MATLAB仿真技术实验教案_matlab实验教案

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《MATLAB仿真技术》 实验教案

实验一

实验名称：熟悉Matlab交互工作界面

一、实验目的1、熟悉Matlab各种工作界面的操作要旨

2、掌握Matlab的基本操作命令

二、实验步骤

1、命令窗口

（1）体验命令窗口的菜单及各项功能（2）尝试命令窗口编辑特殊功能键和设置

2、工作空间窗口与当前路径窗口（1）在工作空间窗口查看及修改变量（2）添加新的路径为Matlab路径

3、图形窗口和文本编辑窗口

（1）练习图形窗口中修改图形的方法（2）在文本编辑窗口调试程序

4、体会Matlab的基本操作命令

三、实验仪器

PC机 MATLAB软件

四、实验结果

五、结论

实验二

实验名称：Matlab在符号计算方面的应用

一、实验目的1、掌握标识符的生成和使用

2、掌握矩阵及变量的赋值

3、熟悉三类运算符及其功能

二、实验内容

1、标识符的生成和使用

1）、计算yx(x0.98)/(x1.35)5(x1/x)，当x=2和x=4时的值。>>x=[2 4];y=x.^3+(x-0.98).^2./(x+1.35).^3-5*(x+1./x);y y =

-4.4723 42.8096 32）、计算cos6092。323>> y=cos(pi/3)-(9-sqrt(2))^(1/3)y =

-1.46492、矩阵及变量的赋值

21)、已知a=3,A=4，b=a,B=b2-1,c=a+A-2B,C=a+2B+c,求C >> a=3;A=4;b=a^2;B=b^2-1;c=a+A-2*B;C=a+2*B+c;C C = 2）、创建3×4矩阵魔方阵和相应的随机矩阵，将两个矩阵并接起来，然后提取任意两个列向量。

>> A=magic(4);A(4,:)=[];B=rand(3,4);C=[A B];D=C(:,3);E=C(:,4);D,E D = 3 10 6

E = 8 12 3）、创建一个5×5随机阵并求其逆。>> A=rand(5,5);B=inv(A)B =

-0.3113-0.5610-0.4334 0.8177 0.8277 0.9176-1.0464 2.3486-2.9934 0.3191-1.3483 0.5234-0.0487-0.1748 1.3919 0.6796 0.4366 0.4831 0.8076-1.7734 0.9505 1.2291-1.8918 1.7705-1.1269 4）利用上题的矩阵，计算矩阵的5次方。>> A=rand(5,5);C=A^5 C =

2.0162 1.9763 1.0497 1.3285 2.9673 2.4018 2.3423 1.2565 1.5811 3.5262 4.4993 4.1926 2.4290 2.9369 6.4685 3.0087 2.8175 1.6171 1.9680 4.3373 2.4288 2.3430 1.2792 1.5951 3.55063、三类运算符及其功能

1）创建一个4×4随机矩阵，提取对角线以上部分。>> A=rand(5,5);D=triu(A,1)D =

0 0.3142 0.0381 0.1603 0.6649 0 0 0.4586 0.8729 0.8704 0 0 0 0.2379 0.0099 0 0 0 0 0.1370 0 0 0 0 0 2）创建一个4×5随机矩阵，提取第一行和第二行中大于0.3的元素组成矩阵。>> A=rand(4,5);B=A([1 2],:)>0.3;C=B.*A([1 2],:)C =

0.3972 0.3716 0.7165 0 0.7036 0.4136 0.4253 0.5113 0.7006 0.4850 481343215，B6238，求C=A*B,D=A.*B。593）设A36271281397>> A=[1 4 8 13;-3 6-5-9;2-7-12-8];B=[5 4 3-2;6-2 3-8;-1 3-9 7];C=A*B' D=A.*B C =-82 30 12 27 3-38 54 29

D = 16 24-26-18-12-15 72-2-21 108-56

三、实验仪器

PC机 MATLAB软件

四、实验结果

五、结论

实验三

实验名称：一维二维数组创建与寻访

一、实验目的1、掌握数组的创建和寻访

2、掌握数组的生成函数和操作运算

3、掌握数组操作运算与矩阵操作运算

二、实验步骤

1、直接输入法创建数组

创建一个数组并赋值给变量a 12345678 使a=a910111213141516

2、使用MATLAB函数创建数组

创建一个数组并赋值给变量b，使b中元素服从均值为0，方差为1的正态分布（b为4×4阶）

3、利用外部数据文件（MAT）保存和装载数组 保存并调用变量a,b4、比较数组运算与矩阵运算操作的区别 ⑴分别对变量a,b 进行矩阵乘和数组乘 ⑵分别对变量a,b 进行矩阵除和数组除

