《机电系统与仿真技术》课件8MatLab程序设计及M文件.ppt

《《机电系统与仿真技术》课件8MatLab程序设计及M文件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《机电系统与仿真技术》课件8MatLab程序设计及M文件.ppt（40页珍藏版）》请在文字多文库上搜索。

1、回顾:基础知识,2023/5/13,矩阵生成基本运算矩阵运算多项式解方程绘图命令,还记得哪些常用命令?,2023/5/13,2023/5/13,其他绘图指令,2023/5/13,三维绘图指令,2023/5/13,第2讲 Matlab程序设计及仿真,2023/5/13,1.M文件脚本文件概述,MATLAB语言的程序可以有两种方式来执行，即命令行方式和m文件方式。由于MATLAB语言的文件,以“.m”作扩展名，因此均称为m文件。M文件可分为函数程序和脚本程序两种：函数程序可以接受输入参数，并可以产生输出；脚本程序是MatLab表达式的集合，不可以接受参数。,脚本文件是一种简单的M文件，它没有输入参

2、数；可以是一系列在命令行中执行命令的集合，也可以是操作工作空间中的变量和程序中新建的变量。脚本程序在工作空间创建的变量，在程序运行结束后仍然可以使用。M脚本文件既不需要预先定义，也不需要接受输入变量，而是直接输入变量名，脚本程序就会按顺序执行命令。,2023/5/13,1.M文件脚本文件编写,脚本文件编写步骤：,第一步 单击MatLab指令窗口工具条上的New File图标或者【file】菜单下new子菜单中的M-file，如下图所示。打开如图2-2所示的MatLab文件编辑调试器Matlab Editor/Debugger。其窗口名默认为Untitled，用户可在空白窗口中编写程序。,202

3、3/5/13,1.M文件脚本文件编写,针对所给分段函数，输入如下一段程序：a=2;b=2;clf;%clf 函数用于清除当前图像窗口x=-a:0.2:a;y=-b:0.2:b;for i=1:length(y)for j=1:length(x)if x(j)+y(j)1 z(i,j)=0.85*exp(-0.5*y(i)2-3.75*x(j)2-1.5*x(i);elseif x(j)+y(j)-1 z(i,j)=0.546*exp(-0.75*y(i)2-3.75*x(j)2+1.5*x(i);else z(i,j)=0.97*exp(-y(i)2-6*x(j)2);end endendax

4、is(-a,a,-b,b,min(min(z),max(max(z);surf(x,y,z);title(编写脚文文件示例)；,2023/5/13,1.M文件脚本文件运行,第二步 单击编辑调试器中的保存图标，或者通过【file】菜单下的Save as将文件另存他处，键入文件名（如example21），单击【保存】键，就完成了文件保存。,第一步 将保存example21.m文件所在目录成为当前目录，或者让目录处在MatLab的搜索路径上。第二步 在命令窗口，输入example21，运行结果如下图所示。,运行脚本文件：,2023/5/13,1.M文件与M函数脚本文件结论,1）在M-file窗口中编

5、写脚本文件，并且每行必须以分号“;”结束；2）将已编写完成的M-file保存在某一文件夹中，并且使Matlab的搜索路径指向该M-file所在的文件夹；3）给M-file命名，文件不能使用汉语命名，必以字母或下划线开始的文件名；4）文件名需要能够反映出该M-file的功能和作用，并且容易记忆；5）运行M-file时，只需在命令窗口中输入M-file的文件名即可。,通过上述例子可得如下结论：,2023/5/13,1.M文件与M函数脚本文件举例,【举例】执行文件的建立与执行。,显示建立的执行文件,第一步 在脚本文件编辑器中输入左边程序，并存储命名为exam02.m。,2023/5/13,1.M文件

6、与M函数脚本文件举例,第二步 在Matlab平台上识别和执行文件exam02.m，在命令窗口中输入examo2.m。,输入命令显示,输出图线显示,2023/5/13,1.M文件与M函数M函数定义,不同于独立m文件，m函数形式的m文件书写格式为：函数名定义 functionA1,A2=myfuction(a1,a2,)%注释行 主程序体,例如：functiony,y1,y2=exam03(x),M函数的定义,2023/5/13,1.M文件与M函数M函数格式说明,（1）第一行为m函数格式行。function为m函数的保留字，myfunction为m函数名称，（a1，a2，）为外部传递参数组，A1，

