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1、精品学习资源Matlab 及工程应用试验指导书机电工程学院机电教研室编2021年5月6日Matlab 及工程应用试验教案大纲一、试验课程简介MATLAB试验是为协作 Matlab 及工程应用课程同步进行试验教案的需要而开设的，主要目的是加深同学把握 MATLAB 的语法规章、基本数学问题运算与分析方法、以及把握系统设计与分析方法.二、试验目的要求通过上机试验使同学熟识MATLAB 运行环境和 MATLAB 语言的主要特点；把握 MATLAB语言的基本语法规章及基本操作命令的使用；把握应用MATLAB实现二维和三维图形的绘制方法；娴熟把握用MATLAB的解决一些数值运算问题；娴熟把握运用MATL
2、AB 进行把握系统设计与分析 .三、考核方式1. 同学试验前须复习课堂内容，对试验内容进行认真预备，试验时必需签到2. 上机试验时每组同学（ 1人）使用相关设备一套，每次试验 2课时3. 每次试验后提交试验报告四、主要仪器设备及台（套）数1 运算机 1台/每人2.MATLAB 软件/ 每机五、试验方案序号名称内容类型学时1基本数学运算2每组人数1矩阵及线性方程运算基本函数运算、多项式运算、基本曲线曲面绘制、微分、积分数值运算行列式运算、矩阵秩、特点向量、特操作2操作21试验方案欢迎下载精品学习资源征值、线性方程组、大型稀疏矩阵计算3程序语言编程条件分支、循环等语句编写、自定义操作214Matl
3、ab GUI 程序设计函数编写5Simulink与把握系统建模操作216把握系统时域频域性能分操作217析超前滞后及 PID 调剂器设操作21计8大作业操作21六、主要参考书目1 李海涛. MATLAB 程序设计教程 . 北京. 高等训练出版社，第一版2 张智星. MATLAB 程序设计与应用 . 北京. 清华高校出版社，第一版试验（一）基本数学运算1、 试验目的把握 MATLAB基本语法规章、基本函数运算、多项式运算、简洁函数编写、基本曲线曲面绘制、以及微分、积分方程数值运算2、试验要求（1） 求，并求的方程根（2） 求函数在范畴等间距点上的运算值，间距为0.05（3） 要求分别用 1 次曲
4、线， 2 次曲线， 3 次曲线分别拟合题（ 1）中描述的曲线，并绘制在同一图上， 要求各拟合曲线颜色不同、点标志符号也不同，并求各多项式的根.（4） 绘制三维曲线（5） 分别使用 surf、mesh、contour 命令绘制曲面 .3、试验报告写出求解题（ 1）、（ 2）、（ 3）、（ 4）、（ 5）MATLAB命令，并给出运算结果图和运算结果（拟合多项式系数及根） .试验（二）矩阵、线性方程运算1、试验目的把握 MATLAB 矩阵运算、矩阵数据输入、矩阵特点值运算、线性方程求解、大型稀疏方程组求解2、试验要求（1） 已知，求 A*B ， A+B ， A-B，A/B ， AB 值（2） 求题（
5、 1）矩阵 A 的逆，特点向量、特点值 .（留意分别使用函数 inv , U D=eig ）（3） 已知方程组，其中 A 为题（ 1）中矩阵，求该方程组的解 X.欢迎下载精品学习资源（4） 矩阵 A 为维数 NxN 的稀疏矩阵，它的各元素值为，向量，使用常规方法求N=200，500 时方程组的解.使用大型稀疏方程组求解方法求N=200000 方程组的解 .3、试验报告写出求解题（ 1）、（ 2）、（ 3）、（ 4）MATLB命令，并给出运算结果（数据量超过20 时，用曲线表示） .试验（三）脚本语言及函数编写1、试验目的把握 MATLAB 脚本语言编写， if, for, while,brea
6、k, continue等语句的使用、函数程序设计及程序调试方法.2、试验要求（1） 已知，编一程序求正弦函数级数值（取前10 项），运算 x=pi/4 级数值与与理论值的误差 .（2） 矩阵 A 为维数 NxN 的稀疏矩阵，它的各元素值为，向量，编写程序设置大型稀疏方程组的系数，并求 N=200000 方程组的解 .（3） 编写函数 fa,b,c求一元二次方程的根，输入参数a,b,c 为阶数为 2 的向量 ,表示复系数 ,如12表示1+2i，要求输出参数为 1 个 2x2 矩阵， 2 个列向量表示根 .（4） 已知某把握系统对阶跃输入响应为，绘制系统的响应图，并求系统的超调量，峰值时间，回复时