三、实验结果

1、直接输入法创建数组

创建一个数组并赋值给变量a 12345678 使a=a910111213141516MATAB源程序：

>> a=[1 2 3 4;5 6 7 8;9 10 11 12;13 14 15 16] a = 132、使用MATLAB函数创建数组

创建一个数组并赋值给变量b，使b中元素服从均值为0，方差为1的正态分布（b为4×4阶）

MATAB源程序： >> b=randn(4,4)b =

-0.4326

-1.1465

0.3273

-0.5883

-1.6656

1.1909

0.1746

2.1832

0.1253

1.1892

-0.1867

-0.1364 0.2877

-0.0376

0.7258

0.11393、利用外部数据文件（MAT）保存和装载数组 保存并调用变量a,b MATAB源程序： >> save D:55 a b >> clear

>> load D:55 a b4、比较数组运算与矩阵运算操作的区别 ⑴分别对变量a,b 进行矩阵乘和数组乘 MATAB源程序： >> a*b

ans =

-2.2370

4.6523

3.0196

3.8246

-8.9776

9.4362

7.1837

10.1142

-15.7182

14.2201

11.3477

16.4038

-22.4587

19.0040

15.5118

22.6934

>> a.*b

ans =

-0.4326

-2.2929

0.9819

-2.3533

-8.3279

7.1455

1.2225

17.4655

1.1280

11.8916

-2.0538

-1.6368

3.7398

-0.5269

10.8869

1.8229 ⑵分别对变量a,b 进行矩阵除和数组除 MATAB源程序： >> a/b

ans =

-2.6166

0.7871

-1.4789

4.7435

-7.5005

0.8441

-2.6467

12.1430

-12.3844

0.9011

-3.8145

19.5425

-17.2683

0.9581

-4.9822

26.9420 >> ab Warning: Matrix is close to singular or badly scaled.Results may be inaccurate.RCOND = 1.387779e-018.ans =

1.0e+016 *

0.6415

-1.3356

0.3480

-1.1382

-0.6372

1.4254

-0.3919

1.1373

-0.6503

1.1558

-0.2602

1.1400 0.6459

-1.2457

0.3041

-1.1391 >> a./b

ans =

-2.3118

-1.7445

9.1661

-6.7991

-3.0019

5.0381

40.0827

3.6644

71.8091

8.4093-58.9153-87.9792

45.1897-372.0112

20.6671 140.4355 >> a.b

ans =

-0.4326

-0.5732

0.1091

-0.1471

-0.3331

0.1985

0.0249

0.2729

0.0139

0.1189

-0.0170

-0.0114

0.0221

-0.0027

0.0484

0.0071

三、实验仪器

PC机 MATLAB软件

四、实验结果

五、结论

实验四

实验名称：Matlab在数值计算方面的应用

一、实验目的1、学会使用MATLAB关系运算符

2、学会使用MATLAB逻辑运算符

3、掌握多项式的表示方法及运算

4、熟练掌握精度可控的数值积分

二、实验步骤

1、关系运算符

生成一个包含10个 元素的行向量A，要求A中的元素服从均值为0，方差为1的正态分布，求sin(A）./A的极限。

注：当A中的元素为0时MATLAB不发出警告

2、逻辑运算符

分别生成两个包含10个 元素的行向量A、B，要求A、B中的元素在（0，1）之间服从均匀分布，找出A中大于0.5，B中小于0.5的元素，并将结果分别赋值给变量a、b，求变量a、b的同或（只利用与、或、非三个基本逻辑运算符）。

3、多项式的表示方法及运算

令m(x)=x6+6x5+20x4+50x3+75x2+84x+64；n(x)=x4-12x3＋25x+16 求m(x)与 n(x)的卷积。

4、精度可控的数值积分

已知y=x1·log(1＋x1)关于x1求从0到1的积分，要求精度为1e-6

三、实验结果

1、关系运算符

生成一个包含10个 元素的行向量A，要求A中的元素服从均值为0，方差为1的正态分布，求sin(A）./A的极限。MATAB源程序： >> A=randn(1,10);A=A+(A==0)*eps;sin(A)./A

ans =

0.7799

0.7759

0.9999

0.9959

0.6231

0.9890

0.8241

0.6981

0.8954

0.95412、逻辑运算符

分别生成两个包含10个 元素的行向量A、B，要求A、B中的元素在（0，1）之间服从均匀分布，找出A中大于0.5，B中小于0.5的元素，并将结果分别赋值给变量a、b，求变量a、b的同或（只利用与、或、非三个基本逻辑运算符）。MATAB源程序： A=rand(1,10)B=rand(1,10)c=A>0.5;a=c.*A d=B

