matlab实验西北农林科技大学.docx
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matlab实验西北农林科技大学
课程实验报告
学年学期 2015-2016学年第2学期
课程名称 MATLAB与科学计算
实验名称 实验一MATLAB环境与数值计算
实验室 测量测绘实验中心计算机室
专业年级 土木13级
学生姓名
学生学号 20130
提交时间2016-06-02
成 绩
任课教师 王增红
水利与建筑工程学院
实验一MATLAB环境与数值计算
1、目的和要求
（1）熟练掌握MATLAB的启动和退出、MATLAB的命令窗口；常用选单和工具栏，通过实例初步认识对MATLAB的命令和程序运行等。
（2）熟练掌握MATLAB变量的使用；
（3）熟练掌握矩阵的创建、掌握MATLAB的矩阵和数组的运算；
（4）熟悉MATLAB多项式的运用，掌握MATLAB的拟合和插值方法、积分运算和统计运算。
2、内容和步骤
参见教材实验一、二。
3、实验报告提交要求
（1）用MALTAB命令和M程序两种方式求解三元一次方程组。
答：
以求解三元一次方程组
为例：
MALTAB命令
>>a=[2-13;31-5;4-11];
>>b=[5;5;9];
>>x=a\b
x=
2
-1
0
M程序
a=[2-13;31-5;4-11];
b=[5;5;9];
x=a\b
运行结果：
x=
2
-1
0
（2）用MALTAB命令和M程序两种方式求解3×3复数矩阵的模和相角。
答：
MALTAB命令
>>a=fix（20*rand（3,3））
a=
16185
181210
2119
>>b=magic（3）;
>>A=a+b*I;
>>r=abs（A）
r=
17.888518.02787.8102
18.248313.000012.2066
4.47219.055419.1050
>>theta=angle（A）*180/pi
theta=
26.56513.179850.1944
9.462322.619934.9920
63.434983.65986.0090
M程序
a=fix（20*rand（3,3））
b=magic（3）;
A=a+b*i;
r=abs（A）
theta=angle（A）*180/pi
运行结果：
a=
15013
191615
131814
r=
17.00001.000014.3178
19.235416.763116.5529
13.601520.124614.1421
theta=
28.072590.000024.7751
8.972617.354025.0169
17.102726.56518.1301
（3）创建一个4╳4矩阵，求逆矩阵、产生对角矩阵、求矩阵的秩等。
>>a=fix（20*rand（4,4））
a=
12610
101133
1591512
18065
>>ni=inv（a）
ni=
-0.00540.0251-0.02940.0664
-0.00790.08630.0074-0.0536
-0.1375-0.11740.1740-0.0722
0.18460.0507-0.10290.0474
>>duijiao=diag（a）
duijiao=
1
11
15
5
>>zhi=rank（a）
zhi=
4
（4）创建两个4╳4矩阵进行加、减、乘法和左除运算。
>>a=fix（10*rand（4,4）+1）
a=
3723
8929
31033
66910
>>b=fix（10*rand（4,4）+1）
b=
4568
24104
3936
7681
>>a-b
ans=
-12-4-5
65-85
010-3
-1019
>>a+b
ans=
712811
10131213
61969
13121711
>>a*b
ans=
537911867
119148216121
6210015185
133195203136
>>a\b
ans=
14.0000-5.000020.000028.0000
-2.13701.6438-3.0822-3.7397
5.4110-0.93156.24669.2192
-11.28773.4521-14.9726-22.7534
（5）创建一个一元四次多项式，进行多项式求值，求根计算。
解：
以函数y=5
+4
+3
+2x+1为例：
>>p=[5,4,3,2,1]
p=
54321
>>p=[5,4,3,2,1];
>>polyval（p,3）%计算x=3时多项式的值
ans=
547
>>roots（p）%计算多项式的根
ans=
0.1378+0.6782i
0.1378-0.6782i
-0.5378+0.3583i
-0.5378-0.3583i
（6）创建一个一元三次多项式，取十个不同自变量值，计算多项式的值，并分别进行一阶、二阶拟合，图示原始数据和拟合结果
解：
>>p=fix（10*rand（1,4）+1）
p=
7785
>>x=1:
2:
20;
>>y=polyval（p,x）;
>>p1=polyfit（x,y,1）;p2=polyfit（x,y,2）;
>>y1=polyval（p1,x）;y2=polyval（p2,x）;
>>plot（x,y1,'r'）
>>holdon
>>plot（x,y2）
