MATLAB语言及应用
实验指导书
机械与电气工程学院
目 录
实验一 MATLAB基础入门及数值数组运算（2学时，验证） . 3 实验二 MATLAB语言的程序设计（4学时，综合） ................. 8 实验三 SIMULINK交互式仿真集成环境（2学时，验证） .... 11
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实验一 MATLAB基础入门及数值
数组运算
一、 实验目的
1、 了解MATLAB操作桌面的基本结构和组成；
2、 理解Command Window指令窗的作用，掌握指令窗的操作方式和指令的基本语法； 3、 理解Current Directory当前路径、搜索路径的作用，掌握当前路径、搜索路径的设置
方法； 4、 理解Workspace Browser工作空间浏览器的作用，掌握内存变量的查阅、删除、保存和
载入的基本方法； 5、 掌握一维数组的创建方法；掌握一维数组子数组的寻访和赋值方法； 6、 掌握二维数组的创建方法；掌握二维数组子数组的寻访和赋值方法； 7、 掌握数组的各种运算，理解数组运算和矩阵运算的区别。
二、 实验原理 1、 MATLAB操作桌面的基本结构和组成
了解MATLAB的基本组件是正确使用MATLAB的基本前提。MATLAB由以下基本组件组成： （1） （2） （3） （4）
指令窗Command Window：可键入各种送给MATLAB运作的指令、函数、表达式；显历史指令窗Command History：记录已经运作过的指令、函数、表达式； 当前目录浏览器：进行当前目录的设置；展示相应目录上的M、MDL等文件； 工作空间浏览器Workspace Browser：列出MATLAB工作空间中所有的变量名、大示除图形外的所有运算结果
小、字节数；
（5） 内存数组编辑器Array Editor：在工作空间浏览器中对变量进行操作时启动 （6） 开始按钮
（7） 交互界面分类目录窗Launch Pad：以可展开的树状结构列着MATLAB提供的所有交
互界面
（8） M文件编辑/调试器 （9）
帮助导航/浏览器
2、MATLAB指令窗的基本操作
MATLAB指令窗给用户提供了最直接的交互界面，可用于输入和执行指令、显示指令运行结果、调试MATLAB程序等常用的MATLAB仿真计算功能。本实验掌握以下在指令窗执行的基本操作，达到熟悉使用指令窗的目的：
（1） 最简单的计算器使用方法：在MATLAB指令窗中，可按计算器的方式进行 一般的数学计算，MATLAB的运算符的含义大致与常见的运算规则一致； （2） （3）
在指令窗中输入和生成矩阵：与一般的计算器不同，在MATLAB中可直接输入和生数值表述方法：在MATLAB中的大部分数值的表述方式与平常是相同的，需要注意成矩阵。实际上，矩阵是MATLAB工作的基本元素。
的是在表示比较大的数时，MATLAB默认采用科学计数法显示；
（4） 变量命名规则：对于MATLAB变量命名规则，需要注意以下几点：
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a、 变量名、函数名对字母大小写敏感
b、 变量名的第一个字母必须是英文字母，后续可以是字母、数字、下划线
c、 变量的有效时限：在变量定义赋值之后，会作为内存变量保存并显示在Workspace
Browser中。因此，凡是显示在Workspace Browser中的变量都是“有效”的，其后可以被调用，否则不能被调用。 d、 在MATLAB工作空间中，还驻留几个由系统本身定义的变量。例如，用pi表示圆周率π
的近似值，用i，j表示虚数单位。预定义变量有特定的含义，在使用时，应尽量避免对这些变量重新赋值。
e、 复数和复数矩阵的表示方法。
（5）其他操作的操作要旨和操作技巧的运用。
3、Current Directory、路径设置器和文件管理
理解当前目录Current Directory和搜索路径的作用是正确使用MATLAB的关键环节。当前目录指的是当前MATLAB工作的目录，MATLAB运行指令需要打开或者保存的文件，都首先在目录中查找或保存。搜索路径则是MATLAB工作时，需查找相应的文件、函数或变量所在的相关文件夹所在的路径。
在理解当前目录Current Directory和搜索路径的作用的基础上，也要掌握当前目录Current Directory和搜索路径的设置方法，这是正确使用MATLAB的必要步骤。 为了理解MATLAB当前目录Current Directory和搜索路径的作用，可以大致了解一下当用户从指令窗送入一个名为cow的指令后，MATLAB的“运作次序”：
（1） MATLAB在内存中检查，看cow是不是变量；如果不是，进行下一步； （2） 检查cow是不是内建函数；如果不是进行下一步 ；
