matlab实验指导书

matlab实验指导书（精选8篇）

matlab实验指导书 篇1

实验指导书

物理与信息工程系

目录

实验一 MATLAB编程环境..............................................3 实验二 矩阵基本运算

（一）..........................................5 实验三 矩阵基本运算

（二）..........................................7 实验四 矩阵分析...................................................9 实验五 分支结构程序设计..........................................11 实验六 循环结构程序设计..........................................13 实验七 文件操作..................................................15 实验八 二维曲线的绘制............................................17 实验九 三维曲线和曲面的绘制......................................19 实验十 MATLAB数据统计处理........................................21 实验十一 多项式四则运算..........................................23 实验十二 线性方程组求解及函数求极值.............................25 实验一 MATLAB编程环境

一、实验目的

1．熟悉MATLAB编程环境

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．首先应熟悉MATLAB7.0运行环境，正确操作 2．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）命令窗口的使用。（2）工作空间窗口的使用。（3）工作目录、搜索路径的设置。（4）命令历史记录窗口的使用。（5）帮助系统的使用。（6）了解各菜单的功能。2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验二 矩阵基本运算

（一）一、实验目的

1．通过实验，进一步熟悉MATLAB编程环境 2．通过实验掌握建立矩阵的几种方法 3．通过实验理解常用的矩阵运算

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．首先应熟悉MATLAB7.0运行环境，正确操作 2．自主编写程序，必要时参考相关资料 3．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）设A和B是两个同维同大小的矩阵，问：

1）A*B和A.*B的值是否相等？ 2）A./B和B.A的值是否相等？

3）A/B和BA的值是否相等？操作过程参照教材中除法的矩阵生成。4）A/B和BA所代表的数学含义是什么？（2）写出完成下列操作的命令。

1）将矩阵A第2—5行中第1，3，5列元素赋给矩阵B。2）删除矩阵A的第7号元素。3）将矩阵A的每个元素值加30。4）求矩阵A的大小和维数。（3）下列命令执行后，L1、L2、L3、L4的值分别是多少/ A=1:9;B=10-A;L1=A==B;L2=A<=5;L3=A>3&A<7;L4=find(A>3&A<7);2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验三 矩阵基本运算

（二）一、实验目的

1．熟悉矩阵的建立方式 2．理解矩阵拆分的方法

3．通过实验进一步掌握矩阵的基本运算

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．熟练操作MATLAB7.0运行环境 2．自主编写程序，必要时参考相关资料 3．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

154831，B253 078（1）已知A3203617求下列表达式的值：

1）A+6B和A2-B+I（I为单位矩阵，matlab中使用eye来生成）2）A*B，A.*B和B*A 3）A/B和BA

4）[A,B]和 [A([1,3]，：);B^2]（2）已知

0.778023104145655，取出其前三行构成矩阵B，其前两列构成矩A325032543.1469.54阵C，其右下角3×2子矩阵构成矩阵D，B与C的乘积构成矩阵E，分别求E=10&A<25)2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会

实验四

矩阵分析

一、实验目的

1．学会求矩阵的对角线元素、对角阵和逆矩阵 2．学会求矩阵的行列式的值、秩 3．学会求矩阵的特征值和特征向量 4．通过练习熟悉矩阵分析方法

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．熟练操作MATLAB7.0运行环境 2．自主编写程序，必要时参考相关资料 3．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）使用函数，实现方阵左旋90°或右旋90°的功能。例如，原矩阵为A,A左旋后得到B,右旋后得到C。使用函数rot90(A,k)来实现；

101112321471078965，A25811B456，C9836912123121114 710（2）建立一个方阵A，求A的逆矩阵和A的行列式的值，并验证A与A-1是互逆的。A的逆（inv(A)）；A的行列式（det(A)）（3）求下列矩阵的主对角线元素、上三角阵、下三角阵、秩和迹。参考教材

1125141）A3051115030.434322

2)B8.9421 29（4）求矩阵A的特征值。参考教材

10.51 A110.250.50.2522．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验五

分支结构程序设计

一、实验目的

1．理解MATLAB的编程方法

2．掌握if语句和switch语句的使用 3.掌握分支结构程序设计方法

4.通过练习理解MATLAB编程方法和分支结构程序设计方法。

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．熟练操作MATLAB7.0运行环境 2．自主编写程序，必要时参考相关资料 3．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）从键盘输入一个数，将它反向输出，例如输入693，输出为396（2）输入一个百分制成绩，要求输出成绩等级A，B，C，D，E其中90-100位A，80-89为B，70-79为C，60-69为D，60以下为E 1）分别用if语句和switch语句实现

2）输入百分制成绩后要判断成绩的合理性，对不合理的成绩应输出出错信息

2．实验步骤（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验六

循环结构程序设计

一、实验目的

1、理解循环控制结构的执行过程

2、掌握for语句和while语句的使用

3、掌握循环结构程序设计方法

4、通过练习进一步理解MATLAB的编程方法和循环结构程序设计方法

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．熟练操作MATLAB7.0运行环境 2．自主编写程序，必要时参考相关资料 3．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）编写程序实现求两矩阵A.*B.（2）编写程序实现求矩阵的转置。2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会

实验七

文件操作

一、实验目的

1、掌握文件的建立、打开与关闭和文件的读写操作

2、理解文件定位操作

3、通过练习理解文件的基本操作

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．熟练操作MATLAB7.0运行环境 2．自主编写程序，必要时参考相关资料 3.实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 4．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）以读写方式打开二进制格式数据文件，将浮点数X添加到文件末尾，将文件内容以浮点数格式读入变量Z，将文本文件的第二行读入变量H，向文件尾部移动文件指针6个字节。

sin(x1.7)lnx,当x取-3.0、-2.9、-2.8、…、2.8、2.9、3.0时，（2）已知y21cos(x1.7)求各点的函数值。要求：将函数值输出到一个数据文件中；从数据文件中读出数据，求各点函数值的平均值；将平均值添加到数据文件末尾。（3）编写程序，该程序能读取一个文本文件，并能将文本文件中的小写字母转换为相应的大写字母而生成一个新的文本文件。2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会

