機械優(yōu)化設(shè)計與Matlab應(yīng)用上機練習(xí)指導(dǎo)書V2.0

1、機械優(yōu)化設(shè)計與Matlab應(yīng)用上機實驗指導(dǎo)書V2.0班級：學(xué)號：姓名：機械學(xué)院說明1 由于機械優(yōu)化設(shè)計與Matlab應(yīng)用是一門實踐性很強的課，本實驗指導(dǎo)書中上 機練習(xí)內(nèi)容是為鞏固課堂所學(xué)知識安排的。2要求每次上機必須完成規(guī)定的練習(xí)內(nèi)容，課堂上即時完成有難度的在課前要 按照相關(guān)實驗說明做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。3 明確每一次上機練習(xí)的目標(biāo)，并在每次實驗小結(jié)表中填入本次練習(xí)完成情況及相關(guān)實驗小結(jié)。4 所有實驗結(jié)束后，要求寫出一篇關(guān)于這門課的課程小結(jié)。5 嚴(yán)格遵守機房的有關(guān)管理規(guī)定。上機練習(xí)一上機練習(xí)二上機練習(xí)三上機練習(xí)四上機練習(xí)五MATLAB件使用初步矩陣、向量的創(chuàng)建，字符串及其處理程序流程控制及符號工

2、具箱的使用MATLABS本繪圖函數(shù)的使用無約束優(yōu)化方法編程上機練習(xí)七優(yōu)化工具箱典型函數(shù)的使用上機練習(xí)八機械優(yōu)化設(shè)計工程問題的求解上機練習(xí)九總復(fù)習(xí)上機實驗一 MATLAB 軟件使用初步一、實驗?zāi)繕?biāo)1熟悉 Matlab 界面，并掌握相關(guān)基本操作。2掌握變量創(chuàng)建、 變量管理， 訪問程序及函數(shù)文件、 命令窗口管理的基本方法。 3在命令窗口中熟練使用各種運算符以及各種常用數(shù)學(xué)表達(dá)式的matlab 表示方式。4熟悉 matlab 特殊字符的使用說明。二、實驗環(huán)境1計算機2. MATLAB7.C集成環(huán)境三、實驗說明1. 首先應(yīng)熟悉MATLAB7.C運行環(huán)境，正確操作2. 實驗學(xué)時： 2 學(xué)時四、實驗內(nèi)容及步

3、驟1 . 命令窗口的使用；2. 變量名的創(chuàng)建，注意大小寫是否敏感；3. clear 、clear session 、 who、whos 命令的含義；4. File 下拉菜單的 Set Path 實現(xiàn)路徑信息的輸入；5. Format 函數(shù)的使用；6. 賦值操作，表達(dá)式加分號與不加分號的區(qū)別，一行輸入多個表達(dá)式，特殊字 符的使用，各種運算符的使用及優(yōu)先級的高低；7. 幫助系統(tǒng)的使用；8. 用 Matlab 表達(dá)式完成如下表達(dá)式計算 五、實驗報告要求1 將求螺栓剛度的Matlab表達(dá)式填入下表;2小結(jié)其余實驗內(nèi)容的心得體會。上機實驗二矩陣、向量的創(chuàng)建及數(shù)學(xué)運算和數(shù)據(jù)的輸入輸出一、實驗?zāi)繕?biāo)1 掌握矩

4、陣和向量的相關(guān)基本操作。2 冒號運算符和點運算符的使用。3 字符串的輸出以及用INPUT函數(shù)輸入數(shù)據(jù)。二、實驗環(huán)境1 計算機2. MATLAB7.C集成環(huán)境三、實驗說明1 實驗前應(yīng)先復(fù)習(xí)閱讀相關(guān) Matlab基本命令；2. 實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗內(nèi)容1 .矩陣和向量的創(chuàng)建及數(shù)學(xué)運算，包括 x=s:d:f、x=linspace(s,f,n)、x=logspace(s,f,n);矩陣、向量的轉(zhuǎn)置a； length()函數(shù)的使用；矩陣和向量元素的訪問；A*B, A.*B和B*A;2. 字符串的創(chuàng)建，num2str函數(shù)的使用，disp()函數(shù)以及fprintf() 的使用3. INPUT函數(shù)進(jìn)行標(biāo)量

5、、字符串、向量以及矩陣的輸入，體會上述基本操作。4. 完成如下計算5.五、實驗報告要求1將實驗內(nèi)容四中的第4和第5題程序段填入下表 2小結(jié)實驗心得實驗小結(jié)上機實驗三程序流程控制及符號工具箱的使用、實驗?zāi)繕?biāo)1. 掌握程序流程控制的4種結(jié)構(gòu)控制命令以及其嵌套結(jié)構(gòu)。2. 體會總結(jié)如何將算法思想轉(zhuǎn)化為程序。3. 一般函數(shù)的創(chuàng)建4. 符號工具箱的使用、實驗環(huán)境1 .計算機2. MATLAB7.C集成環(huán)境三、實驗說明1. 實驗前應(yīng)先復(fù)習(xí)閱讀相關(guān) Matlab程序流程控制基本命令及符號工具箱的基本 語法(參加matlab原理與工程應(yīng)用相關(guān)章節(jié))；2. 實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗內(nèi)容1. While循環(huán)，if語

