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MATLAB 实用教程：第5章 MATLAB程序设计.doc

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MATLAB 实用教程：第5章 MATLAB程序设计.doc

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第 5 章 MATLAB 程序设计

5.1 脚本文件和函数文件

M 文件有两种形式：M 脚本文件和 M 函数文件。

5.1.1 M 文本编辑器

MATLAB 的 M 文件是通过 M 文件编辑／调试器窗口(Editor／Debugger)来创建的。

单击 MATLAB 桌面上的图标，或者单击菜单 “ File ” ——“ New ” ——“ M-

file”，可打开空白的 M 文件编辑器，也可以通过打开已有的 M 文件来打开 M 文件编辑

器。如图 5.1 所示为打开已创建的 M 文件。

5.1.2 M 文件的基本格式

下面介绍绘制二阶系统时域曲线的 M 文件，欠阻尼系统的时域输出 y 与 x 的关系为

)cosax1sin(e

��

，【例 5.1】为 M 脚本文件，【例 5.2】为 M 函数文

件。

【例 5.1】用 M 脚本文件绘制二阶系统时域曲线。

%EX0501 二阶系统时域曲线

%画阻尼系数为 0.3 的曲线

x=0:0.1:20;

y1=1-1/sqrt(1-0.3^2)*exp(-0.3*x).*sin(sqrt(1-0.3^2)*x+acos(0.3))

plot(x,y1,'r')

图 5.1 M 文件编辑/调试器窗口

【例 5.2】创建一个画二阶系统时域曲线的函数，阻尼系数 zeta 为函数的输入参数。

function y=Ex0502(zeta)

% EX0502 Step response of quadratic system.

% 二阶系统时域响应曲线

% zeta 阻尼系数

% y 时域响应

x=0:0.1:20;

y=1-1/sqrt(1-zeta^2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta^2)*x+acos(zeta))

plot(x,y)

M 函数文件的基本格式：

函数声明行

H1 行(用%开头的注释行)

在线帮助文本(用%开头)

编写和修改记录(用%开头)

函数体

例如，在命令窗口输入 help 和 lookfor 命令查看帮助信息：

help Ex0502

EX0502 Step response of quadratic system.

二阶系统时域响应曲线

zeta 阻尼系数

y 时域响应

lookfor '二阶系统时域响应'

Ex0502.m: %二阶系统时域响应

5.1.3 M 脚本文件

脚本文件的特点：

(1) 脚本文件中的命令格式和前后位置，与在命令窗口中输入的没有任何区别。

(2) MATLAB 在运行脚本文件时，只是简单地按顺序从文件中读取一条条命令，送到

MATLAB 命令窗口中去执行。

(3) 与在命令窗口中直接运行命令一样，脚本文件运行产生的变量都是驻留在

MATLAB 的工作空间(workspace)中，可以很方便地查看变量，除非用 clear 命令清除；脚

本文件的命令也可以访问工作空间的所有数据，因此要注意避免变量的覆盖而造成程序出

错。

【例 5.1 续】在 M 文件编辑／调试器窗口中编写 M 脚本文件绘制二阶系统的多条时域

曲线。

(1) 单击 MATLAB 桌面上的图标打开 M 文件编辑器。

(2) 将命令全部写入 M 文件编辑器中，为了能标志该文件的名称，在第一行写入包含

文件名的注释。保存文件为 Ex0501.m。

%EX0501 二阶系统时域曲线

x=0:0.1:20;

y1=1-1/sqrt(1-0.3^2)*exp(-0.3*x).*sin(sqrt(1-0.3^2)*x+acos(0.3))

plot(x,y1,'r') %画阻尼系数为 0.3 的曲线

hold on

y2=1-1/sqrt(1-0.707^2)*exp(-0.707*x).*sin(sqrt(1-0.707^2)*x+acos(0.707))

plot(x,y2,'g') %画阻尼系数为 0.707 的曲线

y3=1-exp(-x).*(1+x)