7、间，上升时间，衰减比 .3、试验报告写出题（ 1）、（ 2）、（ 3）、（ 4）的 MATLAB 求解程序及运算结果 .试验（四） GUI 程序设计1、试验目的把握 MATLAB GUI 及回调程序设计 .2、试验要求（1） 设计如图 1 所示界面图 1要求可用点或钩选中函数，按 PLOT 按钮，在右边同时绘制选中曲线，没有选中的曲线就不需要绘制.（2） 设计如图 2 所示界面图 2要求输入 X， Y 坐标点后，按 APPEND 按钮，在右上图绘制已输入点；按 PLOFIT 按钮后，用 3 次曲线拟合输入点，并在右上图绘制该曲线；按 ROOT 按钮后，在右下图绘 3 次多项式对应根（虚跟用 Y
8、 坐标表示） .3、试验报告写出题（ 1）、（ 2）求解过程及相应程序 .试验（五） SimuLink 与把握系统建模欢迎下载精品学习资源1、试验目的把握利用 Simulink 进行复杂系统动态仿真运算、以及把握系统建模2、试验要求（1） 求以下系统的动态响应，要求运算时间为15 秒，等步长运算，并将运算结果绘制成曲线.（2） 将上述系统转化成子系统 .（3） 已知直流电机把握系统模型为：用状态方程建立系统求解模型，求系统的动态响应，要求运算时间为20 秒，运算时间点为 3000个.3、试验报告写出求解题（ 1）、（ 2）、（ 3）MATLB命令，并给出运算或分析结果，假如运算动态响应值， 用
9、曲线绘制运算结果 .试验（六）把握系统性能分析1、试验目的把握把握系统模型建立函数 tf, zpk, ss,及把握系统零点极点求解函数 zero, pole函数使用，以及根轨迹绘图函数 rlocus,Bode 图函数 bode,Nyquist 图绘制函数 nyquist的使用 , 把握系统设计工具ltiview, sisotool 的使用.2、试验要求（1） 建立以下图中的把握系统模型，求闭环系统的零点，极点.（2） 绘制上图中把握系统的开环传递函数根轨迹、伯德图.（3） 使用 ltiview 工具，在输入为阶跃函数时，从绘制图中读系统的稳态值、超调量、上升时间、回复时间.（4） ）用 SIS
10、OTOOL 设计工具，在图中设计一个超前调剂器，求输入为阶跃函数时，系统的回复时间及超调量，假如超调量小于 20%，系统回复时间小于 1 秒，调剂器参数是多少？3、试验报告写出题（ 1）、（ 2）、（ 3）、（ 4）的 MATLAB 求解程序（命令）及运算结果 .试验（七）图形方式下把握系统分析及调剂器设计1、试验目的把握 simulink 方式下把握系统分析、进一步把握ltiview, sisotool 的使用，以及超前调剂器、 PID 调剂器参数整定方法 .2、试验要求（1） 用 simulink 建立以下图中的把握系统模型，求闭环系统的零点，极点.欢迎下载精品学习资源（2） 绘制上图中把
11、握系统的开环传递函数根轨迹、伯德图.（3） 输入为阶跃函数时，从绘制图中读系统的稳态值、超调量、上升时间、回复时间.（4） 在图中所示位置设计一个 PID 调剂器，要求超调量小于 20%，系统回复时间小于 1 秒；假如是设计超前调剂器，调剂器参数又是多少？3、试验报告写出题（ 1）、（ 2）、（ 3）、（ 4）的 MATLAB 求解程序（命令）及运算结果 .大作业班级学号姓名（1）（2） 将题（ 1）中的运算结果表示成小数形式，然后去掉全部的 0 和小数点，得到一整数，设该数从左到右排列（最高位在前）的最前面 5 个数字（数字 1 到 9 中的某一位）为，建立传递函数表示的开环把握系统，绘制阶
12、跃输入系统动态响应图；用 simulink 建立图 1 所示的分析模型，绘制阶跃输入时闭环系统动态响应图，从图中读出输出稳态值、超调量、回复时间 .图 1（3） 绘制图 1 所示系统对应 bode图、根轨迹图、 nyquist 图，写出对应 matlab命令.（4） 使用 sisotool 工具求出图 2 所示系统的极限频率和极限增益（极限增益是指PID 调剂器只有比例放大环节时，增益从 0 开头增大，极点开头显现在虚轴上对应的增益，以及此时极点所对应的频率）.（5） 在图 2 中所示位置设计一个PID 调剂器，给出该 PID 调剂器对应参数，并求出添加调剂器后输入为阶跃输入时，输出的稳态值、超调量、回复时间.图 2（6） 求线性方程组的解，其中与题2 中的相同，写出求解该题的 matlab 命令，及运算结果 .欢迎下载