6、句，for循環(huán)以及switch語句段的運行，體會其語法特征。2. 閱讀用區(qū)域?qū)Ψ值乃枷胪瓿蒮(x)=cos(a*x)=0的前五個根的求解的程序段。 體會算法如何轉(zhuǎn)化成程序。3. 完成如下 Matlab編程有函數(shù)中需計算的等式為：乂門)，請你創(chuàng)建一個函數(shù) ComputeXY計算當(dāng)y = 3x +ba =3,b =5 ; t =0: pi/3: pi 時的值。a) 在Matlab命令窗口中調(diào)用b) 用主子函數(shù)的形式4. 給定公式：1e*f(X)二 3 若 X = a bcos(w)1 +x用符號工具箱中的函數(shù)求出a =1.2,b = -0.45,w/3時f(x)的值五、實驗報告要求1將實驗內(nèi)容四中

7、的第3和第4題程序段填入小結(jié)表2小結(jié)實驗心得實驗小結(jié)表上機實驗四基本繪圖函數(shù)的使用一、實驗?zāi)繕?biāo)1. 熟練掌握plot函數(shù)的各種使用方法。2. 掌握圖形注釋和可視化提高的基本語句。3. 掌握meshgrid命令。4. 學(xué)會畫等高線二、實驗環(huán)境1 計算機2. MATLAB7.C集成環(huán)境三、實驗說明1. 實驗前應(yīng)先復(fù)習(xí)閱讀繪圖函數(shù)的基本使用方法。2 .實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗內(nèi)容及步驟1. 完成同心圓的繪制；要求：圓心在（1, 1）初始半徑為5,半徑增量為0. 52. 用meshgrid命令完成如下拋物線族曲線的繪制3. 畫出下式所表示的外緣固定的方形薄膜形狀及等高線圖，0x1及 0y 1時，圖中的

8、每個方向使用25個網(wǎng)格點 五、實驗報告要求1將實驗內(nèi)容四中的第1-3內(nèi)容繪圖程序段填入小結(jié)表2小結(jié)實驗心得實驗小結(jié)表：上機實驗五無約束優(yōu)化方法編程、實驗?zāi)繕?biāo)1. 掌握梯度法基本思想及計算步驟2. 掌握梯度法的Matlab程序?qū)崿F(xiàn)過程二、實驗環(huán)境1 計算機2. MATLAB7.C集成環(huán)境三、實驗說明1 .實驗前應(yīng)先熟悉教材梯度法及共軛梯度法基本思想及算例2 .實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗內(nèi)容及步驟 參考教材例題5-1完成如下函數(shù)的梯度法編程用梯度法求f(x)=21 2 3x22的極小值五、實驗報告要求1將實驗內(nèi)容中的題程序段填入小結(jié)表 2小結(jié)實驗心得實驗小結(jié)表上機實驗六約束優(yōu)化方法編程實驗?zāi)繕?biāo)2 實

9、驗學(xué)時：2學(xué)時 四、實驗內(nèi)容及步驟參考教材例題完成如下函數(shù)的懲罰函數(shù)法編程用懲罰函數(shù)法求下面優(yōu)化問題 五、實驗報告要求1將實驗內(nèi)容中的程序段填入小結(jié)表2小結(jié)實驗心得實驗小結(jié)表上機實驗七優(yōu)化工具箱典型函數(shù)的使用、實驗?zāi)繕?biāo)1 掌握優(yōu)化工具箱中求解線性和非線性規(guī)劃問題的若干典型函數(shù)的使用、實驗環(huán)境1 計算機2. MATLAB7.C集成環(huán)境三、實驗說明1 .實驗前應(yīng)先閱讀linprog , fminbnd , fmincon函數(shù)的使用說明2.實驗學(xué)時：2學(xué)時四、實驗內(nèi)容及步驟1. 線性規(guī)劃問題：用linprog函數(shù)完成廠址選址問題的求解。考慮A、B、C三地，每地都出產(chǎn)一定數(shù)量的原料也消耗一定數(shù)量的產(chǎn)品

10、（見 下表）。已知制成每噸產(chǎn)品需3噸原料，各地之間的距離為：A B： 150km，A C: 100km B C: 200km假定每萬噸原料運輸1km的運價是5000元， 每萬噸產(chǎn)品運輸1km的運價是6000元。由于地區(qū)條件的差異，在不同地點 設(shè)廠的生產(chǎn)費用也不同。問究竟在哪些地方設(shè)廠，規(guī)模多大，才能使總費用 最??？另外，由于其它條件限制，在 B處建廠的規(guī)模（生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量）不 能超過5萬噸。 約束規(guī)劃問題：用fmincon函數(shù)完成表面積為定值150m2長方體體積最大問 題。五、實驗報告要求1將實驗內(nèi)容四中的第1-3內(nèi)容繪圖程序段填入小結(jié)表2小結(jié)實驗心得實驗小結(jié)表A B C三地出產(chǎn)原料、消耗產(chǎn)品情況表地點年產(chǎn)原料（萬噸）年銷產(chǎn)品（萬 噸）生產(chǎn)費用（萬元/萬噸）A207150B1613120C2401002. 非線性無約束規(guī)劃問題：用fminbnd完成實驗五習(xí)題的求解。上機實驗八機械優(yōu)化設(shè)計工程問題的求解一、實驗?zāi)繕?biāo)1. 掌握實際工程問題的建模2. 掌握用優(yōu)化工具箱函數(shù)對工程問題的數(shù)學(xué)模型的求解3. 分析優(yōu)化結(jié)果二、實