matlab课程设计---MATLAB程序应用与仿真.docx

课 程 设 计 说 明 书

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课程名称 题 目


计算机仿真技术

MATLAB 程序应用与仿真

-- 函数可视化应用和恒稳磁场仿真

学 院 XXXXXXXX学院
班 级 XXXXXXXXX

课程设计任务书
(指导教师填写)

课程设计名称 计算机仿真技术 学生姓名 XXXX 专业班级 XXX

设计题目 MATLAB 程序应用与仿真 ―― 函数可视化应用和恒稳磁场仿真
一、 课程设计目的
计算机仿真课程设计是在学完了 “高等数学”、“线性代数”、“积分变换”、“大学物理”、 “电路”等课程后进行的一个重要的实践性教学环节。学生通过本次课程设计应熟练掌握 MATLAB 基本操作方法，能够简单的进行简单的建模仿真。本设计主要目的为：
1. 了解 MATLAB 主要功能和基本特点，熟悉 MATLAB 操作环境。
2. 了解 MATLAB 图形处理系统应用。
3. 掌握 MATLAB 语法规则和程序设计基本特点，能够进行简单程序设计。
4. 掌握 MATLAB 在线性代数、 多项式与内插、 曲线拟合、 常微分方程求解等数值运算中 的应用。
5. 学会使用手册及有关资料。
二、 设计内容、技术条件和要求
设计内容：
1. 用 MATLAB 语言进行二维图形和三维图形的绘制。
(1)在一个绘图窗口中绘制下列函数的图形

(a) y (t) = 2exp( 3t),0 t 2
1

(b) y (t) = 2t exp(2t),0 t 2
2
(c) y (t) = 1 exp( t 2 ), 4 t 4 3 2 2
(d ) y (t) = sin(t) , 5 t 5
4 t
(2)绘制下列函数表示的曲面
(a) 4x2 9y 2 16z 2 = 25
(b) y 2 + z 2 = 2x

2. 用毕奥-萨伐定理计算位于 y-z 平面上的电流环在 x-y 平面上产生的磁场分布，并 用 MATLAB 进行仿真。
技术条件：一人一台装有 MATLAB6.5 或MATLAB7.0 软件的计算机。
要 求：学生在指导教师的指导下进行设计，完成数学模型建立， M 文件程序编写，调试

2
及结果分析，最后写出设计说明书。
三、 时间进度安排
1． MATLAB 应用讲解 2 天
2．资料查阅与学习、讨论 1 天
3．仿真模型建立及编程 3 天
4．系统调试和成果验收 4 天
四、 主要参考文献
1.《MATLAB 实用教程》 (第二版) . 郑阿奇主编. 电子工业出版社
2.《MATLAB 及其在电子信息课程中的应用》 (第三版) .陈怀琛. 电子工业出版社 3.《MATLAB7.x 程序设计语言》 .楼顺天主编，西安电子科技大学出版社

3
指导教师签字：

20XX 年 11 月 20 日

课程设计报告

设计内容：
1. 用 MATLAB 语言进行二维图形和三维图形的绘制。
(1)在一个绘图窗口中绘制下列函数的图形

(a) y (t) = 2exp( 3t),0 t 2
1

(b) y (t) = 2t exp(2t),0 t 2
2
(c) y (t) = 1 exp( t 2 ), 4 t 4 3 2 2
(d ) y (t) = sin(t) , 5 t 5
4 t
程序及运行结果：
t=0:0. 1:2;
subplot(2,2,1)
plot(t,2*exp(-3*t))
t=0:0. 1:2
subplot(2,2,2)
plot(t,2*t.*exp(-2*t))
t=-4:0. 1:4
subplot(2,2,3)
plot(t,1/sqrt(2)*exp(-t.*t/2))
t=-5:0. 1:5
subplot(2,2,4)
plot(t,sin(t+eps)./(t+eps))

4
绘图：

(2)绘制下列函数表示的曲面
(a) 4x2 一9y 2 一 16z 2 = 25
(b) y 2 + z 2 = 2x
程序及运行结果：
(a)
y=linspace(-3,3,100);
z=linspace(-4,4,100);
[yy,zz]=meshgrid(y,z);
xx=sqrt(25/4+9/4*yy. ^2+16/4*zz. ^2)
surf(xx,yy,zz)
hold on
surf(-xx,yy,zz)
title('杨仕凯')

5
绘图：

(b)
y=linspace(-4,4,100);
z=linspace(-4,4,100);
[yy,zz]=meshgrid(y,z);
xx=(yy. ^2+zz. ^2)/2
surf(xx,yy,zz)
title('杨仕凯')

6
绘图：

2. 用毕奥-萨伐定理计算位于 y-z 平面上的电流环在 x-y 平面上产生的磁场分布，并 用 MATLAB 进行仿真。
程序：
fprintf('************************\n* 恒 稳 磁 场 分 布 仿 真
*\n************************\n');
clear all;
mu0 = 4*pi*1e-7;
I0 = 5.0;
Rh = input('输入环半径 Rh(m):(取 2) ');
C0 = mu0/(4*pi) * I0;
xMax = 3; yMax = 3;
NGx = 21; NGy = 21;
x=linspace(-xMax, xMax, NGx);
y=linspace(-yMax, yMax, NGy);
Nh = 20;

