1、武漢理工大學專業基礎實踐課程設計說明書課程設計任務書學生姓名： 專業班級： 電信1306班 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 課程設計名稱：專業基礎實踐課程設計題目：Matlab運算與二階動態電路分析初始條件：1. Matlab7.1以上版本軟件；2. 專業基礎實踐輔導資料：“Matlab語言基礎及使用入門”、“Matlab及在電子信息課程中的應用”、“線性代數”及“信號處理類”相關書籍等；3. 先修課程：高等數學、線性代數、電路、Matlab應用實踐及信號處理類基礎課程等。要求完成的主要任務：（包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 實踐內容：根據指導老師給定的7

2、套題目，按規定選擇其中1套獨立完成；2. 本專業基礎實踐統一技術要求：研讀輔導資料對應章節，對選定的設計題目進行理論分析，完成針對具體設計部分的原理分析、建模、必要的推導和可行性分析，畫出程序設計框圖，編寫程序代碼（含注釋），上機調試運行程序，記錄實驗結果（含計算結果和圖表等），并對實驗結果進行分析和總結。具體設計要求包括： 初步了解Matlab、熟悉Matlab界面、進行簡單操作等； Matlab的數值計算：創建矩陣、矩陣運算、多項式運算、線性方程組、數值統計等； 基本繪圖函數：了解plot, plot3, mesh, surf等，要求掌握以上繪圖函數的用法、簡單圖形標注、簡單顏色設定等；

3、使用文本編輯器編輯m文件，會函數調用等； 能完成簡單電路的Matlab編程分析； 按要求參加專業基礎實踐的實驗演示和答辯等。3. 課程設計說明書按學校“課程設計工作規范”中的“統一書寫格式”撰寫，具體包括： 目錄； 與設計題目相關的理論分析、歸納和總結； 與設計內容相關的原理分析、建模、推導、可行性分析； 程序設計框圖、程序代碼（含注釋）、程序運行結果和圖表、實驗結果分析和總結； 課程設計的心得體會（至少500字）； 參考文獻（不少于5篇）； 其它必要內容等。時間安排：1周指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄MATLAB運算與二階動態電路分析11. MATLA

4、B概述11.1 MATLAB簡介11.2 MATLAB的功能11.3 MATLAB的應用22.設計內容32.1題一32.2題二42.3題三52.4題四62.5題五112.6題六132.7題七142.8題八162.9題九182.10題十202.11題十一213.心得體會254.參考文獻26MATLAB運算與二階動態電路分析1. MATLAB概述1.1 MATLAB簡介MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB將數值分析、矩陣計算、科學數據可視

5、化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。1.2 MATLAB的功能（1）強大的科學計算機數據處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數學運算函數，可以方便的實現用戶所需的各種計算功能。MATLAB的這些函數集包括從最簡單最基本的函數到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數。函數所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線

6、性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數據的統計分析、工程中的優化問題、稀疏矩陣運算、復數的各種運算、三角函數和其他初等數學運算、多維數組操作以及建模動態仿真等。(2)出色的圖形處理功能 圖形處理功能MATLAB自產生之日起就具有方便的數據可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。可用于科學計算和工程繪圖。(3)應用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB對許多專門的領域都開發了功能強大的模塊集和工具箱。它們都是由特定領域的專家開發的，用戶可以直接使用工具箱學習、應用和評估不

7、同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經把工具箱延伸到了科學研究和工程應用的諸多領域，諸如數據采集、數據庫接口、概率統計、樣條擬合、優化算法、偏微分方程求解、神經網絡、小波分析、信號處理、圖像處理、系統辨識、控制系統設計、LMI控制、魯棒控制、模型預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統開發、定點仿真、DSP與通訊、電力系統仿真等，都在工具箱家族中有了自己的一席之地。 (4)實用的程序接口和發布平臺 新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C+數學庫以及圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉換為獨立于MATLAB運行的C和

8、C+的代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C+語言程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統和一組稱之為工具箱的特殊應用子程序。(5)應用軟件開發 在開發環境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進行連接。1.3 MATLAB的應用MATLAB產品族可以用來進行以下各種工作：數值分析數值和符號計算工程與科學繪圖控制系統的設計與仿真數字圖像處理技術數字信號處理技術通訊系統設計與仿真財務與金融工程管理與調度優化計