实验八

二维曲线的绘制

一、实验目的

1、理解MATLAB绘图方法

2、掌握绘制二维数据曲线图的方法

3、掌握用plot函数和fplot函数绘制曲线的方法

4、通过练习掌握绘制二维数据曲线图的方法和plot函数和fplot函数的使用

二、实验环境

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．熟练操作MATLAB7.0运行环境 2．自主编写程序，必要时参考相关资料 3．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 4．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）绘制下列曲线：

x1①yx

②ye323x22xrsint

③x2y6④

yrcost22（2）通过用plot和fplot函数绘制ysin1的曲线，并分析其区别。x解释：fplot函数的调用格式为： fplot(fname,lims,tol,选项)

其中fname为函数名，以字符串形式出现，lims为x,y的取值范围，tol为相对允许误差，其系统默认值为2e-3。选项定义与plot函数相同。2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（3）编辑程序并进行保存。

（4）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（5）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验九

三维曲线和曲面的绘制

一、实验目的

1、理解三维曲线的绘制

2、理解曲面图的绘制

3、通过练习熟悉三维曲线和曲面图的绘制方法

二、实验器材

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．自主编写程序，必要时参考相关资料 2．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）绘制下列三维曲线

xet/20costt/201)yesint,0t2

2)zt（2）绘制下列曲面图

1)z=5,|x|≤5,|y|≤5

2)f(x,y)xt2yt,0t1 zt351xy22,x3,y3

2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（4）编辑程序并进行保存。

（5）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（6）检查程序输出结果。

五、实验报告要求1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验十

MATLAB数据统计处理

一、实验目的

1、掌握MATLAB求最大最小值的方法

2、掌握MATLAB求均值与方差的方法

3、通过练习以下内容熟悉数据统计处理的几种方法

二、实验器材

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．自主编写程序，必要时参考相关资料 2．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

利用MATLAB提供的rand函数生成30000个符合均匀分布的随机数，然后检验随机数的性质：均值mean和标准方差std；最大元素max和最小元素min；大于0.5的随机数个数占总数的百分比 2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（4）编辑程序并进行保存。

（5）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。（6）检查程序输出结果。

五、实验报告要求

1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验十一

多项式四则运算

一、实验目的

1、掌握多项式求值、求根的方法

2、理解多项式四则运算

3、通过练习熟悉多项式四则运算和多项式求值、求根的方法

二、实验器材

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．自主编写程序，必要时参考相关资料 2．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

4322有3个多项式P1(x)x2x4x5,P2(x)x2,P3(x)x2x3，1）求P(x)= P1(x)+ P2(x)P3(x)2）求P(x)的根

3)当x取矩阵A的每一元素时，求P(x)的值，其中

11.21.4 A0.7523.552.504)当以矩阵A为自变量时，求P(x)的值 2．实验步骤（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（4）编辑程序并进行保存。

（5）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（6）检查程序输出结果。

五、实验报告要求

1．整理实验结果，填入相应表格中 2．小结实验心得体会 实验十二

线性方程组求解及函数求极值

一、实验目的

1、理解线性方程组求解方法

2、理解函数求极值方法

3、通过练习以下内容熟悉求解线性方程组的方法和函数求极值的方法

二、实验器材

1．计算机

2．MATLAB7.0集成环境

三、实验说明

1．自主编写程序，必要时参考相关资料 2．实验前应写出程序大致框架或完整的程序代码 5．实验学时：2学时

四、实验内容和步骤

1．实验内容

（1）求下列方程组的解

2x3y5z101）3x7y4z2）

x7yz56x15x22x35x449xx4xx131234 3x4x2x2x123413x19x22x411（2）求下列函数在指定区间的最大值

1x2,x(0,2)

2）f(x)sinxcosx2,x(0,)1）f(x)41x2．实验步骤

（1）分析实验内容，写出程序大致框架或完整的程序代码。（2）进入MATLAB7.0集成环境。（4）编辑程序并进行保存。

（5）运行程序，若有错误，修改错误后再次运行，如此反复进行到不显示出错为止。

（6）检查程序输出结果。

五、实验报告要求

matlab实验指导书 篇2

数学实验是计算机技术和数学、软件引入教学后出现的新事物。数学实验[1]的目的是提高学生学习数学的积极性, 提高学生对数学的应用意识, 并培养学生用所学的数学知识和计算机技术去认识问题和解决实际问题的能力。不同于传统的数学学习方式, 它强调以学生动手为主的数学学习方式。在数学实验中, 由于计算机的引入和数学软件包的应用, 为数学的思想与方法注入了更多、更广泛的内容, 使学生摆脱了繁重、乏味的数学演算和数值计算, 促进了数学同其他学科之间的结合, 从而使学生有时间去做更多的创造性工作。现在国外小学还开设数学实验室或实验角, 准备各种各样的教具、操作用具, 许多用发现法教学的课就在数学实验室中进行。在如今的大学里, 也加入了这一门课, 比较富有创意。

1 MATLAB的主要功能

MATLAB的数值计算[2]功能在数学类软件中可谓是首屈一指。它可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、链接其他编程语言的程序等, 主要用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等各个领域。

2 MATLAB在数学实验中的应用实例

下面是关于导弹追踪问题的一个实例, 其求解过程充分体现了MATLAB程序设计在数学实验中的重要作用。

设位于坐标原点的甲舰向位于x轴上点A (1, 0) 处的乙舰发射导弹, 导弹头始终对准乙舰。如果乙舰以最大的速度v0 (是常数) 沿平行于y轴的直线行驶, 导弹的速度是5v0, 求导弹运行的曲线方程。又乙舰行驶多远时, 导弹将它击中?