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theta0 = linspace(0,2*pi, Nh+1);
theta1 = theta0(1:Nh);
y1 = Rh*cos(theta1);
z1 = Rh*sin(theta1);
theta2 = theta0(2:Nh+1);
y2 = Rh*cos(theta2);
z2 = Rh*sin(theta2);
dlx = 0;
dly = y2-y1;
dlz = z2-z1;
xc = 0;
yc = (y2+y1)/2;
zc = (z2+z1)/2;
for i=1:NGy
for j=1:NGx
rx = x(j) - xc;
ry = y(i) - yc;
rz = 0-zc;
r3 = sqrt(rx. ^2 + ry. ^2 + rz. ^2). ^3;
dlXr_x = dly.*rz - dlz.*ry;
dlXr_y = dlz.*rx - dlx.*rz;
Bx(i,j) = sum(C0*dlXr_x./r3);
By(i,j) = sum(C0*dlXr_y./r3);
end
end
clf; quiver(x,y,Bx,By);
hold on;
plot(0,Rh,'bo');plot(0,-Rh,'rx');
xlabel('x'); ylabel('y');
hold off;

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title('杨仕凯')
运行结果：
************************
* 恒稳磁场分布仿真*
************************
输入环半径 Rh(m):(取 2) 2
绘图：

9
思考题
1． MATLAB 功能和特点是什么？
答：功能： 1) 数值计算功能 2) 符号计算功能。 3) 数据分析功能。 4) 动态仿真功能。 5) 程 序接口功能。 6) 文字处理功能。
特点： 1) 界面友好, 编程效率高。 2) 功能强大, 可扩展性强。 3) 图形功能, 灵活且方便。
4) 在线帮助, 有利于自学。
「|1 2 3]| 「|1 1 1]|
2．计算 A= 和 B= 矩阵乘积和点积运算。 程序：
A=[1,2,3,;4,5,6;7,8,9;]
B=[1,1,1;2,2,2;3,3,3]
C=A*B
D=A.*B
运行结果：
A
=

10
1
4
7
B
=

2
5
8

3
6
9

1
2
3
C =
14
32
50
D
=
1
8
21

1
2
3

14
32
50

2
10
24

1
2
3

14
32
50

3
12
27

3． M 脚本文件和 M 函数文件的主要区别是什么？
答：主要区别： M 文件可分为脚本文件(MATLAB scripts)和函数文件(MATLAB functions)。 脚本文件是包含多条 MATLAB 命令的文件；函数文件可以包含输入变量，并把结果传送给 输出变量。
4 ．编程求解如下线性代数方程组。 3x+4y-7z-12w=4
5x-7y+4z+2w=-3
x+8z-5w=9
-6x+5y-2z+10w=-8

程序：
A=[3 4 -7 -12;5 -7 4 2;1 0 8 -5;-6 5 -2 10]
B=[4;-3;9;-8]
X=A\B
运行结果：
A
=

11
3
5
1
-6
B
=
4
-3
9
-8
X
=

4
-7
0
5

-7
4
8
-2

-12
2
-5
10

-1.4841
-0.6816
0.5337
-1.2429
5．采用 for„end 或者 while„end 编写程序计算从整数 a 加到整数b (a<b)的数列和，并 分别采用 plot、 stem 和stairs 命令绘图，最后比较说明这三个绘图命令的不同。
程序：
function y=sumy(a,b)
c=b-a+1
y=zeros(c,1)
y(1,1)=a
for n=2:c
y(n,1)=y(n- 1,1)+n+a- 1
end
d=a:b
xlabel('x')
ylabel('y')
subplot(2,2,1)
plot(d,y)
title('杨仕凯 数列 plot 求和')
subplot(2,2,2)
stairs(d,y)
title('杨仕凯 数列 stairs 求和')
subplot(2,2,3)
stem(d,y)
title('杨仕凯 数列 stem 求和')
运行结果：
sumy(1,20)

ans =
1
3
6
10
15
21
28
36
45
55
66
78
91
105
120
136
153
171
190
210
绘图：

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6．编写 M 函数文件对下面函数进行分段曲面绘制。
(|0.5e-0.75 y2 -3.75x2 -1.5x
z(x, y) =〈0.8e-y 2 -6x2
|l0.5e-0.75 y2 -3.75x2 +1.5x

程序：
function z=suny(x,y)
x=linspace(-3,3,100);
y=linspace(-4,4,100);
[xx,yy]=meshgrid(x,y);
zz=zeros(100,100);
aa=xx+yy;
for i=1:100;
for j=1:100;


x + y > 1
- 1 < x + y 共 1
x + y 共 -1

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if aa(i,j)>1;
zz(i,j)=0.5*exp(-0.75*yy(i,j).*yy(i,j)-3.75*xx(i,j).*xx(i,j)- 1.5*xx(i,j));
elseif aa(i,j)<=- 1;
zz(i,j)=0.5*exp(-0.75*yy(i,j).*yy(i,j)-3.75*xx(i,j).*xx(i,j)- 1.5*xx(i,j));
else zz(i,j)=0.8*exp(-yy(i,j).*yy(i,j)-0.6*xx(i,j).*xx(i,j));
end
end
end
surf(xx,yy,zz)
xlabel('x')
ylabel('y')
zlabel('z')
title('杨仕凯 z(x,y)')
绘图：

7．谈谈自己对 MATLAB 计算机仿真技术课程设计的体会。 体会总结以下几条：
1) matlab 是一个很好的应用工具
2)学 Matlab 并不难，难的是学会怎么用，要有耐心。 3)不要只问不学，有了问题先自己想，察看帮助，实在看不懂再问别人。
4) 多动手写程序、调试，多读 matlab 实验书上的程序。 5)电脑上复制粘贴很方便，最好还是自己写一遍，这样印象深刻，对于不懂的函数用法的 函数， help 中查查，能看懂多少算多少，对于程序断点调试一遍，弄清楚每个语句的功能，。 6)尽量摆脱 c 编程的习惯，总爱用循环，能不用的循环的尽量不用，掌握矢量化的精髓。 7)多用 help， see also lookfor get,set 等常用命令。
8) 要大胆的去试，试过才知道可不可以。
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