第三章-Matlab軟件的程序設計

1 第三章之Matlab軟件的程序設計 2 概述 主要介紹如下幾個方面的內容 1 M文件的功能和特點 2 編制M文件和M函數(shù)文件的基本方法和重要步驟 3 Matlab軟件中流程的控制方法 語句格式和應用方法 4 典型編程實例的分析與講解 5 導入與導出數(shù)據(jù)的基本方法 經過本章的學習 讀者將能夠較為容易地使用Matlab語言編程 同時 也為以后各章的深入學習和理解打下基礎 3 3 1M文件介紹 從形式上講 Matlab程序文件是一個ASCII碼文件 標準的文本文件 擴展名為 m 它包括了Matlab語言代碼 因此被稱為M文件 從特征上講 Matlab與Basic語言一樣 都是解釋性編程語言 從功能上講 M文件大大擴展了Matlab的能力 Mathworks公司推出的一系列工具箱 Toolbox 就是明證 4 求解三元函數(shù)的極值舉例 functionf solve 1 v 求解三元函數(shù)的極值x v 1 y v 2 z v 3 首先定義起始點 x y zf x 2 2 5 sin y z 2 x 2 y 2 v 0 6 1 2 0 135 a fminsearch solve 1 v f a 1 2 2 5 sin a 2 a 3 2 a 2 2 a 1 2 5 M函數(shù)文件的構成與特點 圓周率 函數(shù)定義行 Functiondefineline 函數(shù)定義行 它表明該M文件包含一個函數(shù) 并且定義函數(shù)名 輸入和輸出參數(shù) 本例的第一句為 functionf solve 1 v 就是函數(shù)solve 1的定義行 其中function為關鍵字 f為輸出參數(shù) solve 1為函數(shù)名 v為輸入?yún)?shù) 6 H1行 H1Line 顧名思義 H1行就是指幫助信息的第 行 在文件中的位置是第二行 這一行應該反映該M文件概括性的信息 是該M文件非常重要的信息 在Matlab命令窗口中鍵入lookfor 查找 命令語句時 便搜索和顯示該行內容 7 幫助正文 HelpText 從H1行到第一個非注釋性之間的注釋為幫助正文 對文件查詢幫助信息時 將顯示H1行和幫助正文 例如 在Matlab命令窗口中鍵入以下語句 helpsolve 1屏幕上顯示為 求解三元函數(shù)的極值首先定義起始點 x y z 8 函數(shù)體 FunctionBody 函數(shù)體包含了所有執(zhí)行計算和賦值輸出參數(shù)的Matlab代碼 它可以是調用函數(shù) 流程控制 交互式輸入 輸出 計算 賦值 注釋等內容 9 注釋 Comments 注釋語句以百分號 開頭 它可以出現(xiàn)在M文件的任何地方 用戶也可以在一行代碼的后面加注解語句 10 M函數(shù)文件的命名規(guī)則 1 Matlab對函數(shù)名的限制和對變量名的限制相同 Matlab只識別名字的前31個字符 2 函數(shù)名必須以字母開頭 其余的字符可以是字母 數(shù)字和下劃線 有些操作系統(tǒng)可能會限制函數(shù)名的長度 3 函數(shù)的文件名一般應該與函數(shù)名相同 即由函數(shù)名加上后綴 m 組成 4 當函數(shù)的文件名和函數(shù)定義行的函數(shù)名不一樣時 Matlab將忽略函數(shù)名而確認文件名 不過最好將它們統(tǒng)一 以免出錯 11 3 2Matlab的流程控制語句 在Matlab里面一共有8種流程控制語句 1 if語句 條件選擇結構 其關鍵字包括if else和elseif 2 switch語句 也是條件選擇結構 其關鍵字包括switch case和otherwise 3 while語句 循環(huán)執(zhí)行 組語句 執(zhí)行次數(shù)不確定 而是決定于一些邏輯條件 4 for語句 循環(huán)執(zhí)行一組語句 執(zhí)行次數(shù)確定 5 continue語句 直接進行下一次循環(huán) 不執(zhí)行本次循環(huán)體余下的語句 6 break語句 結束循環(huán) 7 try和catch語句 運行過程中遇到錯誤則改變流程控制 8 return語句 中斷當前函數(shù)的運行 返回到上級調用函數(shù) 12 if語句 if語句 if else end 用于選擇結構 最簡單的調用格式為 ifexpressionstatementselseifexpressionstatementselsestatementsend 13 for循環(huán)語句 for語句 般用于循環(huán)次數(shù)確定的循環(huán)結構 它的調用格式如下 forvariable expr statement statementendforindex