解:假设导弹在t时刻的位置为P (x (t) , y (t) ) , 乙舰位于Q (1, v0t) 。由于导弹头始终对准乙舰, 故此时直线PQ就是导弹的轨迹曲线弧OP在点P处的切线,

又根据题意, 弧OP的长度为│AQ│的5倍,

由式 (1) (2) 消去t整理得模型:

初值条件为:y (0) =0 y' (0) =0

下面给出此模型的MATLAB求解过程:

首先利用MATLAB命令y=dsolve ('5* (1-x) *D2y=sqrt (1+Dy^2) ', 'y (0) =0, Dy (0) =0', 'x')

得到导弹的运行轨迹方程:

其运动轨迹我们使用命令fplot ('-0.625* (1-x) ^0.8+0.4167* (1-x) ^1.2+0.2083', [0, 1])

(为了书写程序的方便, 把分数都用小数进行了替代。)

可以得到导弹的运动轨迹图形为:

易知, 当x=1时y=5/24, 即当乙舰航行到点 (1, 5/2 4) 处时被导弹击中。被击中的时间为:t=y/v0=5/24v0.若v0=1, 则在t=0.21处被击中。

上述问题属典型的二阶非线性微分方程[3]问题, 它的求解用笔算是相当复杂的, 可是这里我们借助MATLAB程序很轻松的就把问题解决了。由此可以看出, MATLAB程序设计在数学实验中作用是非常显著的。

3 结论

围绕数学实验的基本内容, 充分利用MATLAB的强大数值计算和图形功能, 通过简单的编程就可以迅速得出精确的结论, 绘制形象生动的图像。从实验中去学习、探索和发现数学规律, 激发学生学习数学的兴趣, 培养他们利用MATLAB软件及当代最新科技成果的意识, 能将数学、计算机技术有机地结合起来去解决所遇到的实际问题。

参考文献

[1]孙朝仁, 马敏.开展数学实验教学的可行性调查与分析[J].中国数学教育, 2013 (07) :8-12..

[2]张贤明.MATLAB语言及应用案例[M].南京:东南大学出版社, 2010.

matlab实验指导书 篇3

【关键词】 Matlab Gui，阿贝-波特实验，滤波

【中图分类号】G64.23 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）15-000-01

一、引言

众所周知，光学专业实验对仪器的稳定性要求很高，对于复杂光路的搭建和调试都是非常耗费时间的，而计算机仿真能克服上述缺点，而且能够呈现出实验中很难实现的实验现象。所以光学专业实验的计算机仿真成为了当前实验教学研究的一个热门课题。阿贝-波特实验是光信专业的一个经典实验[1]，目前也有不少人对该实验进行了仿真，但目前该实验的仿真要么缺乏直观的界面[2]，要么界面不够友好，不够丰富[3]，比如界面中没有给出实际的实验光路等。针对上述情况，本文对阿贝-波特实验进行料Matlab Gui仿真，仿真界面不但给出了该实验的实际光路，而且验证了阿贝波特实验的所有现象，实现了仿真界面友好、内容丰富，使学生更能深刻理解阿贝波特实验。

二、阿贝-波特实验的原理

如图1所示[1]，在相干平行光照明下，物的成像过程可分成两步：①入射光经过物的衍射在物镜的后焦面上形成夫琅禾费衍射图样;②衍射图样作为新的子波源发出的球面波在像平面上相干叠加成像。概括地说，上述成像过程分两步：先是“衍射分频”，然后是“干涉合成”。所以如果在透镜的后焦面（即频谱面）上放上各种滤波器，就可以改变频谱的信息，从而引起输出像发生变化。

图1 阿贝成像原理图

三、阿贝波特实验的Matlab Gui仿真

图2是阿贝波特实验的MATLAB GUI仿真界面。界面的右上方为实验光路及实验注意事項。滤波对象是正交光栅，在界面的下面显示物及其频谱，点击滤波器下拉菜单，选中水平狭缝作为滤波器，则界面的下面第三个图显示该滤波器，再点击进行滤波按钮，则在界面的下面第四个图显示经滤波处理后的像，如图2（a）所以，由图可见，频谱面上的横向分布是物的纵向结构的信息，如果点击滤波器下拉菜单，选中纵向狭缝作为滤波器，则在界面的下面第四个图显示经滤波处理后的像，如图2（b）所以，由图可见，频谱面上的纵向分布是物的横向结构的信息。如果点击滤波器下拉菜单，选中方向滤波，则经滤波后的输出像如图2（c）所示，得到的是相对方向的信息，由图可以看出，采用方向滤波器，可完全改变像的性质。如果点击滤波器下拉菜单，选中低通滤波，则经滤波后的输出像如图2（d）所示，由图可见，零频分量是一个直流分量，它只代表像的本底，即只有0级衍射（空间频率为0）能通过时，则在像平面上虽有光照，但完全不能形成图像。如果点击滤波器下拉菜单，选中高通滤波，则经滤波后的输出像如图2（e）所示，由图可

（a）横向狭缝滤波

（b）纵向狭缝滤波

（c）方向滤波

（d）低通滤波

（e）高通滤波

图2 阿贝波特实验的Matlab Gui仿真界面。

见，阻挡零频分量，在一定条件下可使像发生衬度反转。由2（d，e）还可以看出：允许低频分量通过时，像的边缘锐度降低;允许高频分量通过时，像的边缘增强。

四、结论

为了更好理解阿贝波特实验，本文对阿贝波特实验进行了Matlab Gui仿真，仿真界面友好、操作方面，内容丰富，本仿真界面不但给出了实际的实验光路，而且实现了实验的所有功能，仿真结果验证了所有的阿贝波特实验现象。

