Simulink建模与仿真（5）-Simulink使用基础（M文件与MATLAB函数）

mengmianren

分享一个系列，关于Simulink建模与仿真，尽量整理成体系

M文件编辑器

“工欲善其事，必先利其器。”用户应首先熟悉一下最经常使用的M文件编辑器(M File Editor)。M文件编辑器不仅仅是一个文字编辑器，它还具有一定的程序调试功能，虽然没有像VC、BC那样强大的调试能力，但对于调试一般不过于复杂的MATLAB程序已经足够了。

在MATLAB命令行下输入：
>>edit
则弹出如下图所示的M文件编辑器窗口。



1. 编辑功能

(1) 选择：与通常鼠标选择方法类似，但这样做其实并不方便。如果习惯了，使用Shift+箭头键是一种更为方便的方法，熟练后根本就不需要再看键盘。

(2) 拷贝粘贴：没有比Ctrl+C、Ctrl+V键更方便的了，相信使用过Windows的人一定知道。

(3) 寻找替代：寻找字符串时用Ctrl+F键显然比用鼠标点击菜单方便。

(4) 查看函数：阅读大的程序常需要看看都有哪些函数并跳到感兴趣的函数位置，M文件编辑器没有为用户提供像VC或者BC那样全方位的程序浏览器，却提供了一个简单的函数查找快捷按钮，单击该按钮，会列出该M文件所有的函数。

(5) 注释：如果用户已经有了很长时间的编程经验而仍然使用Shift+5来输入%号，一定体会过其中的痛苦（忘了切换输入法状态时，就会变成中文字符集的百分号）。

(6) 缩进：良好的缩进格式为用户提供了清晰的程序结构。编程时应该使用不同的缩进量，以使程序显得错落有致。增加缩进量用Ctrl+]键，减少缩进量用Ctrl+[ 键。当一大段程序比较乱的时候，使用smartindent (聪明的缩进，快捷键Ctrl+I)也是一种很好的选择。

2. 调试功能

M程序调试器的热键设置和VC的设置有些类似，如果用户有其它语言的编程调试经验，则调试M程序显得相当简单。因为它没有指针的概念，这样就避免了一大类难以查找的错误。不过M程序可能会经常出现索引错误，如果设置了stop if error(Breakpoints菜单下)，则程序的执行会停在出错的位置，并在MATLAB命令行窗口显示出错信息。下面列出了一些常用的调试方法。

(1) 设置或清除断点：使用快捷键F12。

(2) 执行：使用快捷键F5。

(3) 单步执行：使用快捷键F10。

(4) step in：当遇见函数时，进入函数内部，使用快捷键F11。

(5) step out：执行流程跳出函数，使 用 快 捷 键Shift+F11。

(6) 执行到光标所在位置：非常遗憾这项功能没有快捷键，只能使用菜单来完成这样的功能。

(7) 观察变量或表达式的值：将鼠标放在要观察的变量上停留片刻，就会显示出变量的值，当矩阵太大时，只显示矩阵的维数。

(8) 退出调试模式：没有设置快捷键，使用菜单或者快捷按钮来完成。

MATLAB语言的语法

1. 注释

MATLAB中用百分号%表示其后为程序注释(实际上在前面已经碰到了这样的注释)。编写M程序和编写其它程序一样应该养成良好的程序注释习惯。除了程序间的注释，编写M文件时还应该在文件头说明该程序的功能和使用方法，使用Help命令看到的帮助信息正是这些在文件头的注释。

2. 赋值语句

在MATLAB中，赋值语句的基本语法结构为
variablename=value;
3. 逻辑表达式

在MATLAB中，逻辑表达式的基本语法结构为:
logicalvalue＝variable1 关系运算符 varialble2;
logicalvalue＝logical expression 1 逻辑运算符 logical expression 2；
其中关系运算符有= =(等于)、～＝(不等于)、>(大于)、<(小于)、>=(不小于)、<=(不大于)等。逻辑运算符有&(逻辑与)、|(逻辑或)和~(逻辑非)等。

4. 条件控制语句

MATLAB中由if语句进行判断，其基本语法结构为:
if 逻辑表达式   语句集合end
在if与逻辑表达式之间必须有一个空格；当逻辑表达式值为真时，执行语句集合中的语句；这里语句集合可以是MATLAB中的单独命令，也可以是由逗号、分号隔开的语句集合或return语句。

对于简单的语句也可以写成下面的形式：
if 逻辑表达式，语句集合，end
此外，if语句还可以与elseif、else组合成更为复杂的控制语句，其语法格式如下：
if 逻辑表达式   语句集合1else   语句集合2end
5. 循环语句

