系统仿真MATLAB的控制语句和绘图功能.ppt

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1、1,仅靠一条一条地输入语句，MATLAB难以实现复杂功能，为了实现诸如循环、条件、分支等功能，MATLAB利用了M文件，M文件是由一系列的MATLAB语句组成。,2,MATLAB实际上可以认为是一种解释性语言，用户可以在MATLAB工作环境下一条一条地键入命令，也可以直接键入用MATLAB的语言编写的M文件名，或它们结合起来使用。这样MATLAB软件对此命令或M文件中各条命令进行翻译，然后在MATLAB环境下对它进行处理，最后返回运算结果。所以说MATLAB语言的结构可用下式进行描述： MATLAB语言窗口命令M文件,3,MATLAB提供了丰富的库函数，库函数是根据系统编制好了的、提供用户直接

2、使用的函数。MATLAB中常用的基本数学函数如表1-3所示。 除了基本函数外，不同版本的MATLAB还增加了不同的有专门功能的库函数，也称工具箱。例如通讯工具箱、控制系统工具箱和信号处理工具箱等等。 对于各种函数的功能和调用方法可使用MATLAB的联机帮肋help来查询，其使用格式为 help 函数名,1.2.2 MATLAB的库函数,4,表1-3 MATLAB的基本数学函数,5,1.2.3 MATLAB的磁盘文件,由于MATLAB本身可以被认为是一种高效的语言，所以用它可编写出具有特殊意义的磁盘文件来。这些磁盘文件是由一系列的MATLAB语句组成，它既可能是由一系列窗口命令语句构成的文本文件

3、，又可以是由各种控制语句和说明语句构成的函数文件。 由于它们都是由ASCII码构成的, 其扩展名均为“.m”，故统称为M文件。,6,由于M文件具有普通的文本格式，因而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。而一般常用且最为方便的是使用MATLAB提供的M文件编辑/调试器。,M文件的建立与打开,7,1、建立新的M文件 为建立新的M文件，启动MATLAB的M文件编辑/调试器。 （1）命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的New M-File（新建）命令按钮，屏幕上将出现 M文件编辑器窗口。 （2）菜单操作。从MATLAB主窗口

4、的File菜单中选择New菜单项，再选择M-file命令，屏幕上将出现M文件编辑器窗口。,8,M文件编辑器,9,2、编写或修改后的M文件的保存 用鼠标左键单击MATLAB 文件编辑器窗口工具栏的“存盘”图标。 （1）若是修改后的M文件，则完成了保存。 （2）若是新编写的M文件，则弹出对话框，输入文件名后，则完成了保存。,10,3、打开已有的M文件 （1）命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的Open File命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的M文件。 （2）菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对话框中选中所需打开的

5、M文件。 打开的M文件在M文件编辑器窗口内。可以对它进行编辑修改，编辑完成后，将M文件存盘。,11,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文件包括文本文件和函数文件。 独立的M文件 称文本文件 可调用M文件 称函数文件,M文件,12,1.文本文件 文本文件由一系列的MATLAB语句组成，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。在MATLAB的提示符下直接键入文本文件名，便可自动执行文件中的一系列命令，直至给出最终结果。 文本文件在工作空间中运算的变量为全局变量。,13,例1

6、-1 求函数 在x= -4时的值。,解 首先打开M文件编辑器,建立以下文本文件ex1_1.m，并保存。 % ex1_1.m % this is an M file for calculaters sqrtx +x3 x1=abs(x); x2=sqrt(x1)+x3; y=x2,14,当文本文件ex1_1.m建立后，在MATLAB命令窗口中输入以下命令： x=-4;ex1_1 结果显示： y= -62 这里执行的中间变量x1，x2都被保存下来，这与函数文件是不同的。,15,2.函数文件 函数文件的功能是建立一个函数，且这个函数可以同MATLAB的库函数一样使用，它与文本文件不同，在一般情况下不

7、能单独键入函数文件的文件名来运行一个函数文件，它必须由其它语句来调用，函数文件允许有多个输入参数和多个输出参数值，其基本格式如下： function f1,f2,f3,=fun(x, y, z,) 注释说明语句 函数体语句 其中：x, y, z,是形式输入参数；而f1,f2,f3,是返回的形式输出参数值；fun是函数名。,16,实际上，函数名一般就是这个函数文件的磁盘文件名，注释语句段的内容同样可用help命令显示出来。 调用一个函数文件只需直接使用与这个函数一致的格式 y1,y2,y3,=fun(a,b,c,) 其中：a,b,c,是相应的实际输入参数，而y1,y2,y3,是相应的实际输出参数