参考文献

[1]苏显渝，李继陶.信息光学M.北京，科学出版社，1999

[2]刘全金叶璟.基于MATLAB环境的阿贝-波特空间滤波实验仿真，安庆师范学院学报，2009，4：108-112

matlab实验指导书 篇4

题 目 求π的近似值的数学建模问题

学 院 材料科学与工程

专业班级

学生姓名

成 绩

年 05 月 20

MATLAB

2010 日

摘要 这个学期，我们开了MATLAB的课程，因为是一个人做所以作业选择书上一道相关的题目，并参考了一些资料。

任务

求π的近似值

分析

1111这个公式求π的近似值，直到某一项的绝对值小于10-6为止。4357采用MATLAB的循环来求

实验程序

x=1;y=0;i=1;while abs(x)>=1e-6 y=y+x;x=(-1)^i/(2*i+1);i=i+1;end format long,pi=4*y 可以用实验结果 pi =

3.14***92 收获

得出的π值已经非常接近真实的值了，学好MATLAB可以提高我们的效率。

参考文献

matlab实验指导书 篇5

实验人员:-------

-------学

号：--------

---------

实验日期：20150618 摘要

本文主要研究的是一级倒立摆的控制问题，并对其参数进行了优化。倒立摆是典型的快速、多变量、非线性、强耦合、自然不稳定系统。由于在实际中有很多这样的系统，因此对它的研究在理论上和方法论上均有深远的意义。本文首先简单的介绍了一下倒立摆以及倒立摆的控制方法，并对其参数优化算法做了分类介绍。然后，介绍了本文选用的优化参数的状态空间极点的配置和PID控制。接着建立了一级倒立摆的数学模型，并求出其状态空间描述。本文着重讲述的是利用状态空间中极点配置实现方法。最后，用Simulink对系统进行了仿真，得出在实际控制中是两种比较好的控制方法。

Abstract

This paper mainly studies the level of the inverted pendulum control problem, and its parameters are optimized.Inverted pendulum is a typical rapid, multi-variable, nonlinear, strong coupling, natural unstable system.In practice, however, because there are a lot of such a system, so the study of it in theory and methodology have profound significance.This article first introduced the inverted pendulum, and simple of the inverted pendulum control method, made a classification and the parameter optimization algorithm is introduced.And then, introduced in this paper, choose the optimization of the parameters of state space pole configuration and PID control.Then set up the level of the mathematical model of inverted pendulum, and find out the state space description.This paper focuses on the pole assignment method is the use of state space.Finally, the system are simulated using Simulink, it is concluded that in the actual control is two good control method.This paper mainly studies the level of the inverted pendulum control problem, and its parameters are optimized.Inverted pendulum is a typical rapid, multi-variable, nonlinear, strong coupling, natural unstable system.In practice, however, because there are a lot of such a system, so the study of it in theory and methodology have profound significance.This article first introduced the inverted pendulum, and simple of the inverted pendulum control method, made a classification and the parameter optimization algorithm is introduced.And then, introduced in this paper, choose the optimization of the parameters of state space pole configuration and PID control.Then set up the level of the mathematical model of inverted pendulum, and find out the state space description.This paper focuses on the pole assignment method is the use of state space.Finally, the system are simulated using Simulink, it is concluded that in the actual control is two good control method.目 录 引言..................................................4 1.1 倒立摆介绍以及应用.........................................4 1.2 倒立摆的控制方法...........................................5

2单级倒立摆数学模型的建立...............................6 2.1传递函数...................................................8 2.2状态空间方程...............................................9

3系统Matlab 仿真和开环响应.............................11 4 系统设计.............................................15 4.1极点配置与控制器的设计....................................15 4.2系统仿真：................................................16 4.3仿真结果..................................................17 4.4根据传递函数设计第二种控制方法-----PID串级控制............18

5结 论

...............................................19引言

1.1 倒立摆介绍以及应用

倒立摆控制系统是一个复杂的、不稳定的、非线性系统，是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台。对倒立摆系统的研究能有效的反映控制中的许多典型问题：如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。通过对倒立摆的控制，用来检验新的控制方法是否有较强的处理非线性和不稳定性问题的能力。

通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论和技术实现问题，还能将控制理论涉及的主要基础学科：力学，数学和计算机科学进行有机的综合应用。其控制方法和思路无论对理论或实际的过程控制都有很好的启迪，是检验各种控制理论和方法的有效的“试金石”。倒立摆的研究不仅有其深刻的理论意义，还有重要的工程背景。在多种控制理论与方法的研究与应用中，特别是在工程实践中，也存在一种可行性的实验问题，使其理论与方法得到有效检验，倒立摆就能为此提供一个从理论通往实践的桥梁，目前，对倒立摆的研究已经引起国内外学者的广泛关注，是控制领域研究的热门课题之一。

倒立摆不仅仅是一种优秀的教学实验仪器，同时也是进行控制理论研究的理想实验平台。由于倒立摆系统本身具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法，相关的科研成果在航天科技和机器人学方面获得了广阔的应用。二十世纪九十年代以来，更加复杂多种形式的倒立摆系统成为控制理论研究领域的热点，每年在专业杂志上都有大量的优秀论文出现。因此，倒立摆系统在控制理论研究中是一种较为理想的实验装置。

倒立摆主要应用在以下几个方面:(1)机器人的站立与行走类似于双倒立摆系统，尽管第一台机器人在美国问世至今已有三 十年的历史，机器人的关键技术--机器人的行走控制至今仍未能很好解决。(2)在火箭等飞行器的飞行过程中，为了保持其正确的姿态，要不断进行实时控制。

(3)通信卫星在预先计算好的轨道和确定的位置上运行的同时，要保持其稳定的姿态，使卫星天线一直指向地球，使它的太阳能电池板一直指向太阳。(4)侦察卫星中摄像机的轻微抖动会对摄像的图像质量产生很大的影响，为了提高摄像的质量，必须能自动地保持伺服云台的稳定，消除震动。