7、A2为返回参数组。（2）首字符为“%”的各行是注释行。紧接格式行的各注释行可以响应help命令在MATLAB平台上印出,加空行后的注释行不响应help命令,注释行可以在m函数描述行的任意位置均可。（3）主程序体各行，是m函数的各执行行。,2023/5/13,1.M文件与M函数M函数的调用,M函数调用格式如下：输出变量=函数名（输入变量）示列如下：x=5;Ra=circle(x)（函数调用）,2023/5/13,1.M文件与M函数M函数调用的注意点,注意以下几点：1）M函数名要与M函数存储的文件名相同；2）当一个M函数内含有多个函数时，函数内第一个function为主函数，其它函数是主函数局部调

8、用函数，文件名以主函数名命名；3）注释语句前需以“%”开始，若需要多行注释语句，每行都以“%”开始；4）M函数内除了注释说明语句行，最上面的第一行语句必须以function开始；5）程序语句包括调用函数、注程控制语句和赋值语句等；6）M函数调用时，调用函数的输入/输出变量可以与定义函数的输入/输出变量不同。,2023/5/13,1.M文件与M函数M函数程序,函数程序可以接受输入参数，并可以返回输出参数。同时也可操作函数工作空间的变量。,例如：通过M函数文件画圆,function Ra=circle(r,s)%r 指定半径的数值%s 指定线色的字符串%sa 指圆面积%circle(r)利用蓝实线

9、画半径为r的圆周线%circle(r,s)利用s字符串指定的线色画半径为r的圆周线%sa=circle(r)计算圆面积，并画半径为r的蓝色圆面%sa=circle(r,s)计算圆面积，并画半径为r的s色圆面,clf;t=0:pi/200:2*pi;x=r*exp(i*t);Ra=pi*r*r;fill(real(x),imag(x),s)axis(square)title(M函数程序画圆示例),2023/5/13,1.M文件与M函数全局变量和局部变量,M函数运行时，所有变量都被加载于函数工作空间，而且对于多个函数运行时，这些函数的工作空间是相互独立的，其变量也不会加载于MatLab的工作空间，

10、当函数运行结束后，所有的变量自动消失，这些变量称为局部变量。不过用户有时需要使用全局变量，便于函数之间的变量共用，此时需要使用Matlab里面的global命令对变量进行全局变量定义。,局部变量：具有函数内部作用范围全局变量：可在几个函数和基本工作空间之间共享，具有全局作用范围全局变量的声明：global 变量名1 变量名2 变量名间用空格分离。全局变量在使用前必须在MATLAB工作空间中申明，而在某个具体的MATLAB函数中如果想用到该全局变量时，也必须在函数中申明。由于全局变量损害函数的封闭性，因此不提倡使用全局变量。,2023/5/13,1.M文件与M函数M函数程序,第二步 运行以下命令

11、，结果如下图所示。,Ra=circle(3,r)Ra=28.2743。,2023/5/13,2.函数函数定义,把相关语句组合在一起，并给它们注明相应的名称，利用这种方法把程序分块，这种形式的组合就称为函数。函数通常也称为例程或过程。函数的使用通常是通过函数调用来实现的。对于用户自定义的函数也可以有子函数。这些子函数只能被与M文件同名的主函数或者在M文件的其他函数所调用。,2023/5/13,2.函数子函数,一个M文件只能有一个主函数。文件main.m中有一个函数结构及其子函数，示例如下：Function f=main(x)%主函数%程序语句Y1=funexample1(x)%调用第一个子函数%

