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1、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(EditorDebugger)来创建的。图5.1 M文件编辑/调试器窗口单击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，【例5.1】为M脚本文件，【例5.2】为M函数文件。【例5.1】用M脚。

2、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(1-0.32)*exp(-0.3*x).*sin(sqrt(1-0.32)*x+acos(0.3)plot(x,y1,r) 【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% copyright 2003-08-01x=0:0.1:20;y=。

3、1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta2)*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 Ex0502EX0502 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。

4、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。

5、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(1-0.32)*exp(-0.3*x).*sin(sqrt(1-0.32)*x+acos(0.3)plot(x,y1,r) %画阻尼系数为0.3的曲线hold ony2=1-1/sqrt(1-0.7072)*exp(-0.707*x).*sin(sqrt(1-0.7072)*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的曲线图5。

6、.2 运行界面(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 Classx 1x201 1608 double arrayy1 1x201 1608 double arrayy2 1x201 1608 double arrayy3 1x201 1608 double arrayGrand 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： fun。

7、ction 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；(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)%EX050。

8、2画二阶系统时域曲线x=0:0.1:20;y=1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta2)*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：x? Undefined function or variable x.y? Undefined function o。

9、r 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=1:2:100sum=sum+n;endsum sum =2500 计算的结果为：。

10、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;endsum sum =111111 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。

11、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 n0)&(zeta *Inner matrix dimensions must agree. 程序分析：试探出矩阵的大小不匹配时，矩阵无法相乘，则再执行catch后面的语句段，将a的子矩阵取出与b矩阵相乘。可以通过这种结构灵活地实现矩阵的乘法运算。5.2.6流程控制语句1. brea。

12、k命令break命令可以使包含break的最内层的for或while语句强制终止，立即跳出该结构，执行end后面的命令，break命令一般和If结构结合使用。【例5.9】将【例5.5】增加条件用If与break命令结合，停止while循环。计算1+3+5.+100 的值，当和大于1000时终止计算。% EX0509 用break终止while循环sum=0;n=1;while n ex0514Too many input arguments.也可以在工作空间查看函数体定义的输入参数个数：nargin(Ex0514)ans =2【例5.14续】添加以下程序，查看用nargout变量获取输出参数个。

13、数。if nargout=0%当输出参数个数为0时，运算结果为0sum=0;end在命令窗口调用Ex0514函数，当输出参数格式不同时，结果如下：Ex0514(2,3) %当输出参数个数为0时 ans =0 y=Ex0514(2,3) %当输出参数个数为1时 y =5 y,n,x=Ex0514%当输出参数个数为太多时 ? Error using = ex0514Too many output arguments. 程序分析：当输出参数个数为0时，即使有两个输入参数，运算结果也为0，结果送给ans变量；当输出的参数个数太多，也会出错。(2) varargin和varargout变量varargi。

14、n和varargout可以获得输入输出变量的各元素内容。【例5.15】计算所有输入变量的和。function y,n=Ex0515(varargin)% EX0515 使用可变参数vararginif nargin=0%当没有输入变量时输出0disp(No Input variables.)y=0;elseif nargin=1 %当一个输入变量时，输出该数y=varargin1;else n=nargin;y=0;for m=1:ny=vararginm+y;%当有多个输入变量时，取输入变量循环相加endendn=nargin; 在MATLAB的命令窗口中输入不同个数的变量调用函数Ex051。

15、5，结果如下：y,n=Ex0515(1,2,3,4)%输入4个参数 y =10n =4 y,n=Ex0515(1) %输入1个参数 y =1n =1 y,n=Ex0515%无输入参数 No Input variables.y =0n =0 程序分析：n为输入参数的个数；y为求和运算的结果。5.3.4程序举例【例5.16】根据阻尼系数绘制不同二阶系统的时域响应，当欠阻尼时，当临界阻尼时，当过阻尼时。M文件的程序代码如下：function y=Ex0516(z1)% EX0516 主函数调用子函数，根据阻尼系数绘制二阶系统时域曲线t=0:0.1:20;if (z1=0)&(z1=0)&(z11)y。

16、=feval(h_plotxy1,z1,t); %执行函数elseif z1=1y=feval(h_plotxy2,z1,t); %执行函数elsey=feval(h_plotxy3,z1,t); %执行函数endfunction y1=plotxy1(zeta,x)%画欠阻尼二阶系统时域曲线y1=1-1/sqrt(1-zeta2)*exp(-zeta*x).*sin(sqrt(1-zeta2)*x+acos(zeta);plot(x,y1)function y2=plotxy2(zeta,x)%画临界阻尼二阶系统时域曲线y2=1-exp(-x).*(1+x);plot(x,y2)functi。

17、on y3=plotxy3(zeta,x)%画过阻尼二阶系统时域曲线y3=1-1/(2*sqrt(zeta2-1)*(exp(-(zeta-sqrt(zeta2-1)*x)./(zeta-sqrt(zeta2-1).-exp(-(zeta+sqrt(zeta2-1)*x)./(zeta+sqrt(zeta2-1);plot(x,y3)程序分析：在主函数中使用函数句柄执行各子函数，运行的结果与【例5.17】相同。在MATLAB的命令窗口调用该Ex0521函数有三种格式：(1) 用feval命令利用函数句柄执行h_Ex0521=str2func(Ex0521) h_Ex0521 = Ex0521 。

18、y=feval(h_Ex0521,1); h_plotxy1 = plotxy1h_plotxy2 = plotxy2h_plotxy3 = plotxy3(2) 用feval命令利用函数名执行y=feval(Ex0521,1); (3) 直接调用函数y=Ex0521(1);5.7利用泛函命令进行数值分析在MATLAB中，所有以函数为输入变量的命令，都称为泛函命令。常见语法：输出变量列表=函数名(h_fun,输入变量列表)输出变量列表=函数名(funname,输入变量列表)说明：h_fun是要被执行的M函数文件的句柄，或者是内联函数和字符串；funname是M函数文件名。5.7.1求极小值1.。

19、 fminbnd函数fminbnd函数用来计算单变量非线性函数的最小值。语法：x,y=fminbnd(h_fun,x1,x2,options)x,y=fminbnd(funname,x1,x2,options)说明：h_fun是函数句柄，funname是函数名，必须是单值非线性函数；options是用来控制算法的参数向量，默认值为0可省略；x是fun函数在区间x1xx2上的局部最小值的发生点；y是对应的最小值。【例5.22】用fminbnd求解humps函数的极小值。x,y=fminbnd(humps,0.5,0.8) %求在0.50.8之间极小值 x =0.6370y =11.2528 程序。

20、分析：humps函数是MATLAB提供的M文件，保存为humps.m文件，humps 表示humps函数的句柄，humps的曲线如图5.7所示，最小值为图中的圆点(0.6370，11.2528)，误差小于10-4。图5.7 求humps函数最小值2. fminsearch函数fminsearch函数是求多变量无束缚非线性最小值。语法：x=fminsearch(h_fun,x0)x=fminsearch(funname,x0)说明：x0是最小值点的初始猜测值。【例5.23】求著名的Banana测试函数f(x,y)=100(y-x2)2+(1-x)2的最小值，它的理论最小值是x=1，y=1。该测试函数有一片浅谷，很多算法都难以逾越。fn=inline(100*(x(2)-x(1)2)2+(1-x(1)2 ,x) %用inline产生内联函数,x和y用二元数组表示 fn =Inline function:fn(x) = 100*(x(2)-x(1)2)2+(1-x(1)2 y=fminsearch(fn,0.5,-1) %从(0.5,-1)为初始值开始搜索求最小值 y =1。