(5)为防止单级火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭(多级火箭)，其飞行姿态的控制也可

以用多级倒立摆系统进行研究。

由于倒立摆系统与双足机器人、火箭飞行控制和各类伺服云台稳定有很大相似性，因此对倒立摆控制机理的研究具有重要的理论和实践意义。

1.2 倒立摆的控制方法

倒立摆有多种控制方法。对倒立摆这样的一个典型被控对象进行研究，无论在理论上和方法上都具有重要意义。不仅由于其级数增加而产生的控制难度是对人类控制能力的有力挑战，更重要的是实现其控制稳定的过程中不断发现新的控制方法，探索新的控制理论，并进而将新的控制方法应用到更广泛的受控对象中。当前，倒立摆的控制方法可分为以下几类 ：

(1)线性理论控制方法

将倒立摆系统的非线性模型进行近似线性化处理，获得系统在平衡点附近的线性化模型，然后再利用各种线性系统控制器设计方法，得到期望的控制器。PID控制、状态反馈控制、能量控制]、LQR控制算法是其典型代表。

(2)预测控制和变结构控制方法

预测控制：是一种优化控制方法，强调的是模型的功能而不是结构。变结构控制：是一种非连续控制，可将控制对象从任意位置控制到滑动曲面上仍然保持系统的稳定性和鲁棒性，但是系统存在颤抖。预测控制、变结构控制和自适应控制在理论上有较好的控制效果，但由于控制方法复杂，成本也高，不易在快速变化的系统上实时实现

2单级倒立摆数学模型的建立

在忽略了空气流动，各种摩擦之后，可将倒立摆系统抽象成小车和匀质杆组成的系统，如下图1所示

图1 单级倒立摆模型示意图

那我们在本实验中定义如下变量：

M

小车质量

（本实验系统

1.096 Kg）m

摆杆质量

（本实验系统

0.109 Kg）b

小车摩擦系数（本实验系统

0.1 N/m/sec）l

摆杆转动轴心到杆质心的长度（0.25 m）I

摆杆惯量

（0.0034 kg*m*m）F

加在小车上的力

x

小车位置

φ

摆杆与垂直向上方向的夹角 θ

摆杆与垂直向下方向的夹角（考虑到摆杆初始位置为竖直向下）下面我们对这个系统作一下受力分析。下图2是系统中小车和摆杆的受力分析图。其中，N和P为小车与摆杆相互作用力的水平和垂直方向的分量。

注意：在实际倒立摆系统中检测和执行装置的正负方向已经完全确定，因而矢量方向定义如图，图示方向为矢量正方向。

图2 倒立摆模型受力分析

分析小车水平方向所受的合力，可以得到等式：

应用Newton方法来建立系统的动力学方程过程如下：

分析小车水平方向所受的合力，可以得到以下方程：

FbxN Mx由摆杆水平方向的受力进行分析可以得到下面等式：

Nmd2dt2

(xlsin)

2sinmlcosmlx即 Nm

把这个等式代入上式中，就得到系统的第一个运动方程：

cosml2sinFbxml(Mm)x（1）

为了推出系统的第二个运动方程，我们对摆杆垂直方向上的合力进行分析，可以得到下面方程：

d2Pmgm2(lcos)dtsinml2cos即：Pmgml

力矩平衡方程如下：

PlsinNlcosI

注意：此方程中力矩的方向，由于,coscos,sinsin，故等式前面有负号。

21ImlN3P合并这两个方程，约去和，由得到第二个运动方程：

43mglsinmlcosml2x（2）

设（是摆杆与垂直向上方向之间的夹角），假设与1（单位是

d()20sin，dtcos1，弧度）相比很小，即《1，则可以进行近似处理：。用u来代表被控对象的输入力F，线性化后两个运动方程如下：

4gx3lubxmlx(Mm)（3）

2.1传递函数

对方程组(3)进行拉普拉斯变换，得到

422l(s)sg(s)X(s)s3(Mm)X(s)s2bX(s)sml(s)s2U(s)（4）

注意：推导传递函数时假设初始条件为0。

由于输出为角度，求解方程组（4）的第一个方程，可以得到

4gX(s)[l2](s)3s

把上式代入方程组（4）的第二个方程，得到

(Iml2)g(Iml2)g2(Mm)(s)sb2(s)sml(s)s2U(s)ssmlml

整理后得到传递函数：

ml2sqs443(s)U(s)bml2qs3(Mm)mgl2bmglssqq

22q[(Mm)(Iml)(ml)] 其中

2.2状态空间方程

系统状态空间方程为

AXBuXyCXDu

,x方程组（3）对解代数方程，得到解如下： xx4b3mg4xxu(4Mm)(4Mm)(4Mm)3b3g(Mm)3xu(4Mm)l(4Mm)l(4Mm)l

整理后得到系统状态空间方程：

10x4b0(4Mm)x003b0(4Mm)l03mg(4Mm)03g(Mm)(4Mm)l00x40x(4Mm)u1030(4Mm)l

xx1000x0y0u0010

带入参数可得系统的状态空间方程：

0x100-0.08831670.629317x0000-0.23565527.82850x0x0.883160u1002.35655 xx1000x0y0u0010 3系统Matlab 仿真和开环响应

系统开环稳定性分析

num=[2.35655 0 0];den=[1 0.088167-27.9169-2.30942];sys=tf(num,den)[z,p,k]=tf2zp(num,den);step(sys)%阶跃响应曲线： grid on