12、程序语句f=funexample2(x)%调用第二个子函数%程序语句Function f=funexample1(x)%定义第一个子函数%程序语句Function f=funexample2(x)%定义第二个子函数%程序语句b,d=funexample3(x1,x2)%子函数中另外再调用第三个子函数（函数嵌套）%程序语句Function b,d=funexample3(x1，x2)%定义第三个子函数%程序语句,2023/5/13,2.函数私有函数,私有函数是放入一个叫private子目录中的M文件，私有函数只能private直接上层目录中的函数调用。当Matlab调用M文件中的函数时，首先查找

13、子函数，再查找私有函数，最后再在Matlab的搜索路径中查找函数。这就意味着用户可以创建与Matlab函数同名的私有函数，并将其放入private子目录中，这样程序就能对它们进行调用。同时其他路径下的程序能调用和私有函数同名的M文件，但此时执行的是Matlab的函数。,2023/5/13,3.M文件程序设计的基本原则,为了便于广大读者熟练地使用MatLab软件进行程序设计，并且形成良好的编程习惯，在此将程序设计的基本原则简述如下：1）Matlab程序的基本组成。（1）%表示命令行注释；（2）采用clear、close命令清除工作空间变量；（3）定义变量，设置初始值；（4）编写运算指令、调用函数

14、或调用子程序；（5）使用流程控制语句；（6）直接在指令窗口中显示运算结果或者通过绘图命令显示运算结果。2）一般情况下，主程序开头习惯使用clear命令清除工作空间变量，然而子程序开头不要使用clear。3）程序命名尽量清晰（从程序名就可知道该程序的功能），便于日后维护。初始值尽量放在程序的前面，便于更改和查看。4）如果初始值较长或者较常用，可以通过编写子程序将所有的初始值进行存储，以便调用。5）对于较大的程序设计，尽量将程序分解成每个具有独立功能的子程序，然后采用主程序调用子程序的方法进行编程。,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程顺序结构,Matlab程序语句结构：顺序、条件、循环

15、、试探,顺序结构是最简单的程序结构，用户在编写好程序之后，系统将按照程序的物理位置顺次执行。顺序结构就是依照顺序执行程序的各条语句。语句在程序文件中的位置反映了程序的执行顺序。,示例:求正弦函数的图像。x=-2*pi:pi/20:2*pi;y=sin(x);plot(x,y);title(Plot of sin(x)vs x);,1）顺序结构定义格式,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程条件结构1,2）if-else-end结构定义格式,if else end语句有3种形式 if 表达式 执行语句 end if 表达式 是 语句1 else 否 语句2 end,if 表达式1 语句1

16、 elseif 表达式2 语句2 elseif 表达式3 语句3 else 语句n end,第3种结构实现了一种多路选择，比较复杂。可替代一般高级语言中的switch-case-end语句。,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程条件结构举例1,c=input(请输入一个字符,s);if c=A end,举例：输入一个字符，若为大写字母，则输出其后继字符，若为小写字母，则输出其前导字符，若为数字字符则输出其对应的数值，若为其他字符则原样输出。,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程条件结构2,3）Switch-case-end结构定义格式,switch 开关表达式case 表达

17、式1 语句段1case表达式2 语句段2.otherwise 语句段nend,说明：1)将开关表达式依次与case后面的表达式进行比较，如果表达式1不满足，则与下一个表达式2比较，如果都不满足则执行otherwise后面的语句段n；一旦开关表达式与某个表达式相等，则执行其后面的语句段。2)开关表达式只能是标量或字符串。3)case后面的表达式可以是标量、字符串或单元数组，如果是单元数组则将开关表达式与单元数组的所有元素进行比较，只要某个元素与开关表达式相等，就执行其后的语句段。,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程条件结构举例2,method=Bilinear;switch lowe

18、r(method)%将字符串转换为小写 case linear,bilinear disp(Method is linear)%显示 case cubic disp(Method is cubic)case nearest disp(Method is nearest)otherwise disp(Unknown method.)end,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程循环结构1,4）For-end循环结构,首先计算三个表达式的值，再将表达式1的值赋给循环变量，如果此时循环变量的值介于表达式1和表达式3的值之间，则执行循环体语句，否则结束循环的执行。执行完一次循环之后，循环变量自

