MATLAB语言的绘图基础.ppt

MATLAB 与控制系统仿真 第5章 MATLAB语言的绘图基础 引言 nMATLAB除了强大的数值分析功能之外，还提供 了功能强大、使用方便的绘图功能。 n只需指定绘图方式，并提供充足的绘图数据， 就可以得到所需的图形。 n可根据需要应用MATLAB的图形修饰功能对图形 进行适当的修饰。 n主要介绍二维图形、三维图形、符号函数及特 殊应用图形的绘制，也对图形修饰作初步介绍 ，并给出示例。 主要内容 n5.1 二维图形的绘制 n5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例 n5.1.2 图形的修饰及示例 n5.1.3 多图的绘制问题 n5.1.4 二维特殊应用图形的绘制 n5.2 三维图形的绘制 n5.2.1 三维图形绘制函数 n5.2.2 三维图形绘制举例 主要内容(续) n5.3 图形的图形化编辑 n5.4 符号函数绘制图形 n5.4.1 符号函数绘制图形的函数及示例 n5.4.2 符号函数的图形化绘制方式 n本章小结 5.1 二维图形的绘制 5.1.1 绘制二维图形的基本函数 n绘制二维曲线的最基本函数plot，它的基本调 用格式为： plot(x,y) n其中x和y为长度相同的向量，分别用于存储x 坐标和y坐标数据。 n注：函数帮助文档导读 n注：演示例1 绘制的图形。 plot函数参数为其它情况时 nx,y是同维矩阵时，则以x,y对应列元素 为横、纵坐标分别绘制曲线，曲线条数 等于矩阵的列数。 n注：演示例2 分析对 应用 作图的结果。 plot函数参数为其它情况时 nx是向量，y是有一维与x同维的矩阵时， 则绘制出多根不同色彩的曲线。曲线条 数等于y矩阵的另一维数，x被作为这些 曲线共同的横坐标。 n注：演示例3 分析程序运行结果。 plot函数参数为其它情况时 n最简单的调用格式 plot(x) n这种调用格式以x为纵坐标，系统根据x向量 的元素序号自动生成从1开始的向量作为横 坐标。 n如果x为复向量时，则plot(x) 相当于 plot(real(x),imag(x)，即以实部为横坐 标，以虚部为纵坐标。 plot函数参数为其它情况时 n注：演示例4 某工厂2000年各月总产值（单位：万元）分别为 22、60、88、95、56、23、9、10、14、81、 56、23，试绘制折线图以显示出该厂总产值的 变化情况。 n注：演示例5 分析所给图形绘制程序结果并与例2作比较。 5.1.2 图形的修饰及示例 nMATLAB给出了图形属性进行设置的参数 ，便于进行修饰。这些修饰主要包括： n对线型的修饰 n对点类型的设置 n对曲线颜色的设置 n特殊字符的添加 n文字标注 n坐标的设置等。 图形参数的设置 曲线颜色曲线线型数据点形 选项意义选项意义选项意义 bBlue，蓝色实线(默认)实点 cCyan，青色：点线十字形 gGreen，绿色点划线o圆圈 kBlack，黑色虚线*星号 mMagenta红紫色叉号 rRed，红色s正方形 wWhite，白色 d菱形 yYellow，黄色h六角形 p五角形 下三角 上三角 右三角 左三角 图形参数的设置 n注：演示例6 用不同的修饰方式画出和曲线 图形坐标轴手工设置 nplot函数根据坐标参数自动确定坐标轴 的范围。 n可根据需要用坐标控制命令axis控制坐 标的特性，基本用法为： axis(xmin xmax ymin ymax) %设定横坐标与纵坐标的起始与终止值 n注：查找axis帮助文档，了解更多用法 。 图形坐标轴手工设置 n注：演示例7 比较两个程序的不同结果。 坐标背景网络手工设置 n坐标背景网络可用grid命令设置 n其基本用法 ngrid on %显示网格线 ngrid off %去除网格线 ngrid %切换有无网格的状态 n注：演示例8 为例1的图形加上网络线。 