阶跃响应曲线

rlocus(sys)%根轨迹

根轨迹

bode(sys)%波特图

[A,B,C,D]=tf2ss(num,den);Q=ctrb(A,B)rank(Q)%系统能控性分析

Q =

1.0000-0.0882 27.9247 0 1.0000-0.0882 0 0 1.0000

ans = 3

由得到的rank（Q）的值可知，原系统的能控性矩阵为3，所以我们可知原系统是不能控的。m=obsv(A,C)rank(m)m = 2.3565 0 0-0.2078 65.7876 5.4423 65.8059-0.3580-0.4798

ans = 3 由得到的rank（m）的值可知，原系统的能观性矩阵为3，所以我们可知原系统是能观的。eig(A)ans =

5.2810-5.2864-0.0827

由eig(A)的值可知系统是不稳定的。4 系统设计

4.1极点配置与控制器的设计

采用极点配置法设计多输出的倒立摆系统的控制方案。可以用完全状态反馈来解决，控制摆杆和小车的位置。

设计状态反馈阵时，要使系统的极点设计成两个主导极点和两个非主导极点，用二阶系统的分析方法确定参数。

根据系统性能要求： 最大超调量10%，调节时间为 1s

-运用超调量计算公式：% 得到0.707wn5.66

1-2 t3

sn P2=-4-4.33j 得到两个主导极点为：P1=-4+4.33j P4=-20 选取两个非主导极点：P3=-20 根据MATLAB求取状态增益矩阵，程序如下： a=[0 1 0 0 0-0.0883167 0.629317 0 0 0 0 1 0-0.23655 27.8285 0];b=[0 0.883167 0 2.35655];p=[-4+4.33j-6-4.33j-20-20];k=acker(a,b,p)k =

-740.4267-247.3685 646.9576 113.8866

4.2系统仿真：

根据状态空间表达式建立一阶倒立摆SimuLink仿真图，如下：

4.3仿真结果

系统仿真图（位置，速度，角度，角速度）

根轨迹

4.4根据传递函数设计第二种控制方法-----PID串级控制

PID控制器系统框图：

经过几次参数调试得出Kp=300，Ki=200,Kd=20满足性能要求，其仿真图形如下：

5结 论

本次设计主要通过PID串级控制和状态空间极点配置的方法对直线一级倒立摆进行校正，通过此次课程，掌握MATLAB的基本使用方法。在课程设计过程中，培养了团队协作能力，刻苦钻研以及编程能力，为今后的学习工作打下了良好的基础。经过这次课程，是我受益匪浅。

第一、学会了如何运用自己所学的知识结合实践

第二、硬件最然需要不断尝试，但不是盲目的调试，而是需要有理论作为指导，指明调整的方向，这样设计系统就会事半功倍。第三、Matlab等工具软件的使用也大大提高了设计系统的速度。这些都是试验中珍贵的收获。

matlab实验指导书 篇6

实验序号：实验7

一、实验目的

熟悉使用存储过程来进行数据库应用程序的设计。

二、实验平台

1、利用实验1所安装的RDBMS及其PL/SQL执行引擎。编程工具自选。

三、实验内容和要求

对学生-课程数据库编写存储过程，分别完成以下一些功能：

1.统计“离散数学”课程的成绩分布情况，即按照各分数段来统计人数。2.统计任意一门课程的平均成绩

3.将学生选课成绩从百分制改为等级制（即分数最高的前10%(包括10%)是A, 分数在前10%~30%(不包括10%)是B，分数在前30%~50%(不包括30%)是C，分数在前50%~90%(不包括50%)是D，剩下的是E）

要求：提交源程序并标识必要的注释。保证程序能正确地编译和运行，认真填写实验报告。

matlab实验指导书 篇7

Matlab在图形虚拟和数据处理方面有着独特的优势,能有效帮助学生理解和学习物理规律[1]。Matlab在大学物理中应用广泛,近些年,在中学物理教学中也进行了探索和实践。朱云、孟宪松[2]利用Matlab处理实验数据,在用伏安法测定电源电动势和内阻的关系中,记录电压表和电流的示数,通过使用Matlab绘图得出电压和电流的图线,动态演示物体平抛与斜抛运动的图线等。周小奋[3]用实例介绍了Matlab在电场作图和求解极值问题中的应用,利用Matlab画出共线点电荷系统的电场线分布以及两个正点电荷周围的电场线分布。魏义永[4]在课堂上举例阐述应用Matlab编程模拟光的双缝干涉、单缝衍射和光栅衍射的实验现象,提高学生学习光学的兴趣,教学效果明显。朱国强[5]在课堂教学中使用Matlab动态演示异号电荷等势面和电场线的形状。Matlab帮助学生理解物理现象作用是明显的。但是使用Matlab制作物理课例需要耗费很多时间,由于很多一线教师的时间和精力有限,他们并不能系统地学习和使用Matlab。因此,制作出基于Matlab的中学物理实验室系统很有必要。

1 系统总体设计

1.1 系统功能结构

中学物理实验室系统主要由产品介绍、初中物理实验室、高中物理实验室、练习题库和趣味模块5个部分组成。其中,初中物理实验室和高中物理实验室结合中学物理教学实际需求,实验内容涵盖教材各章节和知识点,是教材的同步实验室,并且结果表现形式丰富。同时,初中物理实验室和高中物理实验室提供基于Matlab设计的学生用计算器。练习题库由高中数学题库和初中数学题库两部分组成,均按教材分类,包括章节的检测题、综合检测题、升学考试题、中期模拟卷、期末模拟卷等。趣味模块提供有益智开发大脑的小游戏,让学生在学习过程中劳逸结合,减少枯燥感。系统功能结构如图1所示。

图1 物理实验室系统功能结构

1.2 系统技术路线

(1)开发平台为Matlab R2008a、Flash、Authorware、Microsoft Windows 7;(2)开发语言为Matlab;(3)使用Authorware作为第三方软件平台统筹Matlab和Flash,使之形成一个系统。采用流行的B/S体系架构;(4)使用Photoshop以及Flash进行页面优化;(5)考虑系统的针对性、易用性。系统技术路线如图2所示。

