2014春季學(xué)期-matlab語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用控制系統(tǒng)cad lesson

1、Matlab語(yǔ)言與控制系統(tǒng)CAD任課教師：鄔樹(shù)楠大連理工大學(xué)航空航天學(xué)院工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Lesson 3Previously on Lesson 3 （1）Matlab的M文件 （2） Matlab命令的執(zhí)行方式 交互式的命令執(zhí)行方式在命令窗口中逐條輸入命令，Matlab逐條進(jìn)行解釋、執(zhí)行；但執(zhí)行過(guò)程不能保留。M文件的程序執(zhí)行方式將命令編寫(xiě)成程序，存儲(chǔ)在文件中(即M文件)，當(dāng)運(yùn)行該程序后，Matlab會(huì)自動(dòng)執(zhí)行文件中的命令。M文件的建立： （1）菜單項(xiàng)File New M-File； （2）在命令窗口中輸入edit； （3）工具欄上的 New M-FileM文件的打開(kāi)與保存： （

2、1）菜單項(xiàng)File Open M文件名； （2）在命令窗口中輸入edit M文件名； （3）工具欄上的 Open file （4）File Save or Save asM文件的分類(lèi)： M文件有兩種即腳本文件/命令文件(Script File)和函數(shù)文件(Function File)。 主要區(qū)別為： 腳本文件通常為一連串指令，沒(méi)有函數(shù)聲明行，無(wú)輸入和輸出參數(shù)；函數(shù)文件可以帶有輸入?yún)?shù)，也可返回輸出參數(shù)； 腳本運(yùn)行過(guò)程所產(chǎn)生的變量都是全局變量，都駐留在Matlab工作空間內(nèi)，只要不關(guān)閉Matlab ，不使用清內(nèi)存的clear命令，變量將一直保存。 函數(shù)文件中定義的變量為局部變量，函數(shù)被調(diào)用時(shí)，M

3、atlab會(huì)為它開(kāi)辟一個(gè)專(zhuān)用的臨時(shí)工作空間，用來(lái)存放中間變量，當(dāng)執(zhí)行完函數(shù)文件的最后一條命令時(shí)就結(jié)束該函數(shù)的運(yùn)行，返回函數(shù)的輸出，同時(shí)將臨時(shí)工作空間清空； 腳本文件可以直接運(yùn)行，在Matlab命令窗口中輸入文件的名字；而函數(shù)文件不能直接運(yùn)行，而要以函數(shù)調(diào)用的方式調(diào)用它。 對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，函數(shù)文件可以看做一個(gè)黑盒，提供輸入，得到輸出。因此易于程序模塊化，適用于大型程序代碼編制。 函數(shù)文件： 函數(shù)文件(Function File)是Matlab中一種重要且常用的文件，有函數(shù)聲明行、輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)，以“function”引導(dǎo)。 函數(shù)文件的聲明結(jié)構(gòu)為： function 輸出參數(shù)=函數(shù)名(輸入?yún)?shù))

4、注釋說(shuō)明部分 函數(shù)體語(yǔ)句 return function 輸出參數(shù)=函數(shù)名(輸入?yún)?shù)) 注釋說(shuō)明部分 函數(shù)體語(yǔ)句 return(1)引導(dǎo)行，表明該M文件是函數(shù)文件；(2)等號(hào)右側(cè)是函數(shù)接收的輸入?yún)?shù)，多個(gè)參數(shù)間用“,”分隔，并用 “( )”括起來(lái)；等號(hào)左側(cè)是函數(shù)運(yùn)算的結(jié)果，多個(gè)參數(shù)間用“,”分隔，并用“ ”括起來(lái)。(3)函數(shù)名是函數(shù)的名稱(chēng)，當(dāng)函數(shù)文件名與函數(shù)名不一致時(shí)，Matlab調(diào)用時(shí)將使用函數(shù)文件名。 function 輸出參數(shù)=函數(shù)名(輸入?yún)?shù)) 注釋說(shuō)明部分 函數(shù)體語(yǔ)句 return(1)緊隨引導(dǎo)行之后以%開(kāi)頭，第一行一般包括函數(shù)文件名和函數(shù)功能簡(jiǎn)要描述；(2)連續(xù)注釋行，包括函數(shù)輸入