（3） 在当前目录下，检查是否有名为cow的M文件存在；如果不是，进行下一步； （4） 在MATLAB搜索路径的其他目录下，检查是否有名为cow的M文件存在。
4、Workspace Browser和Array Editor
工作空间浏览器Workspace Browser可以用于内存变量的查阅、保存和编辑，在使用MATLAB过程中，可以使用Workspace Browser跟踪相应内存变量，对调试程序有很大的帮助。MATLAB也提供了相应的数据文件存取功能，可以在Workspace Browser中导入已保存的变量数据或者保存Workspace Browser中现有的变量数据。
5、MATLAB帮助系统
MATLAB提供了强大的帮助系统以供用户使用。在碰到MATLAB使用的各种相关问题时，查阅MATLAB帮助系统往往可以找到相应的解决办法和答案。对于初学者，尤其需要重视帮助系统的使用。
MATLAB带有各种可利用的帮助系统，包括：
（1） 纯文本帮助
（2） “导航/浏览器交互界面”帮助 （3） PDF帮助
（4） 演示帮助和PDF帮助
其中，纯文本帮助和“导航/浏览器交互界面”帮助是常用的帮助系统。
6、数组的创建和寻访
数值数组（Numeric Array）和数组运算（Array Operations）始终是MATLAB的核心内容。自MATLAB5.x版起，由于其“面向对象”的特征，这种数值数组（以下简称为数组）成为了MATALB最重要的一种内建数据类型（Built-in Data Type），而数组运算就是定义在这种数据结构上的方法（Method）。
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数组是指实数或复数组成的长方阵列（Array），可以是一维、二维、三维或更高的维数。不同维数的数组创建和访问的方法有相同之处，也有不同之处。 一维数组的创建方法有：（1）逐个输入法；（2）冒号生成法；（3）定数线性采样法；（4）定数对数生成法。对于一维数组的寻访，常用的有以下几种类型：（1）x(3)； （2）x([1 2 5]) ；（3）x(1:3) ；（4）x(3:end) ；（5）x(3:-1:1) ；（6）x(find(x>0.5)) ；（7）x([1 2 3 4 4 3 2 1]) 。在这里假设x是长度为5的一维数组。
二维数组则是由实数或复数排列称矩形而成。二维数组和矩阵在数据结构上相同；一个矩形阵列是二维数组或矩阵取决于所使用的运算符号。二维数组的创建方法有：（1）直接输入法，用于生成较小数组；（2）利用M文件创建和保存数组，用于经常要调用的数组，尤其是较大而且复杂的数组。对于二维数组的寻访，常用的有以下几种类型：（1）全下标标识法，如A(2,3)；（2）单下标标识法，如A(10)，这种方法比较少用；（3）单下标全元素标识，如A(:)，指的是A的各列按先左后右的次序、首尾相接排成“一维长列”后，得到的一维数组的全部元素，其结果是一个一维列数组；类似地，也需注意A(r,:)、A(:,c)的含义。（4）“逻辑1”标识。
在MATLAB中，提供了相关的函数用作常用的标准数组的生成，如全0数组、全1数组、单位矩阵、对角阵、均匀分布的随机数组、正态分布的随机数组等，都有相关的生成函数。
对于一些数组的特殊操作，MATLAB也提供了相应的操作函数。如提取对角元素或生成对角阵、逆时针旋转二维数组90度、提取数组下三角部分、提取数组上三角部分等，都有相应的函数。在应用中注意利用这些函数，可以事半功倍。
7、数组运算
数组运算是指无论在数组上施加什么运算（加减乘除或函数），总认定那种运算对被运算数组中的每个元素平等地实施同样的操作。数组运算包括加、减、乘、除、乘方等，除加减外，数组之间进行乘、除、乘方都必须在运算符号前加“.”，否则视为矩阵运算。此外，数组运算还包括转置、关系运算和逻辑运算。
除了以运算符号执行数组运算外，也可以对数组施加函数，以函数形式进行数组运算。如对数组X执行函数f的运算：f(X)?[f(xij)]m?n，其中X为m行n列的数组。执行数组运算的常用函数有三角函数和双曲函数、指数函数、复数函数、圆整函数和求余函数、坐标变换函数等。
三、 实验内容
1、找到MATLAB的安装目录。以快捷方式或可执行文件方式启动MATLAB，找出各个组件的相关位置：
2、 指令窗的基本操作
完成以下实验内容，把相关结果以截屏方式保存：
（1）使用值：x=10, y=3，用MATLAB进行以下计算，并用计算器检验结果： a. u=x+y b. v=xy c. w=x/y d. s=5sin(2y)
（2） 使用值：a=1.12、b＝2.34、c＝0.72、d＝0.81和f＝19.83，计算以下表达式：
r?11a?1b?1c?1d，y?ab1f2c2
（3）定义t＝12，分别运行指令计算p＝t＋1和p＝T＋1。
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