图2 系统技术路线

1.3 系统运行环境

系统操作环境:Microsoft Windows XP、Microsoft Windows 7、Microsoft Windows 8。Matlab软件版本包括Matlab R2008a、Matlab R2008b、Matlab R2009a、MatlabR2009b等,后续升级软件可直接运行中学物理实验室系统的exe程序;如果操作系统为Windows32位系统,则版本为MCR_R2012a_win32;如果操作系统为Windows64位系统,则版本为MCR_R2012a_win64;如果电脑中未安装Flash软件和Authorware软件,则需要进行安装。

2 系统设计与实现

2.1 系统设计思路

由于本系统是通过Matlab软件、Flash软件开发,再通过Authorware兼容平台统筹Matlab和Flash,使之形成一个系统的应用软件。因此,首先使用Matlab语言及其携带的GUI工具,建立良好的人机交互界面,完成部分物理实验室设计,包括初中物理和高中物理模块实现;其次将经过调试的物理实验室利用Matlab自带的Compiler工具,转换为可独立运行的.exe文件,并对转化的.exe文件进行调试;然后使用Flash软件完成部分物理实验的设计、开发和实现;最后使用Authorware平台统筹整体界面设计、开发和实现,具体包括产品介绍、初中物理、高中物理、练习题库和趣味模块。设计路线框架如图3所示。

图3 设计路线框架

2.2 系统仿真实现

2.2.1 Matlab制作实验

中学物理实验室的核心模块采用Matlab可视化图形用户界面设计方法。Matlab设计GUI程序的前台界面有全命令行的M文件编程和GUIDE辅助的图形界面设计两种方式[6]。GUIDE即Maltab提供的GUI程序的集成化设计和开发环境,是一种可视化的图形用户界面设计方法[7]。由于中学物理实验室是教材的同步实验室,其设计与实现根据教材逐一进行。

为了实现Matlab部分功能,需要为系统界面中各控件编写相应的回调函数,以完成系统的功能和目标。回调函数的编写包括各个实验的功能界面、游戏界面等。

采用Matlab Compiler工具实现Matlab/GUI转化成.exe文件,屏蔽Matlab生成.exe文件时出现黑屏问题的方法是通过对compopts.bat添加程序代码。

2.2.2 Flash制作实验

Flash是一款交互式矢量多媒体技术动画软件。它不仅可以通过文字、图片、视频、声音等手段综合展现动画内容,还可以通过强大的脚本语言(Action Script)制件交互动画,其以操作简单、功能强大、易学易用、浏览速度快等特点受到广大动画设计人员的喜爱,在网页动画制作和多媒体课件制作方面有较强优势[8]。Flash软件可以实现多种动画特效,是表现动态过程、阐明抽象原理的一种重要媒体。使用动画设计,有助于学科知识的表达和传播,加深对知识的理解,提高学习兴趣和教学效率,对以抽象教学内容为主的课程应用效果很好[9]。

2.2.3 系统平台制作

Authorware软件采用面向对象的设计思想,采用图标、流线等多媒体开发工具,主要承担多媒体素材的组织任务,能够同多种开发工具兼容,共同实现多媒体功能[10]。Authorware对编程要求较低,不具有编程能力的人员也能创作出一些高水平的多媒体课件。

将Matlab转换成的.exe文件和Flash生成的.exe文件置于第三方平台Authorware软件中,利用Authoeware编辑,统一界面风格,整体打包形成新的.exe文件,即设计出中学物理实验室系统。

3 系统展示

3.1 系统整体界面展示

双击桌面上的“中学物理实验室”图标后,进入系统主界面。整个系统由系统名称和菜单栏组成。菜单栏由“产品介绍”、“初中物理”、“高中物理”、“练习题库”、“趣味模块”等要素构成,整个版面清新明亮、简单美观。

在系统主界面中单击“产品介绍”图标,会弹出系统介绍页面,该页面用简洁的语言介绍了软件主要特点。在系统菜单栏点击“初中物理”图标,会弹出初中物理页面。初中物理涵盖了人教版八年级、九年级的所有实验。在系统的菜单栏点击“高中物理”图标,会弹出高中物理页面。高中物理模块收纳了必修一、必修二、选修3-1、3-2、3-3、3-4的大部分实验。

在系统的菜单栏点击“练习题库”图标,系统就进入练习题库页面。练习题库分为初中物理练习题库和高中物理练习题库;在系统的菜单栏点击“趣味模块”图标时,系统即进入休闲娱乐时刻;当学习完毕点击菜单栏的“退出学习”图标,系统即自动关闭。

3.2 系统实验室展示

中学物理实验室系统由初中物理和高中物理2个模块组成,各模块均包括相应教材的同步实验室模块,实验内容涵盖教材各章节和知识点。下面以高中物理实验室为例,进行实验室功能演示。

在高中物理实验室界面中有带电粒子在电场中的运动、带电粒子在磁场中的运动、欧姆定律、点电荷形成的电场等实验。

(1)带电粒子在电场中的运动。在高中物理实验室的主界面中,用鼠标点击“选修3-1”进入选修3-1实验室的主界面。在该界面用鼠标点击“带电粒子在电场中的运动”,在弹出的界面中点击“演示”按钮,得到的结果如图4(a)和图4(b)所示。

图4 带电粒子在电场中的运动

(2)带电粒子在磁场中的运动。在选修3-1主界面中,用鼠标点击“带电粒子在磁场中的运动”,在弹出的界面中点击“演示”按钮,在弹出的界面中分别输入“带电粒子射入磁场的角度”,点击“Start”按钮,绘制出如图5(a)所示的运动轨迹,点击菜单栏的旋转按钮,实现如图5(b)所示的旋转效果。

4 结语

本文采用Matlab开发了一个通用性强、简单易用的中学物理实验室系统,该系统充分利用Matlab的数值计算能力和数据可视化能力以及强大的绘图功能,实现了物理现象和物理过程的形象化和可视化,有利于开拓学生视野,激发学习兴趣,改善了传统教学方式单一性缺陷,促进了多媒体技术在教学中的应用。

图5 带电粒子在磁场中的运动

摘要：以Matlab为主要开发技术,在Authorware平台下统筹Flash和Matlab软件,根据新课程标准要求设计了中学物理实验室系统。该系统能帮助学生理解和掌握抽象的物理概念,激发学习兴趣,提高教学效率与教学质量。

关键词：Matlab,Flash,Authorware,物理实验教学

参考文献

[1]王付军.Matlab在中学物理教学和实验中的应用[J].中学物理,2010(9):29-31.

