计算机仿真教案07--第五章--3 MATLAB程序设计

船舶与海洋工程学院第五章-3MATLAB程序设计仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计——matlab语言称为第四代编程语言，程序简洁、可读性很强而且调试十分容易。是matlab重要组成部分。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计m文件简介用户如想灵活应用matlab去解决实际问题，充分调用matlab的科学技术资源，就需要编辑m文件包含matlab语言代码的文件称为m文件，其扩展名为m编辑m文件可使用各种文本编辑器仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计一、matlab的工作模式指令驱动模式通常matlab以指令驱动模式工作，即在matlab窗口下当用户输入单行指令时，matlab立即处理这条指令，并显示结果，这就是matlab命令行方式命令行操作时，matlab窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语句仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计例如：x1=0:10x1=012345678910x2=0:3:11x2=0369x3=11.5:-3:0x3=11.50008.50005.50002.5000仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计x1=0:10,x2=0:3:11,x3=11.5:-3:0x1=012345678910x2=0369x3=11.50008.50005.50002.5000•在matlab窗口输入数据和命令进行计算时，当处理复杂问题和大量数据时是不方便的。因此应编辑m文件。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计•命令行方式程序可读性差，而且不能存储，对于复杂的问题，应编写成能存储的程序文件。m文件模式•将matlab语句构成的程序存储成以m为扩展名的文件，然后再执行该程序文件，这种工作模式称为程序文件模式。•程序文件不能在指令窗口下建立，因为指令窗口只允许一次执行一行上的一个或几个语句。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计•m文件的类型是普通的文本文件，我们可以使用系统认可的文本文件编辑器来建立m文件。如dos下的edit，windows的记事本和word等。•具体的创建方法：1、在matlab命令窗口点击file菜单newm-file二、m文件的创建仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计2.!edit——用dos下edit编辑器编制m文件。3.edit——用matlab自带的编辑器编制m文件。4.word——用word编辑m文件。•注意：所创建的m文件必须纳入matlab搜索路径后，才能在matlab命令窗口运行。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计•matlab搜索路径的设置1.cdc:\myfile2.path(path,'c:\myfile')3.打开matlabrc.m(pathdef.m)文件，将c:\myfile加上即可。4.用pathtool路径浏览器设定当前目录。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计1、数据文件.mat•mat文件是matlab以标准二进制格式保存的数据文件，可将工作空间中有用的数据变量保存下来•mat文件的生成和调用是由函数save和load完成的三、matlab文件的类型仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计2.m文件m文件的语法类似于c语言，但又有其自身特点。它只是一个简单的ASCII码文本文件，执行程序时逐行解释运行程序，matlab是解释性的编程语言。m文件有两类独立的m文件—称命令文件可调用m文件—称函数文件(1)命令文件—简单的m文件命令文件实际上是一串指令的集合，与在命令窗口逐行执行文件中的所有指令，其结果是一样的。没有输入输出参数。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计•命令文件包括两部分：注释文件和程序文件%RANKNumberoflinearlyindependentrowsorcolumns.%K=RANK(X)isthenumberofsingularvaluesofX%thatarelargerthanMAX(SIZE(X))*NORM(X)*EPS.%K=RANK(X,tol)isthenumberofsingularvaluesofXthat%arelargerthantol.%Copyright(c)1984-94byTheMathWorks,Inc.s=svd(x);if(nargin==1)tol=max(size(x))*max(s)*eps;endr=sum(stol);程序部分仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计(2)matlab内置函数文件matlab自定义的函数文件称内置函数文件调用内置函数的方法：使用函数名并给出相应的入口、出口参数即可。例如：sin.m函数——用typesin查不到。调用格式：y=sin(2*x)实际应用中：x=0:2*pi/180:2*pi;y=sin(2*x)plot(x,y)01234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计又如sqrt(x)——求x的平方根abs(x)——求x的绝对值det(a)——求行列式的值等等。matlab拥有大量的内置数学函数，供我们在数值运算和符号运算中调用。