（7）自建一个一元三次多项式，取十个不同自变量值，计算多项式的值，并用线性、相邻点和三次插值，图示其插值结果。
解：
>>p=fix（10*rand（1,4）+1）
p=
7136
>>x=1:
3:
30;
>>y=polyval（p,x）;
>>y01=interp1（x,y,12）%线性插值
y01=
12774
>>y02=interp1（x,y,12,'nearest'）%相邻点插值
y02=
15593
>>y03=interp1（x,y,12,'cubic'）%三次插值
y03=
1.2310e+004
>>plot（x,y）
>>holdon
>>plot（12,y01,'or'）
>>plot（12,y02,'*g'）
>>plot（12,y03,'+'）
（8）给出多组温度的测定值（内含平均温度、最低、最高温度），并求其平均温度、最低、最高温度的平均值、标准差等。
解：
>>a=fix（40*rand（6,3）+1）
a=
393228
203931
332730
6216
173427
37387
>>mean（a）%各列的平均值
ans=
25.333328.666723.1667
>>std（a）%各列的标准差
ans=
13.063913.76479.5795
课程实验报告
学年学期 2015-2016学年第2学期
课程名称 MATLAB与科学计算
实验名称 实验二MATLAB的符号计算与可视化
实验室 测量测绘实验中心计算机室
专业年级 土木13级
学生姓名
学生学号
提交时间2016-06-02
成 绩
任课教师 王增红
水利与建筑工程学院
实验二MATLAB的符号计算与可视化
1、目的和要求
（1）熟练掌握MATLAB符号表达式的创建、代数运算及化简。
（2）熟悉符号方程的求解。
（3）熟练掌握MATLAB二维曲线、三维图形的绘制。
（4）熟练掌握各种特殊图形的绘制。
2、内容和步骤
参见教材实验三、四。
3、实验报告提交要求
（1）使用sym和syms命令创建符号变量和符号表达式；
sym命令
>>sym（'x','real'）
ans=
x
>>sym（'y=3*x^8+7*x^6+x+1'）
ans=
y=3*x^8+7*x^6+x+1
syms命令
>>symsxyreal
>>yy=x+i*y^3
yy=
y^3*i+x
（2）用常数替换符号变量。
解：
>>symsxy
>>z=x^6+y^5+x*y
z=
x^6+x*y+y^5
>>subs（z,x,5）%用5替换了x
ans=
y^5+5*y+15625
（3）寻找两个一元三次符号表达式，分别进行其符号表达式的加、减、乘等运算；
两个一元三次符号表达式
>>y1=sym（'3*x^3+2*x^2+x+10'）
y1=
3*x^3+2*x^2+x+10
>>y2=sym（'5*x^3+3*x^2+x+20'）
y2=
5*x^3+3*x^2+x+20
加、减、乘运算
>>y1+y2%符号表达式相加
ans=
8*x^3+5*x^2+2*x+30
>>y1-y2%符号表达式相减
ans=
-2*x^3-x^2-10
>>y1*y2%符号表达式相乘
ans=
（3*x^3+2*x^2+x+10）*（5*x^3+3*x^2+x+20）
（4）寻找一个可化简的符号表达式，并化简；
解：
>>y=sym（'x^7+x^5+1'）
y=
x^7+x^5+1
>>factor（y）
ans=
（x^2+x+1）*（x^5-x^4+x^3-x+1）
（5）绘制二维曲线，寻找四种二维的曲线，把图形窗口分割为2列2行，并分别标明图名、坐标等。
解：
M文件
x=-2*pi:
0.01:
2*pi;
subplot（221）
plot（x,sin（x））
title（'y=sin（x）'）
xlabel（'x'）
ylabel（'y'）
subplot（222）
plot（x,cos（x））
title（'y=cos（x）'）
xlabel（'x'）
ylabel（'y'）
subplot（223）
plot（x,x.^2）
title（'y=x^2'）
xlabel（'x'）
ylabel（'y'）
subplot（224）
plot（x,exp（x））
axis（[-5,5,0,12]）
title（'y=e^x'）
xlabel（'x'）
ylabel（'y'）
（6）绘制特殊图形。
参照教材中相关内容，选取不同的数据绘制三维条形图；
M文件
y=fix（50*rand（4,3）+1）
x=2:
5
bar3（x,y）
（7）随机产生正态分布的数据100个，给出统计数据，并绘制饼状图。
解：
M文件
a=fix（100*randn（10,10））
s1=0;s2=0;s3=0;s4=0;
forn=1:
100
ifa（n）<=-100
s1=s1+1;
elseifa（n）<=0
s2=s2+1;
elseifa（n）<100
s3=s3+1;
else
s4=s4+1;
end
end
y=[s1,s2,s3,s4]
explode=[1111];
pie（y,explode,{'（<=-100）','（-99～0）','（1～99）','（>=100）’}）
注:
所有题目要求不同的学生采用不同的符号数字，报告中应列明命令或M文件及结果，（5）～（7）题要求用M文件表达。
课程实验报告
学年学期 2015-2016学年第2学期