9、算（運籌學）MATLAB的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統設計、測試和測量、 財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱擴展MATLAB環境，以解決這些應用領域內特定類型的問題。2.設計內容2.1題一：求100,200之間第一個能被21整除的整數。2.1.1分析利用for循環語句控制，并結合rem函數求得符合條件的數。2.1.2程序編碼圖2.1.1 題一的程序編碼2.1.3結果顯示圖2.1.2 題一的結果顯示2.1.4 程序流程圖圖2.1.3 題一的程序流程圖2.1.5結果分析利用for語句逐個取值，然后通過if語句對rem(n,21)=0進行判斷滿足條件時，循

10、環繼續。不滿足時，循環結束。輸出n的值為105。2.2題二：繪制余弦曲線y=cos(x)和指數函數y=x2曲線。2.2.1分析在matlab中繪制函數圖像有很多的函數可以完成。如：fplot函數，plot函數等，不同的函數使用規則是有區別的，合理使用任何一個畫圖函數得到預期的結果。2.2.2程序編碼圖2.2.1 題二余弦函數y=cos(x)程序編碼圖2.2.2 題二指數函數y=x2程序編碼2.2.3結果顯示 圖2.2.3 題二余弦函數y=cos(x)曲線顯示 圖2.2.4 題二指數函數y=x2曲線顯示2.2.4結果分析plot函數用于繪制二維圖形，plot函數的基本調運格式為：plot(x,y

11、) 其中x,y為向量,可存儲x坐標和y坐標數據。2.3題三：計算2+4+6.+100 的值，當和大于2000時終止計算。2.3.1分析利用for循環語句來起到累加的效果，并利用while語句來控制和大于2000時終止計算。2.3.2程序編碼圖2.3.1 題三的程序編碼2.3.3結果顯示圖2.3.2 題三的結果顯示2.3.4結果分析利用for語句使i從2到100逐個取值，利用y=y+i語句實現累加，利用if y2000語句最終達到題目要求，求得y=2070。2.4題四：分析下面每條指令的功能并運行，觀察執行結果。2.4.1 X=0:0.25:3; Y=X.*exp(-X); plot(X,Y),

12、xlabel(x), ylabel(y),title(y=x*exp(-x);2.4.1.1分析X=0:0.25:3；得到以0.25為步長，取得0到3內的所有實數，確定自變量X的范圍。利用plot函數畫出函數Y的圖像，并設置圖像的一些基本性質。2.4.1.2結果顯示圖2.4.1 題4.1的結果顯示2.4.2 題4.2程序編碼圖2.4.2 題4.2的程序編碼2.4.2.1 分析zeros函數建立一個2*5全0矩陣賦給A，再將-4到5內的整數賦給A，形成新的矩陣。L=abs（A）4，獲得新的矩陣L，通過邏輯函數islogical得到新的矩陣賦給X。2.4.2.2 結果顯示圖2.4.3 題4.2的結

13、果顯示2.4.3 題4.3程序編碼圖2.4.4 題4.3的程序編碼2.4.3.1分析先生成1至5和6至10的兩行五列矩陣賦給A，再利用pow2函數的使用獲得新的矩陣。pow2(A)的使用方法為A=2A。2.4.3.2結果顯示圖2.4.5 題4.3的結果顯示2.4.4 題4.4程序編碼圖2.4.6 題4.4的程序編碼2.4.4.1 分析zeros函數建立一個3*2全0矩陣賦給A，再將1到6內的整數賦給A，形成新的矩陣。將A中的每個元素以A=A*(1+i)進行運算，獲得新的矩陣A，通過轉置運算和共軛轉置運算得到新的矩陣賦給A1和B1。2.4.4.2 結果顯示圖2.4.7 題4.4的結果顯示(1)圖

14、2.4.8 題4.4的結果顯示(2)2.4.5 題4.5程序編碼圖2.4.9 題4.5的程序編碼2.4.5.1分析ones函數建立一個2*3全1矩陣賦給A，建立一個2*2全1矩陣賦給B，再建立一個4階單位矩陣賦給C；利用diag函數對C取對角元素作列向量，形成新的矩陣D。利用repmat函數將C矩陣復制為1*3塊的矩陣，獲得新的矩陣E。2.4.5.2 結果顯示圖2.4.10 題4.5的結果顯示(1)圖2.4.11 題4.5的結果顯示(2)2.4.6 結果分析matlab中有多種生成矩陣的方法，以及矩陣的一些操作函數等。寫代碼的時候要注意分號的使用，若一個輸出表達式后有分號，則只計算而不在com