坐标框手工设置 n坐标框的设置，其基本用法： nbox on %添加坐标边界 nbox off %去除坐标边界 nbox %切换有无坐标边界的状态 n坐标框的设置与grid类似，可依照上例 练习。 图形标注的添加 n图形的标注，可以分为图名标注、坐标轴标注 、图例标注和文字注释。 n图名标注：title(string) n坐标轴标注：xlabel(string)， ylabel(string)为横纵坐标添加标注。 n图例标注： legend(string1,string2,.)命令的 不同形式为图形添加图例。 n文字注释：text(x,y,string)在图形坐 标（x,y）处书写注释。 图形标注所用特殊字符 alpha geq betaneq gammaequiv delta approx omega leq zeta leftarrow etauparrow lambdadownarrow xirightarrow pi 对字体大小、风格等进行设置 n允许用户对字体大小、风格等进行设置。如： n通过“fontnamefontname”进行字体名 称的设置 n通过“fontsizefontsize ”进行字体大 小的设置 n通过“bf”（表示黑体） ，“it ”（表 示斜体），“rm”（表示正体）等设置字 体风格 n通过string、_string设置 “string”为上标或下标格式。 图形标注的添加示例 n注：演示例9 对例1图形进行适当标注。 图形标注的添加 n可通过曲线的LineStyle，LineWidth, Marker，MarkerEdgeColor, MarkerFaceColor, MarkerSize的各属性 值设定曲线的属性。 n注：演示例10 观察所给程序运行结果。 5.1.3 多图的绘制问题 n很多时候，将不同图形绘制在一幅图上 是必需的。这涉及到多图绘制的问题。 n多图绘制有不同方法。如例3就将不同的 曲线同时绘制在了一个坐标图中。 n总结一下，可以有以下几种方法。 使用subplot函数绘制 nsubplot函数基本用法如下： nsubplot(m,n,p) %将图形窗口分为mn幅 子图，第p幅成为当前图 nsubplot(mnp) %意义同上，省略“，” 使用subplot函数绘制 n注：函数帮助文档导读 n注：演示例11 用subplot函数画多个子图。 使用subplot函数绘制 n多图绘制时各个子窗口不必都是plot函 数绘制的曲线。下例显示了不同类型图 形在同一幅图形上绘制的情形。 n注：演示例12 在同一图上绘制不同类型图形。 通过hold命令保持上次的图形 nhold 基本用法如下： nhold on %保持当前坐标系和图形 nhold off %不保持当前坐标系和图形 nhold %切换以上两种状态 通过hold命令保持上次的图形 n注：hold函数帮助文档导读 n注：演示例13 使用hold命令进行多图绘制。 通过hold命令保持上次的图形 n注：演示例14 结合程序设计和绘图知识，完成以下要求： 一个简单的二元二次迭代式（Hnon映射）为 绘制这个迭代得到的二元点（相空间）的轨 迹图形。 使用figure指定不同图形窗口 n系统默认使用“Figure No.1”窗口绘制 图形。当第二次继续绘图时，仍在默认 窗口绘制的话，即将以前的图形覆盖掉 了。为此，可以使用figure(h)来指定打 开相应窗口。 n注：演示例15 使用figure指定不同图形窗口绘制多图。 使用plotyy绘制双纵坐标图 nplotyy绘制出的图形两边都有标注。 nplotyy(X1,Y1,X2,Y2)以左右不同纵轴绘 制2条曲线。 n左纵坐标与横坐标组成的坐标系用于 (X1,Y1)数据 n右纵坐标与横坐标组成的坐标系用于 (X2,Y2)数据。 使用plotyy绘制双纵坐标图 n注：演示例16 使用plotyy绘制双纵坐标图。 5.1.4 二维特殊应用图形的绘制 loglog(X1,Y1,.)对数图bar(x,Y)， barh(.) 