0.3654

0.1400

0.5668

0.8230

0.6739

0.9994

0.9616

0.0589

0.3603

0.5485

B =

0.2618

0.5973

0.0493

0.5711

0.7009

0.9623 0.4319

0.6343

a =

0

0

0.5668

0.8230

0.6739

0.9994 0

0.5485

b =

0.2618

0

0.0493

0

0

0 0.4319

0

ans =

0

0

0

0

0

0

03、多项式的表示方法及运算

令m(x)=x6+6x5+20x4+50x3+75x2+84x+64；n(x)=x4-12x3＋25x+16 求m(x)与 n(x)的卷积。MATAB源程序：

>> m=[1 6 20 50 75 84 64];n=[1-12 0 25 16];w=conv(m,n)w =

Columns 1 through 10

-52

-165

626

1907

3300

2944

0.7505

0.9616

0-359

0.7400

0

0

-220

Column 11

10244、精度可控的数值积分

已知y=x1·log(1＋x1)关于x1求从0到1的积分，要求精度为1e-6 MATAB源程序：

>> y=quad('x1.*log(1+x1)',0,1,'1e-6')y =

0.2500

三、实验仪器

PC机 MATLAB软件

四、实验结果

五、结论

实验五

实验名称：数据和函数的可视化

一、实验目的1、掌握二维图形的绘制

2、熟悉二维图形的修饰

3、掌握三维图形的绘制

4、能从不同角度观察试图

二、实验步骤

1、二维图形的绘制

Y=sinx2e-x分别在四个子图中给出棒状图（红）、阶梯图（蓝）、条形图（黄）、填充图形（绿），并加网络线。

2、二维图形的修饰

已知y1=sin(x)，y2=cos(x)，在一个图形绘制y1，y2的曲线。⑴给出图形题目（“正弦曲线和余弦曲线”）⑵给出横坐标（“弧度值”），纵坐标（“函数值”）⑶分别加曲线标注（“正弦曲线”），（“余弦曲线”）⑷将x，y坐标轴的单位设置为相等 ⑸将当前图形设置为正方形

3、三维曲线的绘制

f(x,y)2sinx2y2xy22分别绘制其网线图及曲面图

4、三维曲线的修饰及视角 对上题的曲面图作

⑴用截面颜色分布方式填充 ⑵用插列式颜色分布方式填充 ⑶用平面式颜色分布方式填充 ⑷用300方位角，－37.50仰角观察 ⑸用1800方位角，00仰角观察

三、实验结果

1、二维图形的绘制

Y=sinx2e-x分别在四个子图中给出棒状图（红）、阶梯图（蓝）、条形图（黄）、填充图形（绿），并加网络线。MATAB源程序： x=0:0.5:2*pi;y=sin(x.^2).*exp(-x);figure(1)subplot(2,2,1)stem(x,y,'r')grid on subplot(2,2,2)stairs(x,y,'b')grid on subplot(2,2,3)bar(x,y,'y')axis([0,6,-.2,.6])grid on subplot(2,2,4)fill(x,y,'g')grid on2、二维图形的修饰

已知y1=sin(x)，y2=cos(x)，在一个图形绘制y1，y2的曲线。⑴给出图形题目（“正弦曲线和余弦曲线”）⑵给出横坐标（“弧度值”），纵坐标（“函数值”）⑶分别加曲线标注（“正弦曲线”），（“余弦曲线”）⑷将x，y坐标轴的单位设置为相等 ⑸将当前图形设置为正方形 MATAB源程序： x=0:0.1:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,[y1;y2])title('正弦曲线和余弦曲线')xlabel('弧度值')ylabel('函数值')legend('正弦曲线','余弦曲线')axis('equal')axis('square')

3、三维曲线的绘制

f(x,y)2sinx2y2xy22分别绘制其网线图及曲面图

MATAB源程序： x=-8:0.5:8;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y);z=2.*sin(sqrt(X.^2+Y.^2)+eps)./(sqrt(X.^2+Y.^2)+eps);mesh(z)figure(2)surf(z)