5、輸出參數(shù)的含義以及調(diào)用格式說(shuō)明等，構(gòu)成在線(xiàn)幫助文本；(3)最后的注釋行，包括函數(shù)文件編寫(xiě)的信息、版本、日期等，用于軟件的檔案管理。 function 輸出參數(shù)=函數(shù)名(輸入?yún)?shù)) 注釋說(shuō)明部分 函數(shù)體語(yǔ)句 return(1)由Matlab的命令構(gòu)成；(2)當(dāng)文件執(zhí)行完最后一條命令或遇到“return”命令時(shí)就結(jié)束函數(shù)文件的運(yùn)行，同時(shí)工作空間的變量會(huì)被清除；也可以不使用return語(yǔ)句。 eg.在文本編輯器中建立函數(shù)文件,求兩點(diǎn)之間的距離： 保存為dist2.m文件： 在文本編輯器中建立如下腳本文件： 點(diǎn)擊文本編輯器中的Run或在命令窗口運(yùn)行fdist2： help dist2：第4章 Matl

6、ab程序設(shè)計(jì)和M文件4.1 Matlab的M文件4.2 Matlab的流程控制4.3 Matlab程序的調(diào)試子函數(shù)和私有函數(shù)： (1)一個(gè)M文件可以包括多個(gè)函數(shù)，其中一個(gè)是主函數(shù)，其它是子函數(shù)。這些子函數(shù)只能被該文件中的其它函數(shù)（主函數(shù)或子函數(shù)）調(diào)用，不能被其它文件調(diào)用; (2)主函數(shù)必須出現(xiàn)在最上方其后可有若干子函數(shù)，子函數(shù)的次序可隨意調(diào)整。主函數(shù)和各子函數(shù)的工作空間都是彼此獨(dú)立的，函數(shù)間信息可通過(guò)輸入?yún)?shù)、返回值、全局變量等傳遞。 (3)私有函數(shù)是主函數(shù)的一種，它只能夠在一個(gè)特定的限定函數(shù)群中可見(jiàn)。私有函數(shù)存放在以專(zhuān)有名稱(chēng)private命名的子目錄下，只是對(duì)其父目錄中的函數(shù)是可見(jiàn)的; (4

7、)當(dāng)M文件中需要調(diào)用某一個(gè)函數(shù)時(shí)，MATLAB是按照以下順序來(lái)搜尋的：檢查此函數(shù)是否是子函數(shù)；檢查此函數(shù)是否為私有目錄的函數(shù)；從所設(shè)定的搜尋路徑搜索此函數(shù)。 (5)搜索過(guò)程中，只要找到與第一個(gè)文件名相符的函數(shù)就會(huì)立即取用而停止搜索。 eg01. 定義一個(gè)函數(shù)文件 function y1=exch(x1,x2) y1=wadd(x3,x4) %subfunction function y2=wadd(xx1,xx2) 主函數(shù)子函數(shù)4.2 Matlab的流程控制Matlab允許程序員根據(jù)某些判決結(jié)構(gòu)來(lái)控制程序的執(zhí)行順序。 三種常用的結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)(選擇結(jié)構(gòu))和循環(huán)結(jié)構(gòu) 程序流程控制語(yǔ)句：

8、循環(huán)控制語(yǔ)句、分支控制語(yǔ)句、其他控制語(yǔ)句、錯(cuò)誤控制語(yǔ)句 順序結(jié)構(gòu) 按照程序中語(yǔ)句的排列順序依次執(zhí)行，直到程序的最后一個(gè)語(yǔ)句。一般涉及數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算處理、數(shù)據(jù)的輸出等內(nèi)容。 輸入：v=input(message) v=input(message,s) %將鍵入的數(shù)值賦給變量v 輸出：disp(輸出項(xiàng)) %既可以為字符串也可以為矩陣 允許輸入字符串 eg02. 求一元二次方程ax2+bx+c=0的根disp(x1=, x(1), x2=, x(2) 運(yùn)行后輸出 暫停：pause(n) pause %按任意鍵后程序繼續(xù)執(zhí)行 Crtl+C %強(qiáng)行終止程序運(yùn)行 分支結(jié)構(gòu)(選擇結(jié)構(gòu)) 分支結(jié)構(gòu)是按照給定