二维条形图 semilogx(Y) semilogy(.) 半对数图hist(Y,x)直方图 stairs(X,Y) 阶梯图pareto(Y,X)Pareto图， 排列图 area(X,Y)填充绘图errorbar(X,Y,L,U)误差限图 pie(X)饼状图stem(X,Y)火柴杆图 feather(U,V)羽状图polar(theta,rho)极坐标图 comet慧星状图compass(U,V)罗盘图 spy(S)稀疏模式图 5.1.4 二维特殊应用图形的绘制 n注：演示例17 对数组X=Y=0:1000，试用对数函数、半对 数函数绘制其曲线。 n注：演示例18 分析所给程序及其所画图形。 5.2 三维图形的绘制 概述 n三维图形的绘制包括： n三维曲线 n三维网线图 n三维曲面图形 5.2.1 三维图形绘制函数 n三维曲线绘制函数的基本调用格式： plot3(X1,Y1,Z1,.) n其中X1,Y1,Z1为维数相同的向量，分别存储 三个坐标的值。 n类似于plot函数，plot3也可以绘制多条曲 线，并可以分别对不同曲线进行修饰。 5.2.1 三维图形绘制函数 n绘制三维网线图和曲面图基本函数及调用 格式见下表。除表所示基本调用格式外， MATLAB允许用户进行更精细的控制。可进 一步查阅相关帮助文档。 mesh(X,Y,Z)常用的网线图调用格式 surf(X,Y,Z)常用的曲面图调用格式 contour(X,Y,Z)常用的等高线调用格式 三维网线图和曲面图的区别 n网线图线条有颜色，而空挡无颜色； n曲面图的线条是黑色的，空挡有颜色(把 线条之间的空挡填充颜色，沿z轴按每一 网格变化) 三维图形绘制步骤 n绘制函数z=f(x,y)所代表的三维空间曲 面，需要做以下数据准备： n确定自变量x,y的取值范围和取值间隔。 x=x1:dx:x2;y=y1:dy:y2 n构成xy平面上的自变量“格点”矩阵。 X,Y=meshgrid(x,y) n计算在自变量采样“格点”上的函数值 Z=f(X,Y) 5.2.2 三维图形绘制举例 n注：演示例19 绘制 所表示的曲线。 5.2.2 三维图形绘制举例 n注：演示例20 绘制二元方程 的三维曲面，x,y的取值范围分别为-8，8 。 5.3 图形的图形化编辑 5.3 图形的图形化编辑 n可以利用图形窗口的编辑功能。 n图形窗口不仅可以被动显示图形，而且还 允许用户对图形进行编辑操作。 n图形窗口提供丰富的菜单选项，可以不同 方式观看图形，也可对图形对象的属性进 行编辑。 5.3 图形的图形化编辑 n利用数组编辑器（Array Editor）中进 行图形编辑。 n利用数组编辑器可对选中的数据直接进 行绘图，也可以选择图形类型。 5.4 符号函数绘制图形 n为了将符号函数的数值计算结果可视化 ，MATLAB提供了相应绘图函数。 n这些函数的特点是无需数据准备，直接 画出字符串函数或符号函数的图形。 n这一系列函数名称的前两个字符冠以 “ez”，其含义就是“Easy-to-use”。 5.4.1 符号函数绘制图形的函数 函数说明函数说明 ezplot(fun,min,max)二维曲线ezsurf(fun,dom ain) 曲面图 ezplot3(funx,funy,funz ,tmin,tmax) 三维曲线ezsurfc(fun,do main) 画带等位线的曲 面图 ezpolar(fun,a,b)极坐标ezmesh(fun,dom ain) 画网线图 ezcontourf(fun,domain)填色 等位图 ezmeshc(fun,do main) 画带等位线的网 线图 ezcontour(fun,domain)等高线 符号函数绘制图形举例 n注：演示例21 绘制三维符号表达式曲线。 5.4.2 符号函数的图形化绘制方式 n符号函数绘制也可以通过图形化的方式 进行。MATLAB提供了图形化的符号函数 计算器“funtool” n注：演示f