15、mand窗口中顯示出來。2.5題五：利用whileend循環結構編程求出1+3+5+101的值。2.5.1分析while語句的一般格式為：while(條件) 循環體語句 end。其執行過程為：若條件成立，則執行循環體語句，執行后再判斷條件是否成立，如果不成立則跳出循環。2.5.2程序編碼顯示圖2.5.1 題五的程序編碼2.5.3程序流程圖圖2.5.2 題五的程序流程2.5.4結果顯示圖2.5.3 題五的結果顯示2.5.5結果分析該題目從i=1開始，每循環一次其值加2，由sum=sun+i起到累加器的效果，一直到i101結束循環，最終結果為sum=2601。2.6題六：隨機生成一個100003的

16、矩陣，并繪制其柱狀圖。2.6.1分析利用rand函數生成本題矩陣。該題生成一個10000*3的矩陣賦給a，再利用bar函數畫一個a的二維條形圖，即本題要求的柱狀圖。2.6.2程序編碼顯示圖2.6.1 題六的程序編碼由于10000過大，在有限的區域內顯示10000*3的柱狀圖不清晰、不明顯，為了方便觀察柱狀圖的分布，將以上程序稍加修改，利用axis函數顯示橫軸由0到10，縱軸由0到1的區域的柱狀圖。修改程序顯示如圖2.6.2所示：圖2.6.2 題六改進的程序編碼2.6.3柱狀圖顯示圖2.6.3 題六結果顯示圖2.6.4 題六改進的結果顯示2.6.4結果分析隨機生成矩陣可用rand（m,n）來表示

17、，其中m代表行數，n代表列數。繪制柱狀圖可用bar函數表示。由圖2.6.3可觀察得10000*3的柱狀圖全局，但因其容量過大無法清晰觀察，為此我截取一部分數據進行柱狀圖展示，如圖2.6.4方便觀察。2.7題七：利用switchcase編寫以下程序某商場對顧客所購買的商品實行打折銷售，標準如下(商品價格用price來表示)： price200 無折扣 200price500 5折扣 500price1000 10折扣 Price1000 15折扣輸入所售商品的價格，求其實際銷售價格。2.7.1分析switch語句根據表達式的取值不同，分別執行不同的語句，其語句格式為：switch 表達式 cas

18、e 表達式1 語句組1 case 表達式m 語句組m otherwise 語句組nend當表達式的值等于表達式1的值時，執行語句組1，當表達式的值等于表達式2的值時，執行語句組2，當表達式的值等于表達式m的值時，執行語句組m，當表達式的值不等于case所列的表達式的值時，執行語句組n。當任意一個分支的語句執行完成后，直接執行switch語句的下一句。這個題需要建立mfile文件，來將進行求解。2.7.2 M-file文件程序圖2.7.1 題七的程序編碼2.7.3結果顯示圖2.7.2 題七的結果顯示2.7.4結果分析當輸入100，fix(price/100)為1，符合case 0,1，rate等

19、于0，price=100*(1-0)=100。當輸入345，fix(price/100)為3，符合case 2,3,4，rate等于5%，price=345*(1-5%)=327.7500。當輸入780，fix(price/100)為7，符合case num2cell(5:9)，rate等于10%，price=780*(1-10%)=702。當輸入1500，fix(price/100)為15，符合otherwise，rate等于15%，price=1500*(1-15%)=1275。2.8題八：利用函數調用編寫函數文件，求半徑r分別為0.5與5時圓的面積與周長。2.8.1分析在matlab中新

20、建Function-M-file,建立一個函數并保存到matlab文件夾中，輸入程序求得結果。2.8.2函數文件圖2.8.1 題八的程序定義圖2.8.2 題八的程序編碼2.8.3結果顯示圖2.8.3 題八的結果顯示2.8.4結果分析本題先進行函數定義，利用function定義求面積和求周長公式，再來計算相關值時的結果。由此可見，半徑r為0.5時，面積為0.7854，周長為3.1416；半徑r為5時，面積為78.5398，周長為31.4159。2.9題九：已知，其中t的范圍是0 10，計算y的微分和積分并給出曲線圖。2.9.1分析分別利用diff，以及int函數求的函數的微分和積分，利用ezpl