[2]朱云,孟宪松.MATLAB软件在中学物理中的实际应用[J].中小学电教,2011(1):101-102.

[3]周小奋.Matlab在中学物理教学中的应用初探[J].物理通报,2011(10):68-71.

[4]魏义永.例析Matlab软件融入光学教学课堂[J].合肥师范学院学报,2011(3):39-41.

[5]朱国强.MATLAB软件在物理教学中的应用[J].物理通报,2014(4):8-12.

[6]史崇升,汤全武,吴佳,等.基于Matlab和B/S的中学数学实验室系统[J].微型机与应用,2014(14):14-16.

[7]陈垚光,毛涛涛,王正林.精通MATLAB GUI设计[M].北京:电子工业出版社,2011.

[8]韩文虹.物理虚拟实验室的设计与实现[D].郑州:郑州大学,2010.

[9]缪亮,贾朝蓉.Flash MX 2004课件制作百例[M].北京:清华大学出版社,2004.

matlab实验指导书 篇8

关键词：信号处理；MATLAB；图形用户界面；实验软件

引言

信号处理类课程是高等院校电气信息学科学生的必修课程，它不仅是电类专业和信息类专业的一门专业基础课程，而且也是工科学生受益较多的一门课程。但是这类课程的许多理论都基于繁琐的数学理论和数学推导，因此容易使学生感到乏味。为了提高学生学习的效率，需要借助实验手段来帮助学生理解课堂所学理论。

MATLAB是有美国MathWorks公司推出的一个为工程计算和数据分析而专门设计的高级交互式软件包，利用它能容易地解决在系统仿真领域教学与研究中遇到的问题；不仅如此，它还提供了用户可编程设计的图形用户界面(Graphical UserInterface，简写为GUI)设计工具，为课堂实验教学和实验仿真提供了十分有效的手段。基于此，本文利用MATLAB的可视化图形用户界面(GuI)工具，设计实验系统的图形用户界面的总体结构。本系统能够用于完成相关的信号处理实验。

1设计的基本内容

本设计有以下特点：

(1)具有序列的基本计算、基本信号的产生、数据采集、卷积、傅里叶变换、z变换以及FIR和IIR滤波器等功能。

(2)界面可视性强，操作简单方便。

(3)具有数据输入输出、图形输出、数据修改和文件保存、打印等功能，系统内容丰富，实验效率高，结果直观易懂、便于分析。

(4)系统易于扩展新的实验项目。

2系统总体设计步骤

在本系统的设计中，界面布局设计采用自顶向下的设计方法，即先设计引导界面和主界面，再设计各个实验子界面。界面设计完成后，只是一些静态的画面而已，没有什么内涵，还不能用于实验操作，要想达到实验目的，必须借助于函数调用。在设计中，各个回调函数的编写顺序则是采用自底向上的设计方法，即先编制各个实验子界面的回调函数，再编写主界面和引导界面的回调函数。

其设计的具体步骤如下：

(1)运用MATLAB的图形用户界面(GuI)设计方法，设计整个实验系统的开始引导界面、实验主界面及其实现信号处理课程中具体实验的各个子界面；

(2)运用MATLAB的图形用户界面(GUD设计方法，设计系统的说明界面及其各个实验的说明界面；

(3)分别编写各个子界面的各个控件对象的回调函数，来实现控件相应控制功能，达到直接通过界面上各个控件就可以控制数据的输入输出，并可以方便地对实验结果的数据及其图形进行读取和分析的目的；

(4)编写主界面的回调函数，将各个实验子界面整合在信号处理系统实验主界面中，即通过主界面就可以进入任何一个实验子界面进行实验；

(5)编写开始引导界面的回调函数，实现从引导界面直接进入主界面。

3实验系统的设计及实现

3．1实验系统的设计

本实验系统整体结构设计由两部分组成：界面模块设计和菜单模块设计。其中，界面模块总共包括十个模块：开始引导模块、主模块、说明模块、序列基本计算模块、基本信号的产生模块、数据采集模块、卷积模块、傅里叶变换模块、z变换模块、滤波器设计模块。一些实验界面模块下面又有下一级实验界面模块，如滤波器设计模块下面还有FIR滤波器设计模块和IIR滤波器设计模块，其中FIR滤波器模块又包含FIR滤波器线性的判断实验界面、窗函数的频率响应实验界面和FIR滤波器的设计实验界面；IIR滤波器模块又包含完全IIR滤波器的设计实验界面和典型ILR滤波器实验界面；主界面中还包含了说明模块。在菜单设计时，在实验子界面中除使用系统约定的菜单条外，还增加了几个控制背景和退出实验的菜单；引导界面中不使用菜单；主界面中将所有实验项目做成菜单的形式，只要通过选择相应的菜单选项，就可以进入实验。

系统的整体结构如图1所示。

3．2实验系统的实现

没计出的主界面是用于进入信号处理各个实验子界面的。它使用菜单及其一些按钮控件来实现，将各个实验子界面有机地联系到一起，使界面美观，易于操作。实验系统主界面如图2所示。

在图2界面中，用户可以通过选择菜单中相应的项，进入相应的实验界面来进行实验。可以进行的实验包括以下几种：序列的基本计算、基本信号的产生、数据采集、卷积、傅里叶变换、z变换、FIR及IIR滤波器的设计等。此外，界面上还设计有各个实验的简要说明控件，用户在进行实验之前，可以先单击相应的说明控件，来阅读相关实验的简要信息。

4结束语