8、值。,17,例1-2 求函数在x1= -2, x2= 3, x3= 1时的值,解 首先建立函数文件ex1_2.m %ex1_2.m function y1,y2=ex1_2(x1,x2,x3) z1=3*x12; z2=x2+x3; y1=z1+z2; y2=z1-z2;,18,当函数文件ex1_2.m建立后，在MATLAB命令窗口中输入以下命令： a1=-2;a2=3;a3=1;b1,b2=ex1_2(a1,a2,a3) 则显示结果为 b1= 16 b2= 8,19,函数文件中定义的变量为局部变量，也就是说它只在函数内有效。即在该函数返回后，这些变量会自动在MATLAB工作空间中清除掉，这与

9、文本文件是不同的，但可通过命令 global 变量 来定义一个全局变量。 函数文件与文本文件另一个区别在于其第一行是由function开头的，且有函数名和输入形式参数与输出形式参数，若是没有这一行的磁盘文件就是文本文件 。,20,1.2.4 输入与输出函数,如果用户想在计算的过程中给计算机输入一个参数，则可以使用input( )函数来进行，该函数的调用格式为 变量名input(提示信息，选项) 这里提示信息可以为一个字符串显示，它用来提示用户输入什么样的数据，input( )函数的返回值赋给等式左边的变量名。,21,例如, 用户想输入A矩阵，则可以采用下面的命令来完成 A=input( Ent

10、er matrix A= ); 执行该命令时首先给出Enter matrix A=提示信息，然后等待用户从键盘按MATLAB格式输入矩阵，并把此值赋给A。 如果在input( )函数调用时采用了s选项，则允许用户输入一个字符串，此时需用单引号将所输字符串括起来。,22,MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有disp( )函数，其调用格式为 disp(变量名) 其中，变量名既可以为字符串，也可以为变量矩阵。例如 s=Hello World 结果显示： s= Hello World disp(s) 结果显示： Hello World,23,MATLAB提供了较实用的字符串处理及转换的函数，例如i

11、nt2str( )函数就可以方便在将一个整形数据转换成字符串形式，该函数的调用格式为 cstr=int2str(n） 其中：n为一个整数，而该函数将返回一个相关的字符串cstr。 例如：num的数值为num=15，而在输出中还想给出其它说明性附加信息，则可利用下面的语句 num=15;disp (The value of num is , int2str(num) , !ok) 结果显示： The value of num is 15 !ok,24,与int2str( ) 函数的功能及调用方式相似，MATLAB还提供了num2str( )函数，可以将给出的实型数据转换成字符串的表达式，最终也可

12、以将该字符串输出出来。例如给绘制的图形赋以数字的标题时可采用下面的命令 c=(70-32)/1.8; title(Room temperature is , num2str(c), degrees C) 则会在当前图形上加上题头标注 Room temperature is 21.1111 degrees C,25,1.2.5 数值显示格式,MATLAB可以使用format命令来改变显示格式，其调用格式为 format 控制参数 其中：控制参数决定显示格式，控制参数如表1-5表示。,26,表1-5 format命令的控制参数,27,小结：文本文件和函数文件的区别 (1)文本文件是一串指令的集合，

13、没有输入输出参数；函数文件第一行是由function开头的，且有函数名和输入形式参数与输出形式参数，即函数文件需要输入变量，返回输出变量。 (2)文本文件在MATLAB的提示符下直接键入文本文件名；函数文件在一般情况下不能单独键入函数文件名来运行，它必须由其它语句来调用。 (3)文本文件在工作空间中运算的变量为全局变量；函数文件中定义的变量为局部变量，它只在函数内有效。,28,1.3 MATLAB的控制语句,MATLAB是一个功能极强的高度集成化程序设计语言，它具备一般程序设计语言的基本语句结构，并且它的功能更强，由它编写出来的程序结构简单，可读性强。和其它高级语言一样，MATLAB也提供了条

14、件转移语句、循环语句等一些常用的控制语句，从而使得MATLAB语言的编程显得十分灵活。,29,1.3.1 循环语句,在实际计算中，经常会遇到许多有规律的重复计算，此时就要根据循环条件对某些语句重复执行。MATLAB中可以使用两种循环语句： for语句和while语句,30,for循环语句,for语句的基本格式为： for 循环变量表达式1：表达式3：表达式2 循环语句组 end 其中，循环变量可以取做任何MATLAB变量。首先将循环变量的初值赋成表达式1的值，判断若循环变量的值介于表达式1和表达式2的值之间，则执行循环体中的语句，否则结束循环语句的执行。执行完一次循环体中的语句之后，则会将循环