21、ot畫圖函數得到函數的圖像。注意此處e(-1)，用exp(-1)表示。2.9.2程序編碼圖2.9.1 題九的程序編碼2.9.3結果顯示 圖2.9.2 題九的結果顯示2.9.4曲線圖展示圖2.9.3 題九的圖形顯示2.9.5結果分析本題利用求導函數diff求得已知函數的微分，其結果如圖2.9.2的第一個結果所示，由此可見該操作是正確的；再利用int函數求得已知函數的積分，其結果如圖2.9.2的第二個結果所示，由此可見該操作也是正確的。2.10題十：編寫程序，用plot(x,y)繪制下圖所示曲線。 a) b)2.10.1分析觀察第一個函數圖像可以得到函數解析式為y=3*x+1，x的范圍為：0=x=

22、5。畫圖時要標明x，y坐標軸，x軸坐標最小單位是0.5，y軸坐標最小單位是2。觀察第二個函數圖像，由兩條直線組成：y1=-x+1，y2=2*x。縱坐標最小單位為：0.2，且范圍為1,3，橫坐標最小單位為0.1，范圍為0,1。利用hold on語句在同一個坐標下畫出兩個函數的圖像。2.10.2程序編碼2.10.2.1第一個函數圖像的程序編碼圖2.10.1 題10.1的程序編碼2.10.2.2第二個函數圖像的程序編程圖2.10.2 題10.2的程序編碼2.10.3結果顯示 圖2.10.3 題10.1的結果顯示 圖2.10.4題10.2的結果顯示2.10.4結果分析本題我先求得兩圖的表達式，再根據表

23、達式編寫程序，給定x的范圍，再編輯表達式，最后利用plot函數繪制二維圖形得到圖2.10.3和圖2.10.4與題目所給圖形一致，因此該題編程正確。2.11題十一：在如圖所示的二階電路中，R=1k，,電容原先已充電。且。在t=0時開關S閉合。試求，繪出各曲線圖；開關S閉合后的為多大？ 2.11.1分析由電路圖及已知條件展開理論分析，當t0時，電路接通。此時電路的微分方程為： （2.1） （2.2）初始條件為： =10V （2.3）設對時間的一階導數為p，則可得微分方程的特征方程為： （2.4）由求根公式求得其根為： （2.5） （2.6）又由已知條件可知，當時，特征根、是一對共軛復數，即： （2

24、.7） （2.8）其中：稱之為振蕩電路的衰減系數； 稱之為振蕩電路的衰減角頻率； 稱之為無阻尼自由振蕩角頻率，或浮振角頻率。顯然有，令，則有，如下圖所示。圖2.11.1 的關系圖根據歐拉公式： （2.9） （2.10）可得： （2.11） （2.12）所以有： （2.13）根據上式可得： （2.14） （2.15） （2.16）2.11.2程序編碼圖2.11.2 題十一的程序編碼2.11.3結果顯示圖2.11.3 題十一的結果顯示2.11.4曲線圖展示圖2.11.4 題十一的圖形顯示2.11.5結果分析在2.11.1節中，已對電路進行分析計算，得到了，等的表達式，繼而將表達式帶入程序，通過編程

25、與運行來計算電流的最大值，最后得出開關S閉合后的=0.0051。再利用plot函數繪制二維圖形如圖2.11.4所示。3.心得體會經歷了一個星期的查閱資料和理論分析，終于完成了專業基礎實踐的編程和報告。經歷了這次課程設計，大大的提高了我的操作能力以及分析問題的能力，從中也學到了很多書面上所沒有搞清楚的問題，也熟悉了應用Matlab這個軟件來進行程序編程。通過這次課程設計，我學到了很多有用的知識，并加強了自己掌握和理解書本知識的能力，培養了自己的實際動手能力與綜合設計能力，提高了自己的技術素質。這對以后的學習和工作都是非常有益的。入手這個題目后我查閱了相關的資料，先進行相關軟件的基礎使用方法，多試多練后開始著手本次課程設計的題目要求。在實驗前我先熟悉了一下Matlab軟件的一些操作和它的界面，對Matlab如何使用有了初步的了解。于是，我便在上面輸