plot(x,y3,'b') %画阻尼系数为 1 的曲线

(3) 选择 M 文件编辑器菜单“Debug”——“Run”，就可以在图形窗中看到如图 5.2

所示的曲线。

查看工作空间的变量：

whos

Name Size Bytes Class

x 1x201 1608 double array

y1 1x201 1608 double array

y2 1x201 1608 double array

y3 1x201 1608 double array

Grand total is 804 elements using 6432 bytes

5.1.4 M 函数文件

函数文件的特点：

(1) 第一行总是以“function”引导的函数声明行；

函数声明行的格式：

function [输出变量列表] = 函数名(输入变量列表)

(2) 函数文件在运行过程中产生的变量都存放在函数本身的工作空间；

图 5.2 运行界面

(3) 当文件执行完最后一条命令或遇到“return”命令时，就结束函数文件的运行，同

时函数工作空间的变量就被清除；

(4) 函数的工作空间随具体的 M 函数文件调用而产生，随调用结束而删除，是独立

的、临时的，在 MATLAB 运行过程中可以产生任意多个临时的函数空间。

【例 5.2 续】在 M 文件编辑／调试器窗口编写计算二阶系统时域响应的 M 函数文件，

并在 MATLAB 命令窗口中调用该文件。

创建 M 函数文件并调用的步骤如下：

(1) 编写函数代码

function y=Ex0502(zeta)

%EX0502 画二阶系统时域曲线

x=0:0.1:20;

y=1-1/sqrt(1-zeta^2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta^2)*x+acos(zeta))

plot(x,y)

(2) 将函数文件保存为“Ex0502.m”。

(3) 在 MATLAB 命令窗口输入以下命令，则会出现 f 的计算值和绘制的曲线：

f=Ex0502(0.3)

程序分析：

▪ 第一行指定该文件是函数文件，文件名为“Ex0502”，输入参数为阻尼系数 zeta，

输出参数为时域响应 y。

▪ 当函数文件调用结束，查看 x、y：

??? Undefined function or variable 'x'.

??? Undefined function or variable 'y'.

注意：M 脚本文件和 M 函数文件的文件名及函数名的命名规则与 MATLAB 变量的命

名规则相同。

5.2 程序流程控制

5.2.1 for ... end 循环结构

语法：

for 循环变量=array

循环体

end

说明：循环体被循环执行，执行的次数就是 array 的列数，array 可以是向量也可以是

矩阵，循环变量依次取 array 的各列，每取一次循环体执行一次。

【例 5.3】使用 for ... end 循环的 array 向量编程求出 1+3+5...+100 的值。

% EX0503 使用向量 for 循环

sum=0;

for n=1:2:100

sum=sum+n;

end

sum

sum =

2500

计算的结果为：sum =2500。

程序说明：循环变量为 n，n 对应为向量 1:2:100，循环次数为向量的列数，每次循环

n 取一个元素。

【例 5.4】使用 for ... end 循环的 array 矩阵编程将单位阵转换为列向量。

% EX0504 使用矩阵 for 循环

sum=zeros(6,1);

for n=eye(6,6)

sum=sum+n;

end

sum

sum =

程序分析：循环变量 n 对应为矩阵 eye(6,6)的每一列，即第一次 n 为[1;0;0;0;0;0]，第一

次 n 为[0;1;0;0;0;0]；循环次数为矩阵的列数 6。

5.2.2 while ... end 循环结构

语法：

while 表达式

循环体

end

说明：只要表达式为逻辑真，就执行循环体；一旦表达式为假，就结束循环。表达式

可以是向量也可以是矩阵，如果表达式为矩阵则当所有的元素都为真才执行循环体，如果

表达式为 nan，MATLAB 认为是假，不执行循环体。

【例 5.5】与【例 5.3】相同，计算 1+3+5...+100 的值。

% EX0505 使用 while 循环

sum=0;

n=1;

while n<=100

sum=sum+n;

n=n+2 ;

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