15、变量自增一个表达式3的值，然后再判断循环变量是否介于表达式1和表达式2之间，如果满足就再执行循环体语句直至不满足为止。这时将结束循环语句的执行，而继续执行后面的语句。 如果表达式3的值为1，则可省略表达式3。,31,例1-3 求 的值。 解 MABLAB程序如下： %ex1_3.m mysum=0; for i=1:100 mysum=mysum+i; end mysum 运行结果显示： mysun= 5050,32,while循环语句将循环体中的语句循环执行不定次数。其基本格式为： while 表达式 循环体语句 end 其中，表达式一般是由逻辑运算和关系运算组成的，以判断循环的进行和停止。

16、若表达式的值非0（逻辑为真），则执行循环体语句；执行后再判断表达式是否仍然成立，若不成立，则跳出循环，向下继续执行。,While 循环语句,33,例：用while循环语句求1100间整数的和。 sum=0; i=1; while i=100 sum=sum+i; i=i+1; end sum 运行结果显示： sum = 5050,34,MATLAB提供的循环语句for和while是允许多级嵌套的，而且它们之间也允许相互嵌套，这和C语言等高级程序设计语言是一致的。,35,1.3.2 程序流控制语句,在程序设计语言中，经常会遇到提前终止循环、跳出子程序、显示执行过程等，此时就要用到以下控制程序流命

17、令。 1. echo命令：显示其后执行的M文件的指令。 一般来说当一个M文件运行时，文件中的命令不在屏幕上显示出来；而利用echo命令可以使M文件在运行时把其中的命令显示在工作空间中，这对于调试、演示等很有用。,36,程序流控制语句,2. break命令: 中断for, while循环语句的执行、强行跳出，在嵌套循环结构中， 当满足某种条件时，break从最里层循环退出。可防止死循环。（跳一层） 3. continue命令：中断for, while循环语句的执行，进行下一次循环判断。（跳一次） 4. pause命令: 暂停，等待用户响应。可令M文件执行暂停，并在按任一键后继续执行。 5. re

18、turn命令：返回调用它的函数处继续运行。,37,1.3.3 条件转移语句,MATLAB提供的条件转移语句是由if引导的，其基本格式分为以下几种： 1、if 条件式 条件块语句组 end 其中， 条件式一般是由逻辑运算和关系运算组成的。当给出的条件式成立时，则执行该条件块结构中的语句内容，执行完之后继续向下执行，若条件不成立，则跳出条件块而直接向下执行。,38,例1-4：求满足 的最小m值。 解：MATLAB程序如下： %ex1_4.m mysum=0; for m=1:1000 mysum=mysum+m; if mysum1000 break; end end m 运行结果显示： m= 4

19、5,39,2、 if 表达式 语句1 else 语句2 end 其中，表达式一般是 由逻辑运算和关系运 算式组成的。,40,3、多分支结构 if 表达式1 语句1 elseif 表达式2 语句2 elseif 表达式3 语句3 else 语句n end,41,例：写赋值程序： for i=1:5 x=input(please input x=); if x=1 y=10 elseif x-1 trigname=input(Input trig functions name:) switch trigname case sin plot(t,sin(t) case cos plot(t,cos(

20、t) otherwise break %终止，跳出switch语句 end,注意, 这里使用了break命令，其作用就是中止并跳出上一级的过程。,44,.4 MATLAB的绘图功能,MATLAB被控制界广泛接受的另一个重要原因是，它提供了十分方便的一系列绘图命令。例如，线性坐标、对数坐标、半对数坐标及极坐标等命令，它还允许用户同时打开若干图形窗口，对图形标注文字说明等，它使得图形绘制和处理等复杂工作变得简单得令人难以置信。,45,1.4.1 二维图形,1基本形式 MATLAB最基本的绘图函数为plot( )。 如果y是一个n 维向量，那么plot(y)绘制一个y元素和y元素排列序号1，2，,

21、n之间关系的线性坐标图。例如 y=0 0.48 0.84 1 0.91 0.6 0.14; plot(y) 则显示如图1-2所示曲线。,46,如果x和y是两个等长向量，那么 plot(x,y) 将绘制一条x和y的之间关系的线性坐标图。例如 x=0:0.1:2*pi; y=sin(x);plot(x,y) 则显示如图1-3所示曲线。,图1-2 图1-3,47,2多重线型,在同一图形中可以绘制多重线型，基本命令格式为 plot(x1,y1,x2,y2,xn,yn) 以上命令可将x1对y1，x2对y2,xn对yn的图形绘制在一个图形中，而且分别采用不同的颜色或线型。例如以下命令可显示如图1-4所示曲线。,48,图1-4,x=0:0.1:2*pi;plot(x,sin(x),x,cos(x),