9、的條件成立與否分別執(zhí)行不同的語(yǔ)句。Matlab中的分支結(jié)構(gòu)語(yǔ)句包括：if 語(yǔ)句、switch語(yǔ)句、try語(yǔ)句。 (1) if 語(yǔ)句：?jiǎn)畏种f 語(yǔ)句、雙分支if 語(yǔ)句、 多分支if 語(yǔ)句 單分支if 語(yǔ)句： if 條件 語(yǔ)句組end 單分支if 語(yǔ)句： if 條件 語(yǔ)句組end 當(dāng)條件成立時(shí)，則執(zhí)行語(yǔ)句組，執(zhí)行完之后繼續(xù)執(zhí)行if 語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句；若條件不成立，則直接執(zhí)行if 語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句。 雙分支if 語(yǔ)句： if 條件 語(yǔ)句組1else 語(yǔ)句組2end 當(dāng)條件成立時(shí)，則執(zhí)行語(yǔ)句組1，否則執(zhí)行語(yǔ)句組2；執(zhí)行完之后繼續(xù)執(zhí)行if 語(yǔ)句的后繼語(yǔ)句。 eg03. 計(jì)算分段函數(shù) 或者 多分支if 語(yǔ)句

10、： if 條件 1 語(yǔ)句組1 elseif 條件2 語(yǔ)句組2 elseif 條件m 語(yǔ)句組m else 語(yǔ)句組m+1 end 語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程如圖所示： 嵌套的if 語(yǔ)句：多個(gè)if 語(yǔ)句合在一起 if 條件 1 語(yǔ)句組1 else if 條件2 語(yǔ)句組2else end end多分支語(yǔ)句是elseif多分支語(yǔ)句只有一個(gè)end eg04. A/B/C/D/F分級(jí) grade 95 A 95 grade 86 B 86 grade 76 C 76 grade 66 D 66 grade 0 F 用if 結(jié)構(gòu)進(jìn)行分級(jí)描述： (a) 多分支if 語(yǔ)句結(jié)構(gòu) (b) 嵌套if 結(jié)構(gòu) (a) 多分支if 語(yǔ)句結(jié)

11、構(gòu) (b) 嵌套if 結(jié)構(gòu) 輸出結(jié)果為： (2)switch 語(yǔ)句：switch語(yǔ)句根據(jù)表達(dá)式的取值不同，分別執(zhí)行不同的語(yǔ)句。switch 表達(dá)式case 表達(dá)式1語(yǔ)句組1case 表達(dá)式2語(yǔ)句組2 otherwise 語(yǔ)句組n end switch語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程：求表達(dá)式的值KK=值1？語(yǔ)句組1K=值2？語(yǔ)句組2語(yǔ)句組n是是否 switch語(yǔ)句的下一語(yǔ)句否否 注：switch 子句后的表達(dá)式應(yīng)為標(biāo)量或者字符串，case 子句后面的表達(dá)式為標(biāo)量、字符串、矩陣(數(shù)組)。 若case子句后面的表達(dá)式為一個(gè)矩陣，則表達(dá)式的值等于該矩陣中某個(gè)元素時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的語(yǔ)句。 eg05. 使用switch結(jié)構(gòu)判斷

12、學(xué)生成績(jī)的等級(jí)，90分以上為優(yōu)，8090為良，7080為中，6070為及格，60分以下為不及格。score=input(plz input the score: );s1=fix(score/10); %取十位數(shù)switch s1case 9,10s=優(yōu)case 8s=良case 7s=中case 6s=及格otherwises=不及格end 輸出結(jié)果為： (3) try/catch 錯(cuò)誤控制語(yǔ)句：一種試探性執(zhí)行語(yǔ)句，其格式為： try 語(yǔ)句組1 catch 語(yǔ)句組2 end運(yùn)行程序出現(xiàn)一些不可預(yù)見(jiàn)的運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，可以使用錯(cuò)誤控制結(jié)構(gòu)try/catch來(lái)捕獲和處理錯(cuò)誤，避免程序出錯(cuò)而不能繼續(xù)運(yùn)行