4、三维曲线的修饰及视角 对上题的曲面图作

⑴用截面颜色分布方式填充 ⑵用插列式颜色分布方式填充 ⑶用平面式颜色分布方式填充 ⑷用300方位角，－37.50仰角观察 ⑸用1800方位角，00仰角观 MATAB源程序： shading faceted shading interp shading flat察 view(30,-37.5)view(180,0)

实验六

实验名称：M文件和函数句柄

一、实验目的1、掌握利用控制语句实现复杂问题的方法

2、掌握M文件的创建及调用方法

3、掌握利用函数句柄来求取函数值的方法

4、学习利用内联函数来求取函数值的方法

二、实验步骤

x1xsin3x31x11、已知函数yxexx1要求利用控制语句来实现y的绘图。

2、已知f(x)11

(x2)20.1(x3)30.011）若X用矩阵代入，得f(x)为同阶矩阵 2）利用M文件求x∈[-1,0]的函数值 3）利用函数句柄求x∈[0,1]的函数值 4）利用内联函数求x∈[1,2]的函数值

3、设xcos(t)，ysin(Nt)，若N=2,α=0,π/3, π/2, π,在4个子图中分别画出其曲线。(要求只有一个subplot命令)

三、实验结果

x1xsin3x31x11、已知函数yxexx1要求利用控制语句来实现y的绘图。

M文件如下：

function y=hs(x)n=length(x);for k=1:n if x(k)=-1 y(k)=x(k)^3;else y(k)=exp(-x(k));end end plot(x,y)调用如下： >> a=-2:.1:2;>> b=hs(a);

876543210-1-2-2-1.5-1-0.500.511.522、已知f(x)11 23(x2)0.1(x3)0.011）利用M文件求x∈[-1,0]的函数值 2）利用函数句柄求x∈[0,1]的函数值 3）利用内联函数求x∈[1,2]的函数值 4）若X用矩阵代入，得f(x)为同阶矩阵 M文件如下：

function y=hs1(x)y=1./((x-2).^2+.1)+1./((x-3).^3+.01);plot(x,y)

2)调用如下： >> a=rand(4);>> b=hs1(a)0.90.80.70.60.50.40.30.200.10.20.30.40.50.60.70.80.91

b =

0.7156 0.6456 0.5748 0.6805 0.2626 0.5233 0.3370 0.5045 0.4170 0.3420 0.4220 0.2475 0.3550 0.2106 0.5483 0.3212

2)调用如下： >> a=-1:0.1:0;>> b=hs1(a);0.220.20.180.160.140.120.10.08-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10

3)调用如下： >> c=0:.1:1;>> d=@hs1;>> e=d(c);0.90.80.70.60.50.40.30.200.10.20.30.40.50.60.70.80.91 4)调用如下：

y=inline('1./((x-2).^2+.1)+1./((x-3).^3+.01)');p=1:.1:2;q=y(p);plot(p,q)987654321011.11.21.31.41.51.61.71.81.923、设xcos(t)，ysin(Nt)，若N=2,α=0,π/3, π/2, π,在4个子图中分别画出其曲线。(要求只有一个subplot命令)M文件如下：

function y=hs1(t)N=2;alpha=[0 pi/3 pi/2 pi];for i=1:4 x=cos(t);y=sin(N*t+alpha(1,i));subplot(2,2,i);plot(x,y)end 调用如下： >> t=0:.1:6;>> u=hs1(t);10.50-0.5-1-1-0.500.5110.50-0.5-1-1-0.500.5110.50-0.5-1-1-0.500.5110.50-0.5-1-1-0.500.51

