计算机仿真实训实验报告实验1-4

实验一 熟悉MATLAB 工作环境

16电气5班 周树楠 20160500529

一、实验目的

1.熟悉启动和退出MATLAB 软件的方法。

2.熟悉MATLAB 软件的运行环境。

3.熟悉MATLAB 的基本操作。

二、实验设备及条件

计算机一台（带有MATLAB6.0以上的软件境）。

三、实验内容

1.练习下面指令：

cd,clear,dir,path,help,who,whos,save,load 。

2.建立自己的工作目录MYBIN 和MYDATA ，并将它们分别加到搜索路径的前面或者后面。

3.求23)]47(*212[÷-+的算术运算结果。

4.M 文件的建立，建立M 文件，求出下列表达式的值：

??

????-+=++=+=

545.0212),1ln(21

185sin 2222

1i x x x z e z o

其中

5.利用MATLAB的帮助功能分别查询inv、plot、max、round函数的功能和用法。

四、运行环境介绍及注意事项

1.运行环境介绍

打开Matlab软件运行环境有图1-1所示的界面

图1-1 MATLAB的用户界面

操作界面主要的介绍如下：

指令窗（ Command Window ），在该窗可键入各种送给 MATLAB 运作的指令、函数、表达式，并显示除图形外的所以运算结果。

历史指令窗（ Command History ），该窗记录已经运行过的指令、函数、表达式；允许用户对它们进行选择复制、重运行，以及产生 M 文件。

工作空间浏览器（ Workspace Browser ），该窗口罗列出 MATLAB 工作空间中所有的变量名、大小、字节数；并且在该窗中，可对变量进行观察、编辑、提取和保存。

其它还有当前目录浏览器（ Current Directory Browser ）、 M 文件编辑 / 调试器（Editor/Debugger ）以及帮助导航/ 浏览器（Help Navigator/Browser ）等，但通常不随操作界面的出现而启动。

利用 File 菜单可方便对文件或窗口进行管理。其中 File | New 的各子菜单， M-file （ M 文件）、 Figure （图形窗口）、或 Model （ Simulink 编辑界面）分别可创建对应文件或模块。 Edit 菜单允许用户和 Windows 的剪切板交互信息。

2.在指令窗操作时应特别注意以下几点

1）所有输入的指令、公式或数值必须按下回车键以后才能执行。例如：

>>(10*19+2/4-34)/2*3 （回车）

ans=

234.7500

2）所有的指令、变量名称都要区分字母的大小写。

3）%作为MATLAB注释的开始标志，以后的文字不影响计算的过程。

4）应该指定输出变量名称，否则MATLAB会将运算结果直接存入默认的输出变量名ans。

5）MATLAB可以将计算结果以不同的精确度的数字格式显示，可以直接在指令视窗键入不同的数字显示格式指令。例如：>>format short (这是默认的) 6）MATLAB利用了↑↓二个游标键可以将所输过的指令叫回来重复使用。按下↑则前一次输入的指令重新出现，之后再按Enter键，即再执行前一次的指令。

而↓键的功用则是往后执行指令。其它在键盘上的几个键如→、←、Delete、Insert其功能则显而易见，无须多加说明。

3.help命令的使用

一旦发现指令不知如何使用时，help命令将告诉你如何使用。在指令窗中键入（help+指令名称）就可使用MATLAB的帮助系统，这是最快捷的取得帮助的途径。例如：

>> help tan

TAN Tangent.

TAN(X) is the tangent of the elements of X.

See also atan, tand, atan2.

Overloaded functions or methods (ones with the same name in other directories)

help sym/tan.m

Reference page in Help browser

doc tan

4.M文件的保存

当保存M文件时，文件名不能以数字开头，更不能以纯数字命名M文件，例如把一个M文件命名为54.m，则不管文件内容是什么，运行结果总是ans =54。

五、思考题

1.与其他高级语言相比，MATLAB有哪些显著特点？

答：与其他高级语言相比，MATLAB简单易学，编程效率高。显著特点是：①可靠的数值计算和符号计算功能；②强大的绘图功能；③简单易学的语言体系；

④为数众多的应用工具；⑤最显著的特点就是它将矩阵作为基本存储单元。

2.画出MATLAB系统的组成结构。

答：MATLAB系统主要由开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、图形功能和应用程序接口五个部分组成。

实验二 MATLAB 的基本计算

16电气5班 周树楠 20160500529

一、实验目的

1.掌握建立矩阵的方法。

2.掌握MATLAB 各种表达式的书写规则以及常用函数的使用。

3.能用matlab 进行基本的数组、矩阵及符号运算。

4.掌握矩阵分析的方法以及能用矩阵求逆法解线性方程组。

二、实验设备及条件

计算机一台（带有MATLAB6.0以上的软件环境）。

三、实验内容

1.利用diag 等函数产生下列矩阵。

??????????-=032570800a ??

??

?

?????=804050702b

2.利用reshape函数将1题中的a和b变换成行向量。

3.产生一个均匀分布在（-5，5）之间的随机矩阵（10×2），要求精确到小数点后一位。

4.已知：

??????????-=76538773443412A ??

??

?

?????--=731203321B

求下列表达式的值：

(1) B A K *611+=和I B A K +-=12（其中I 为单位矩阵）

(2) B A K *21=和B A K *.22=

(3) 331^A K =和3.32^A K =

(4) B A K /41=和A B K \42=

(5) ],[51B A K =和]2:);],3,1([[52^B A K =

5.下面是一个线性方程组：

????