(3)函数m文件—需要输入变量，返回输出变量•matlab用户可以根据需要编辑自己的m文件，它们可以像库函数一样方便的调用，从而极大地扩展了matlab的能力•对于某一类特殊问题，如创建了许多m函数文件，则可形成新的工具箱•这种用matlab语言创建定义新的matlab函数的功能，正体现了matlab语言强大的扩展功能仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计函数m文件的格式：function返回变量=函数名（输入变量）注释说明语句段程序语句段特定规则：1、函数m文件第一行必须以单词function作为引导词，必须遵循如下形式：function因变量=函数名(自变量)2、m文件的文件名必须是函数名.m。3、程序中的变量均为局部变量，不保存在工作空间中。其变量只在函数运行期间有效。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计(4)系统文件——s函数用于描述系统运动的专用函数，是特殊的m文件。s函数有：由simulink结构图自动创建②用函数m文件编写s函数一旦创建，即可在框图中使用，也可在文件中调用。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计S函数的调用格式[sys,x0]=sfunction(t,x,u,flag)S函数与函数m文件类似，只是输入、输出变量是限定的。系统状态用户定义的系统当前时刻当前状态值当前输入值标志量状态初值仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计matlab语言的程序结构与其它高级语言是一致的，分为顺序结构，循环结构，分支结构。(1)顺序结构——依次顺序执行程序的各条语句(2)循环结构——被重复执行的一组语句，循环是计算机解决问题的主要手段。循环语句主要有：for—end四、matlab的程序结构仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计语法为：fori=表达式可执行语句end例：利用for循环求1！+2！+3！++5！的值sum=0;fori=1:5pdr=1;fork=1:ipdr=pdr*k;endsum=sum+pdr;endsum=153仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计while—end循环while循环将循环体中的语句循环执行。语法为：while表达式循环体语句end表达式一般是由逻辑运算和关系运算以及一般运算组成的，以判断循环的进行和停止；只要表达式的值为真，继续循环；直到表达式值为0，循环停止。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计例：用while循环求1~100间整数的和sum=0;i=1;whilei=100sum=sum+i;i=i+1;endsumsum=5050仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计(3)分支结构——根据一定条件来执行的各条语句。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1else————否语句2end仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计if表达式1———多分支语句1elseif表达式2语句2elseif表达式3语句3···else语句nend这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语句仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计matlab的控制语句同c语言有相似之处,但没有c语言复杂、灵活和多变。因而语法比较简单，容易掌握。•echo指令—用来控制m文件在执行过程中是否显示echoon—打开所有命令文件的显示方式echooff—关闭所有命令文件的显示方式echo—在以上两者间切换五、matlab程序流的控制仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计•input——提示用户从键盘输入数值、字符串、表达式。例：n=input('Howmanyapples=')Howmanyapples=5n=5•pause——暂停，等待用户响应可令m文件执行暂停，并在继续执行前按任一个键。仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计•keyboard——与input类似，功能更强keyboard调用键盘与调用m文件一样，当keyboard在m文件中出现时，它停止文件的执行并控制键盘，用于修改程序。•break——中断break中断for,while循环语句的执行，在嵌套循环结构中，break进从最里层循环推出。•menu——产生一个用户可选择输入的菜单格式：k=menu(‘标题’，‘菜单1’，‘菜单2’…）仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计matlab文件输入、输出（I/O）函数允许把其它格式的数据文件直接读进matlab，它是以c语言文件I/O函数为基础的。1、打开和关闭文件（fopen,fclose)格式：fid=fopen(‘数据文件’，‘r’)‘r’——读‘w’——写‘a’——附加‘rt’——读写六、文件操作仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计•文件一旦打开，即可进行读写操作。sta=fclose(fid)——关闭上述打开文件sta=fclose(all)——关闭所有打开的文件•与save,load类似，是matlab专用数据文件读写工具（*.mat)。2.读写二进制数据文件fread,fwrite——可读写数据文件，文本文件。例：fid=fopen(‘user.dat’,’r’)a=fread(fid,50)sta=fclose(fid)仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计应用程序接口——是matlab的附加组件。是一个由相关函数组成的接口函数库，可实现与外部程序的交互。•MEX文件：是matlab环境下调用C、FORTRAN语言编写的应用程序的模块。•matlab计算引擎：在使用C、FORTRAN编程时可调用matlab函数库进行计算。七、应用程序接口仿真技术基础·数值积分法的系统仿真5.3MATLAB程序设计小结本节主要介绍了matlab语言程序设计基础。matlab编程简单，容易掌握。通过学习，应能编写简单程序。