MATLAB中实现循环的语句有两种：for语句与while语句，以实现某些语句的循环执行。for语句语法格式如下：
for 变量=表达式   语句集合end
MATLAB脚本文件与M函数

MATLAB中有两种M文件：一种称为脚本文件（类似于批处理语句），另一种是M函数（类似于函数的概念）。

1. 脚本文件

脚本文件是由一系列MATLAB的命令、内置函数以及M文件等构成的文件，它可以由一般的编辑器进行编制，其结果保存在相应的M文件中。M脚本文件的实质为命令的集合，在MATLAB中执行M脚本文件时，MATLAB从文件中读取命令执行，完成用户的工作。

一般习惯于使用MATLAB的编辑器编制M文件。打开MATLAB编辑器，新建M脚本文件，保存时系统会自动将文件保存成*.m文件。然后便可以在MATLAB命令窗口或其它M文件中使用。其特点是按照脚本中语句的顺序执行，生成的变量放在当前的工作区之中（如果从命令行运行，则放在基本工作区）。

【例1】 编写一个M文件绘制函数



在区间中的图形。

解：在MATLAB命令行下输入edit命令以打开M文件编辑器，输入以下程序：
x=-6:0.1:6;      % 设定自变量x的取值范围leng=length(x);    % 计算向量x的长度for m=1:leng       % 计算函数值if x(m)<=0     % 判断x取值所在范围        y(m)=sin(x(m));  % 计算分段函数值    elseif x(m)<=3        y(m)=x(m);       % 计算分段函数值else        y(m)=-x(m)+6;    % 计算分段函数值endend% 绘制函数曲线plot(x,y, '*')grid
将其存盘为 demomfile1.m（该文件就是一个MATLAB脚本文件），然后在MATLAB命令行下输入：
>>demomfile1
则生成如下图2.7所示的函数曲线。



本例目的在于说明M脚本文件的编写技术，以及如何使用前面所讲述的MATLAB语言的条件判断与循环语句。由此可见使用MATLAB语言进行程序设计简单而又快速。

2. M函数

MATLAB的函数与脚本不同，M函数的第一行为关键字function，函数第一次执行时将生成内存代码，生成的变量放在函数的工作区。在MATLAB中有大量的内置函数及大量的工具箱函数，使用它们可以完成大部分的工作；但由于不同的用户有不同的需要，MATLAB允许用户开发自己的专用或通用函数，以扩展MATLAB的函数应用。这里仅简单介绍一下M函数的编制与使用方法。这对理解后面的S-函数有很重要的作用。

(1) M函数的第一行必须包含function，普通的M文件没有这种要求。

(2) 在function后面必须声明函数名、输入变量（输入参数）与输出变量（输出参数），如function outvar=function_name(inputvar)。

(3) M函数可以有零个、一个或多个输入或输出。

(4) M函数的调用方式为：outvar=function_name(inputvar)。

(5) M函数文件名须和函数名function_name相同，调用时函数的输入与输出变量名称不需要和函数定义中的变量相同。

(6) M函数的注释用%开始的行表示，help function_name 显示的是紧接第一行之后的注释。

MATLAB允许将多个函数写在同一个M文件中，其中第一个函数是M文件的主函数，M文件名必须为主函数的名字。其余的函数均为子函数，并受到其它函数的调用。因此，用户可以书写具有模块化特色的MATLAB函数，但是要注意以下几点：

(1) 所有的子函数只能在同一M文件下调用。

(2) 每个子函数都有自己单独的工作区，必须由调用函数传递合适的参数。

(3) 当子函数调用结束后，子函数的工作区将被清空。

【例2】 编写一个通用的M函数求取【例1】中函数在任意点的值，并绘制函数在区间中的图形。

解：(1) 编写函数demofun并将其存储在同名M文件 demofun.m 中。
function y=demofun(x) % M函数定义leng=length(x);       % 计算向量x的长度for m=1:leng          % 计算函数值if x(m)<=0           % 判断x取值所在范围        y(m)=sin(x(m));  % 计算分段函数值elseif x(m)<=3        y(m)=x(m);       % 计算分段函数值else        y(m)=-x(m)+6;    % 计算分段函数值endend
(2) 编写M脚本文件demofile2.m，绘制函数曲线或在命令行下输入下列命令：
x=-6:0.1:6;      % 设定x的取值范围y=demofun(x);    % 调用函数demofun.m求值plot(x,y), grid; % 输出图形


结果如上图所示，可以看到与【例1】输出图形一致。

M函数可以较好地将具有一定功能的脚本文件进行封装，这样有利于程序的阅读与修改。这时可以在MATLAB命令窗口中显示工作区中的变量，输入以下命令：
>>whos
可以看到输出结果如下。