19、增一个表达式2的值，然后再判断循环变量的值是否介于表达式1和表达式3之间，如果满足仍然执行循环体，直至不满足为止。这时将结束for语句的执行，而继续执行for语句后面的语句。,for 循环变量=初始值first（也可是表达式1）:步长incr（表达式2）:终值last（表达式3）执行语句块end,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程循环结构1举例,举例：求定积分程序如下：a=0;b=2*pi;n=1000;h=(b-a)/n;x=a:h:b;f=exp(-0.5*x).*sin(x+pi/6);for i=1:n s(i)=(f(i)+f(i+1)*h/2;end s=sum(s)事

20、实上，MATLAB提供了有关数值积分的标准函数，实际应用中可直接调用这些函数求数值积分。,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程循环结构2,5）While-end循环结构,while语句的一般格式为：while(条件)循环体语句块 end其执行过程为：若条件成立，则执行循环体语句，执行后再判断条件是否成立，如果不成立则跳出循环。,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程循环结构2举例,举例：用while循环求1100间整数的和。sum=0;i=1;while i=100 sum=sum+i;i=i+1;end sum=5050,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程试探结

21、构,6）试探结构定义,语句格式为：try 语句组1catch 语句组2end,说明：try语句先试探性执行语句组1，如果语句组1在执行过程中出现错误，则将错误信息保留，并转去执行语句组2。这种试探性执行语句是其他高级语言所没有的。,2023/5/13,4.流程控制与面向对象编程试探结构,举例：矩阵乘法运算要求两矩阵的维数相容，否则会出错。先求两矩阵的乘积，若出错，则自动转去求两矩阵的点乘。程序如下：A=1,2,3;4,5,6;B=7,8,9;10,11,12;try C=A*B;catch C=A.*B;end,C=7 16 27 40 55 72,2023/5/13,5.文件调试与剖析文件调

22、试概述,一般来说，应用程序的错误有两类：一类是语法错误，语法错误包括词法或文法的错误，例如函数名的拼写错、表达式书写错等。另一类是运行时的错误。指程序的运行结果有错误，这类错误也称为程序逻辑错误。,在包含函数调用的MATLAB 程序运行时，当发生运行错误时，不会显示出错信息，而在执行结束或出错时，我们只能看到基本工作空间(即主程序执行空间)中的变量，各个函数工作空间已关闭，因此无法检测各个局部变量。为此，应采用调试技术来查找问题。,2023/5/13,5.文件调试与剖析文件调试技术,在可能发生错误的M 文件中，删去某些语句行末的分号，使显示其运行中间结果，从中可发现一些问题；在M 文件的适当位

23、置上加上keyboard 命令，使在执行时在此暂停，从而检查局部工作空间中变量的内容，从中找到出错的线索，利用return 命令可恢复程序的执行；去掉注释M 函数文件的函数定义行，使函数文件转变成命令文件，这样在程序运行出错时，可查看M 文件产生的中间变量；注意，局部变量之间应避免冲突；使用MATLAB 提供的Debugger，Debugger 为我们提供了下列功能：设置清除断点；单步执行；继续执行；,文件调试技术,2023/5/13,5.文件调试与剖析文件调试步骤,文件调试步骤,第一步:分段设置断点 一开始并不能肯定问题所在，我们总是按照执行顺序分段执行，以期望能够找到出错的程序段。为此在程

24、序中设置断点，并执行程序：第二步：清除断点第三步：调试嵌套函数第四步：单步执行第五步：修改并重新执行 找到了问题所在，修改源程序并重新执行，如仍有问题，继续上述过程进行调试，直到程序执行正确。,2023/5/13,5.文件调试与剖析文件调试命令,文件调试命令,除了采用调试器调试程序外，MATLAB还提供了一些命令用于程序调试。命令的功能和调试器菜单命令类似 dbstop-Set breakpoint.dbclear-Remove breakpoint.dbcont-Resume execution.dbstack-List who called whom.dbstatus-List all breakpoints.dbstep-Execute one or more lines.dbtype-List M-file with line numbers.dbquit-Quit debug mode.,2023/5/13,5.文件调试与剖析文件调试工具栏,2023/5/13,