(X,Y,Z,X1,Y1,’method’)3,曲線擬合[P,S]=polyfit(X,Y,m)4,多項(xiàng)式計(jì)算1）多項(xiàng)式的加減計(jì)算2）多項(xiàng)式乘法運(yùn)算Y=conv(P1,P2)3)多項(xiàng)式除法[Q,r]=deconv(P1,P2)4)多項(xiàng)式的導(dǎo)函數(shù)p=polyder(P):求多項(xiàng)式P的導(dǎo)函數(shù)p=polyder(P,Q):求P.Q的導(dǎo)函數(shù)[p,q]=polyder(P,Q):求P/Q的導(dǎo)函數(shù)，導(dǎo)函數(shù)的分子存入p，分母存入q。5，多項(xiàng)式求值1)代數(shù)多項(xiàng)式求值Y=polyval(P,x)2)矩陣多項(xiàng)式求值polyvalm6,多項(xiàng)式求根x=roots(P)三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1.計(jì)算機(jī)一臺(tái)（帶有MATLAB6.5以上的軟件環(huán)境）。四、預(yù)習(xí)要求1．復(fù)習(xí)matlab多項(xiàng)式數(shù)值分析函數(shù)。2．復(fù)習(xí)matlab曲線擬合與多項(xiàng)式計(jì)算函數(shù)。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1，利用matlab提供的rand函數(shù)生成30，000個(gè)符合均勻分布的隨機(jī)數(shù)，然后檢驗(yàn)隨機(jī)數(shù)的性質(zhì)：均值和標(biāo)準(zhǔn)方差；最大元素與最小元素；大于0.5的隨機(jī)數(shù)個(gè)數(shù)占總數(shù)額百分比。k=0;x=rand(1,30000);disp(['隨機(jī)數(shù)的均值為：',num2str(mean(x))])disp(['隨機(jī)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為：',num2str(std(x))])disp(['隨機(jī)數(shù)的最大元素為：',num2str(max(x))])disp(['隨機(jī)數(shù)的最小元素為：',num2str(min(x))])disp(['大于0.5的隨機(jī)數(shù)個(gè)數(shù)占總數(shù)的百分比為：',num2str(size(find(x>0.5))/size(x)*100),'%'])隨機(jī)數(shù)的均值為：0.49875隨機(jī)數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方差為：0.28898隨機(jī)數(shù)的最大元素為：0.99997隨機(jī)數(shù)的最小元素為：4.8345e-005大于0.5的隨機(jī)數(shù)個(gè)數(shù)占總數(shù)的百分比為：50.0567%2，將100個(gè)學(xué)生5門功課的成績(jī)存入矩陣P中，進(jìn)行如下處理：(1)分別求每門課的最高分、最低分及相應(yīng)學(xué)生序號(hào)；(2)分別求每門課的平均分和標(biāo)準(zhǔn)方差；(3)5門課總分的最高分、最低分及相應(yīng)學(xué)生序號(hào)；(4)將5門課總分按照從大到小的順序存入zcj中，相應(yīng)學(xué)生序號(hào)存入xsxh。提示：上機(jī)調(diào)試時(shí)，為避免輸入學(xué)生成績(jī)的麻煩，可用取值范圍在[45，95]之間的隨機(jī)矩陣來(lái)表示學(xué)生成績(jī)。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]區(qū)間10個(gè)整數(shù)采樣點(diǎn)的函數(shù)值如下表所示：X1112131415161718191101lgx01.04141.32221.49141.61281.70761.78531.85131.90851.95902.0043試求lgx的5次擬合多項(xiàng)式p(x)，并繪制lgx和p(x)在[1,101]區(qū)間的函數(shù)。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，有三個(gè)多項(xiàng)式p1(x)=x4+2x3+4x2+5,p2(x)=x+2,p3(x)=x2+2x+3,