13、。 try/catch 錯(cuò)誤控制語(yǔ)句的執(zhí)行過(guò)程：先試探地執(zhí)行語(yǔ)句段1，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤則將錯(cuò)誤信息賦給保留的laster變量，并放棄語(yǔ)句段1轉(zhuǎn)而執(zhí)行語(yǔ)句段2中的語(yǔ)句；如果語(yǔ)句段2正確則結(jié)束；當(dāng)語(yǔ)句段1和語(yǔ)句段2都錯(cuò)誤，則程序出錯(cuò)。如果語(yǔ)句段1正確則不執(zhí)行語(yǔ)句段2就結(jié)束； eg06. a=1 3 5; c b=1 2 3; c= try 1 6 15 c=a.*b； catch c=a.*b; end循環(huán)結(jié)構(gòu)：按照給定的條件，重復(fù)的執(zhí)行指定的語(yǔ)句。Matlab提供了兩種實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的語(yǔ)句：for語(yǔ)句和while語(yǔ)句。 (1)for 語(yǔ)句for 循環(huán)變量=表達(dá)式1：式2：式3循環(huán)體語(yǔ)句 end 初值終

14、值 for 循環(huán)變量=表達(dá)式1：式2：式3循環(huán)體語(yǔ)句 end 注：(1)通常的通常循環(huán)變量的控制表達(dá)式 為“：”操作，如i=1:10，j=1:2:10等； (2)循環(huán)的次數(shù)即為表達(dá)式的列數(shù)，每 次循環(huán)中循環(huán)變量依次取各列并執(zhí)行 循環(huán)體，直到所有列取完。 for語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程如圖所示：分別求3個(gè)表達(dá)式的值表達(dá)式1的值賦給循環(huán)變量ii在表達(dá)式1的值和表達(dá)式3的值之間？循環(huán)體語(yǔ)句i增加1個(gè)步長(zhǎng)是否 eg07. for語(yǔ)句的循環(huán)變量還可以是一個(gè)列向量，則格式為：for 循環(huán)變量=矩陣表達(dá)式循環(huán)體語(yǔ)句 end 執(zhí)行過(guò)程是依次將矩陣的各列元素賦給循環(huán)變量，然后執(zhí)行循環(huán)體語(yǔ)句，直至各列元素處理完畢。 eg08

15、. 求矩陣各行元素之和 (2)while 語(yǔ)句while 條件 循環(huán)體語(yǔ)句 end 其執(zhí)行過(guò)程為：若條件成立，則執(zhí)行循 環(huán)體語(yǔ)句，執(zhí)行后再判斷條件是否成 立，如果不成立則跳出循環(huán)。P68 圖4.5 eg09. 從鍵盤(pán)輸入若干個(gè)數(shù)，當(dāng)輸入0時(shí)結(jié)束，求這些數(shù)的平均值和它們的和。 輸出結(jié)果為： (3)循環(huán)嵌套：一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體包含另外一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，就被稱(chēng)為循環(huán)的嵌套，或多重循環(huán)結(jié)構(gòu)。 多重循環(huán)的嵌套層數(shù)可以是任意的，處于內(nèi)部的循環(huán)稱(chēng)為內(nèi)循環(huán)，處于外部的循環(huán)稱(chēng)作外循環(huán)，在設(shè)計(jì)多重循環(huán)時(shí)要特別注意內(nèi)、外循環(huán)之間的關(guān)系。 eg10. 尋找1,10000內(nèi)的全部完數(shù)。 循環(huán)1循環(huán)2，求真因子之和判斷是否是完數(shù)輸出結(jié)果：m=6,28,496,8128 (4)其它語(yǔ)句 continue語(yǔ)句用于終止當(dāng)前的循環(huán)操作，并直接跳轉(zhuǎn)到該循環(huán)的開(kāi)始再次執(zhí)行該循環(huán)，continue語(yǔ)句一般與if 語(yǔ)句配合使用。 break語(yǔ)句用于終止一個(gè)循環(huán)操作并立即跳出該循環(huán)，以執(zhí)行該循環(huán)體之后的程序，break一般與if語(yǔ)句結(jié)合使用。 continue語(yǔ)句與break不同的是continue只結(jié)束本次for或while循環(huán)，而繼續(xù)進(jìn)行下次循環(huán)。 eg11.計(jì)算f(x)=ex，當(dāng)f(x)1000時(shí)終止計(jì)算。 4.3 Matlab程序的調(diào)試Matlab在運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)的錯(cuò)誤是語(yǔ)法錯(cuò)誤、運(yùn)行