start incresement endstatementend 14 while循環(huán)語句 while一般用于事先不能確定循環(huán)次數(shù)的循環(huán)結構 它將循環(huán)到控制表達式為真時 它的調用格式為 whileexpressionstatementsend 15 switch case結構 switch case結構的使用格式為 switchswitch exprcasecase expr statement statementcase case expr1 case expr2 case expr3 statement statement otherwise statement statementend 16 編程提醒 1 計算過程中 當有些中間變量 或不重要的變量 的值我們不想顯示時 就在命令后面加上分號 來禁止顯示 2 多條命令可以寫在同一行 只需要用逗號或分號將它們隔開 3 有時某些命令或者數(shù)據(jù)在一行不能全部顯示 或者是為了形式上的美觀 我們可以在必要的地方加上續(xù)行符 當然一個數(shù)字或者字符串 變量名或者函數(shù)名等 不能斷成兩行 4 有時在我們編寫的程序中 需要加上某些注釋或者文檔 一般是便于閱讀程序 只需在文檔前面加上注釋符 即可 注意一點的是 新的注釋行前不能用續(xù)行符 只能用注釋符 17 舉例1 繪制磁路的電感曲線 18 19 程序 clear clc close mu0 pi 4 e 7 真空磁導率Ac 9e 4 鐵心橫截面面積Ag 9e 4 空氣隙橫截面面積lc 0 3 鐵心平均長度N 500 鐵心線圈匝數(shù)mur 7e4 鐵心相對磁導率Rc lc mur mu0 Ac 鐵心磁阻forn 1 101g n 0 01 n 1 0 01 Rg n g n mu0 Ag Rtot Rg n Rc L n N 2 Rtot endplot g L ylabel 磁路電感L H xlabel 空氣隙長度g cm title 磁路的電感隨著空氣隙長度變化的函數(shù)曲線 20 21 舉例2繪制電機機械轉矩與轉速函數(shù)曲線 一臺三相感應電動機 參數(shù)分別為 230V 60Hz 12kW 4極繞線式轉子 定子有效電阻R1 0 095 定子漏電抗X1 0 680 轉子漏電抗X2 0 672 磁化電抗X2 18 7 在轉子有效電阻R2 0 1 0 2 0 5 1 0 1 5和2時 利用Matlab軟件繪制電機的機械轉矩Tmech作以r min為單位的轉子轉速的函數(shù)時的變化曲線 22 clear clc close V1 230 sqrt 3 nph 3 poles 4 fe 60 R1 0 095 X1 0 680 X2 0 672 Xm 18 7 omegas 4 pi fe poles ns 120 fe poles Z1eq j Xm R1 j X1 R1 j X1 Xm R1eq real Z1eq X1eq imag Z1eq Vleq abs V1 j Xm R1 j X1 Xm 轉子電阻的影響R2form 1 6ifm 1R2 0 1 elseifm 2 23 R2 0 2 elseifm 3R2 0 5 elseifm 4R2 1 0 elseifm 5R2 1 5 elseifm 6R2 2 end 轉差率s的影響forn 1 200s n n 200 rpm n ns 1 s n 24 I2 abs Vleq Z1eq j X2 R2 s n Tmech n nph I2 2 R2 s n omegas end 繪制曲線plot rpm Tmech ifm 1holdendendholdxlabel 轉速r rpm ylabel 機械轉矩Tmech N title 電機的機械轉矩Tmech作以r min為單位的轉子轉速的函數(shù)時變化曲線 在Matlab命令窗口中鍵入下面的命令語句 25 26 Matlab工具箱的查看方法 放入一個目錄中的為某種目的專門編寫的一組Matlab函數(shù)就可以組成一個工具箱 從某種意義上說 任何一個Matlab語言的使用者都可以是工具箱的作者 在一個工具箱中 應該有一個名為contents m的文件 用來描述工具箱中所有Matlab函數(shù)的名稱和意義 在該文件中第一行應該給出該工具箱的名稱 在最后一行中給出該工具箱的版本與修改時間等信息 然后分類給出該工具箱中各類函數(shù)的最基本功能 27 舉例 察看work目錄下的內容 鍵入以下命令語句 typecontents m或者typecontents解釋 便會看到 work目錄下的所有用來描述工具箱中所有Matlab函數(shù)的名稱和意義 28 舉例 察看D Matlab6p5 toolbox matlab elfun目錄下的