??????=????????????????????52.067.095.03216/15/14/15/14/13/14/13/12/1x x x (1)求方程的解。

(2)将方程右边向量元素3b 改为0.53，再求解，并比较3b 的变化和解的相对变化。

6.利用randn函数产生均值为0，方差为1的6×6正态分布随机矩阵C，然后统计C中大于-0.3，小于0.3的元素个数t。

7.建立一个矩阵A ，找出矩阵中值大于1的元素，并将它们重新排列成行向

量B ，例如?????

????

???-----=21550012630839438251

0A 。

8.读以下程序，解释指令sprintf 、fprintf 、sscanf 的作用？

rand('state',0); a=rand(2,2); s1=num2str(a)

s_s=sprintf('%.10e\n',a) fprintf('%.5g\\',a)

s_sscan=sscanf(s_s,'%f',[3,2])

答：sprintf 的作用是按科学计数法小数点后保留10位左右对齐输出a 的字符串格式，fprintf 的作用是格式化保留5位小数输出a ，sscanf 的作用是从字符串s_s 读取数据并转换成浮点数，输出3×2矩阵。

四、思考题

1．求矩阵A 的特征值和相应的特征向量。

??

??

??????=225.05.025.0115.011

A

x 的每一列值表示矩阵A 的一个特征向量,y 的对角元素值代表A 矩阵的特征

值。

2.建立矩阵A ，试比较sqrtm(A)和sqrt(A),分析它们的区别。

设??

?

???=251694A

sqrtm(A)是矩阵A 开平方根. sqrt(A)是矩阵A 对应的元素开平方。 3.求[1000,9999]之间能被17整除的数的个数。

提示：先利用冒号表达式，再利用find 和length 函数。

实验三 MATLAB 的图形绘制

16电气5班 周树楠 20160500529

一、实验目的

1.掌握绘制二维图形的常用函数。

2.掌握绘制三维图形的常用函数。

3.熟悉利用图形对象进行绘图操作的方法。

4.掌握绘制图形的辅助操作。

二、实验设备及条件

计算机一台（带有MATLAB6.0以上的软件环境）。

三、综合实例

图3-1 双调谐滤波器结构图 图3-2单调谐滤波器结构图

供电系统中，常存在谐波电流，所以设计电力系统滤波器对谐波电流进行滤除，电力系统无源滤波器中双调谐滤波器的结构如图3-1所示，其阻抗表达式为

11132121112

11

()()//()n Z R j n L R j R jn L n C n C ωωωω=+-

+-+ 式中，1ω为基波角频率。当设11ω=，10.01R =Ω，20.1R =Ω，30.1R =Ω，10.2L H =，

20.142845L H =，10.2C F =，20.142845C F =，n 在[0.8，20]取值时，双调谐滤

波器的阻抗n Z 与谐波次数n 的曲线如图3-3所示，编写程序完成曲线的画取（注意图中各个地方的标注均用程序实现）。

图3-3 双调谐滤波器的阻抗-谐波次数特性 图3-4 单调谐滤波器的阻抗-谐波次数特性

参考程序代码：

clear all clc

n=[0.8:0.001:20]; w1=1; n1=5; R1=0.01; R2=0.1; R3=0.1; L1=0.2; L2=0.142845; C1=0.2; C2=0.142845;

zc=R1+i*(n.*w1.*L1-1./(n.*w1.*C1)); zb1=R3-i*1./(n.*w1.*C2); zb2=R2+i*n.*w1.*L2; zfn=zc+zb1.*zb2./(zb1+zb2);

zfn1=abs(zfn);

plot(n,zfn1,'LineWidth',2.5);

xlabel('\fontsize{11}谐波次数\fontname{times}\fontsize{12}\it\bfn')

ylabel('\fontsize{11}阻抗\fontname{times}\fontsize{12}\it\bf| Z_n |{\Omega}') legend('\bf\it\fontsize{11}\fontname{times}\it\bf| Z_f |') text(3.663,0.1,'\bf\it\fontsize{13}\fontname{times}n_r_1') text(9.884,0.15,'\bf\it\fontsize{13}\fontname{times}n_r_2') grid on

谐波次数n

阻抗| Z n |Ω

谐波次数n

阻抗| Z f n |Ω

r

四、实验内容

1.将图形窗口分成两格，分别绘制正割和余割函数曲线，并加上适当的标注。

要求：1）必须画出0到 2，即一个周期的曲线。

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）图形上面表明正割和余割公式，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。

2.绘制极坐标曲线)sin(θρn b a +=，并分析参数n b 、、a 对曲线形状的影响。

固定两个参数，改变另一个参数，得出上面四幅图。由此可知当a,n 不变时，图形的形状也固定了，说明b 影响了图形的旋转角度；当a,b 不变时，图形的扇形数随n 改变，而且n 为奇数时扇叶数为n ，n 为偶数时扇叶数为2n ；当b,n 不变时，a 影响图形半径大小，且a 为正数时图形半径大小为a.

3.将图形窗口分成两个窗格，分别绘制出函数：

1

3522

21+-=+=x x y x y

在[0,3]区间上的曲线，并利用axis 调整轴刻度纵坐标刻度，使1y 在[0,12]区间上，2y 在[-2,1.5]区间上。

4.画出函数

)sin(22xy y x z ++=的曲面及等高线图。

5.综合实例中，还有一种最常用的电力系统无源滤波器单调谐滤波器，其结构如图3-2所示，其阻抗表达式为：

1111

()()fn n n Z R j L R j n L C n C

ωωωω=+-

=+- 式中，n ω为n 次谐波角频率，1ω为基波角频率。当设11ω=，0.1R =Ω，

0.164609053L H =，0.3C F =，n 在[0.5，25]取值时，单调谐滤波器的阻抗fn Z 与

谐波次数n 的曲线如图3-4所示，试编写程序完成曲线的画取（注意图中各个地方的标注均用程序实现）。