课程名称 MATLAB与科学计算
实验名称 实验三MATLAB程序设计
实验室 测量测绘实验中心计算机室
专业年级 级
学生姓名
学生学号 1
提交时间2016-06-02
成 绩
任课教师 王增红
水利与建筑工程学院
实验三MATLAB程序设计
1、目的和要求
（1）熟练掌握MATLAB的程序流程控制结构。
（2）熟练掌握M文件的结构。
（3）熟练掌握函数调用和参数传递。
2、内容和步骤
参见教材实验五。
3、实验报告提交要求
用for语句、while和函数调用三种方式分别对下述两题进行编程，并上机进行操作、运行出结果。
（1）
n≥30即可
While语句：
functioncos234（x,n）
f=1;sum=1;i=1;
whilei<=n
f=f*（-1）*x^2/（2*i-1）/（2*i）;
sum=sum+f;
i=i+1;
end
sum
结果：
>>cos234（pi,30）
sum=
-1
函数调用
functionz=cos123（x,n）
y=1;
form=1:
n
y=y+（-1）^m*x^（2*m）/jiecheng（2*m）;
end
y
functions=jiecheng（n）
s=1;
fori=1:
n
s=i*s;
end
结果：
>>cos123（pi,32）
y=
-1.0000
For语句
functionz=cos222（x,n）
y=1;
form=1:
n
s=1;
fori=1:
2*m
s=s*i;
end
y=y+（-1）^m.*x^（2*m）/s;
end
y
结果：
>>cos222（pi,34）
y=
-1.0000
（2）
（-1＜x≤1）n≥2000即可
For语句
functionzky（x,n）
s=x;
fori=1:
n
s=s+（-1）^i*x^（i+1）/（i+1）;
end
s
结果：
>>zky（1,2000）
s=
0.6934
While语句
functionzky2（x,n）
s=x;j=1;
whilej<=n
s=s+（-1）^j*x^（j+1）/（j+1）;
j=j+1;
end
s
结果：
>>zky2（1,2000）
s=
0.6934
函数调用
functionzky3（x,n）
s=x;
fori=1:
n
s=s+xx（x,i）;
end
s
functiony=xx（x,n）
y=（-1）^n*x^（n+1）/（n+1）;
结果：
>>zky3（1,2000）
s=
0.6934
课程实验报告
学年学期 2015-2016学年第2学期
课程名称 MATLAB与科学计算
实验名称 实验四Simulink仿真
实验室 测量测绘实验中心计算机室
专业年级 土级
学生姓名
学生学号
提交时间2016-06-02
成 绩
任课教师 王增红
水利与建筑工程学院
实验四Simulink仿真
1、目的和要求
掌握Simulink的模型窗口、创建过程，会设置模块和信号线参数。
2、内容和步骤
参见教材7.5.2小节内容。
3、实验报告提交要求
（1）使用Simulink模型窗口用两种方法建立二阶系统的仿真模型，并写出具体步骤。
法一：
Ø打开simulink窗口，新建一个模型。
Ø在“Sources”模块库选择“Step”模块，在“Conyinuous”模块库选择“TransferFcn”模块，在“MathOperations”模块库选择“Sum”模块，在“Sinks”模块库选择“Scope”模块。
连接各模块，从信号线引出分支点，构成环闭系统。
Ø设置模块参数，打开“Sum”模块“参数设置”对话框，将“Iconshape”设置为“rectangular”，将“Listofsigns”设置为“｜+-”。
在“TransferFcn”模块的“参数设置”对话框中，将坟墓多项式“Denominator”设置为“[10.60]”。
在“Step”模块的“参数设置”对话框中，将“Steptime”修改为0。
Ø添加信号线文本注释。
Ø方针并分析。
在Simulink模型窗口，选择菜单“Simulation”→“Simulationparameters…”命令，在“Solver”页将“Stoptime”设置为15，单机“Startsimulation”按钮，示波器显示时间为15s。
打开示波器的“y坐标设置”对话框，将y坐标的“Y-min”改为0，“Y-max”改为2。
运行后得到下图。
法二：
将法一中系统的结构修改成使用积分模块（integrater）和零极点模块（zero-pole）串联，反馈使用“mathoperations”模块库中的“gain”模块结构成反馈环的增益为-1，二阶系统结构如图一所示，因此运行后的波形图也与法一所得到的波形图相同。
（2）使用Simulink模型窗口创建如下所示的模型，并进行仿真。
步骤：
Ø选择“sources”模块库中选择两个“sinewave”模块，在“MathOperations”中选择“sum”模块，在“sinks”模块中选择“scope”模块，在“continuous”模块库中选择“integrator”模块。
Ø然后用信号线连接个模块，构成闭环系统。
Ø仿真并分析，单击工具栏中的“startsimulation”按钮开始仿真，在示波器上显示仿真波形。
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