实验七

实验名称：Simulink交互式仿真

一、实验目的1、了解Simulink仿真的基本操作

2、熟练掌握系统中子系统的操作

3、掌握Simulink常用工具箱的基本运用

4、掌握连续时间系统的建模与仿真

二、实验步骤

1、信号平方运算

系统的功能是对输入信号进行平方运算，现要求建立系统的Simulink模型并进行简单的仿真分析。

⑴系统输入信号源幅值为1的正弦波

⑵使用示波器显示同时原始信号和结果信号 ⑶生成系统运算部分的子系统

2、使用代数环计算下式的值

5x16x245 4x7x822

13、根据上题，计算下式的值 2x2+7x-30=04、构建一连续时间系统，使时间t5秒输出3sin(x)。

三、实验结果

1、信号平方运算

系统的功能是对输入信号进行平方运算，现要求建立系统的Simulink模型并进行简单的仿真分析。

⑴系统输入信号源幅值为1的正弦波

⑵使用示波器显示同时原始信号和结果信号 ⑶生成系统运算部分的子系统

2、使用代数环计算下式的值

5x16x245 4x17x2823、根据上题，计算下式的值 2x2+7x-30=04、构建一连续时间系统，使时间t5秒输出3sin(x)。

三、实验仪器

PC机 MATLAB软件

四、实验结果

五、结论

实验八

实验名称：Simulink交互式仿真

（二）一、实验目的1、掌握低通数字滤波器的使用

2、掌握通信系统的信源子系统的生成3、掌握通信系统的调制与解调子系统的生成4、掌握通信信道子系统的生成二、实验原理

（1）通信信道动态方程为。显然，此信道为一线性连续信道，信道传递函数描述如下：

Y(s)1 92U(s)10s103s1

（2）信道噪音：信道受到服从高斯正态分布的随机加性噪音的干扰，噪音均值为0，方差为0.01。

（3）信道延迟：信道经过缓冲区为1024的延迟。

·数字滤波器

数字滤波器的差分方程为 y(n)1.6y(n1)0.7y(n2)0.04u(n)0.08u(n1)0.04u(n2)

此数字滤波器为线性离散系统，使用滤波器形式对其进行描述如下：

Y(z)0.040.08z10.04z2

U(z)11.6z10.7z2

三、实验步骤

1.建立通信系统模型

按照通信系统的物理与数学模型建立系统模型。在建立系统模型之前，首先给出建立系统模型所需要的系统模块，如下所述：

（1）Sources模块库中的Sine Wave模块：作为高频载波信号与解调信号。（2）Sources模块库中的Signal Generator模块：产生低频锯齿波信号。（3）Math模块库中的Product模块：用于信号进行调制与解调。（4）Continuous模块库中的Transfer Fcn模块：描述通信信道。（5）Sources模块库中的Random Number模块：产生信道噪音。（6）Continuous模块库中的Transport Delay模块：产生信道延迟。（7）Discrete模块库中的Discrete Filter模块：描述数字滤波器。（8）Subsystems模块库中的Subsystem模块：封装系统中不同部分。（9）Sinks模块库的Scope模块：显示输出。

然后建立系统模型，并将信号幅值调制、通信信道、幅值解调封装到单独的子系统之中，2．系统模块参数设置与仿真参数设置

在建立系统模型之后，接下来按照系统的要求设置系统模块参数与仿真参数。想必用户对模块参数设置与仿真参数设置已经比较熟悉了，故在此仅给出各模块的参数与相应的仿真参数（所有没有给出的模块参数或仿真参数均使用系统的默认值）；用户可仿照前面的例子对参数进行正确的设置。信号调制子系统参数

（1）正弦载波Sine Wave模块：频率Frequency为100Hz，幅值为1。

（2）锯齿信号Signal Generator模块：波形Wave form为sawtooth（锯齿波）。·通信信道子系统参数

（1）随机信号Random Number模块：均值mean为0、方差Variance为0.01。（2）信道延迟Transfer Delay模块：初始缓冲区Initial buffer size为1024。（3）信道传递函数Transfer Fcn模块：

分子Numerator为[1]，分母Denominator为[1e-9 1e-3 1]。·信号解调子系统参数

正弦解调信号Sine Wave1模块：频率Frequency为100Hz，幅值为1，采样时间Sample time为0.005s。·数字滤波器参数

数字滤波器Discrete Filter模块参数：分子Numerator为[0.04 0.08 0.04]、分母Denominator为[1-1.6 0.7]、采样时间Sample time为0.005s ·系统仿真参数

（1）系统仿真时间：从0至10s。

（2）仿真求解器：变步长连续求解器。（3）绝对误差：1e-6。（4）最大仿真步长：0.01。

四、实验结果

图1 通信系统

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2、信源调制子系统

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3、噪声信道子系统

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4、信宿解调子系统

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5、原始信号

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6、接收到的信号

五、实验结果分析

在对系统模块参数与系统仿真参数设置之后，接下来对系统进行仿真分析。为了对通信系统的整体性能有一个直观的认识，这里将系统仿真结果（即通信系统的输出信号）与原始的锯齿波信号（通信系统所要传递的信号）进行比较，如图所示。从图中可以看出，由于通信信道的延迟以及加性随机噪音的干扰，使得通信系统的输出信号比原始锯齿波信号的起始时间慢1s，而且存在一定的失真；但只要失真小于一定的阈值，不会对锯齿波信号的使用造成太大的影响。

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