第5章MATLAB语言的绘图基础

1、MATLABMATLAB与控制系统仿真实践与控制系统仿真实践第5章MATLAB语言的绘图基础引言引言lmatlab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。l用户只需指定绘图方式，并提供充足的绘图数据，就可以得到所需的图形。l用户可根据需要应用matlab的图形修饰功能对图形进行适当的修饰。l本章主要介绍二维图形、三维图形、符号函数及特殊应用图形的绘制，也对图形修饰作了初步介绍，并给出丰富的示例。本章主要内容本章主要内容l5.1二维图形的绘制l5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例l5.1.2 图形的修饰及示例l5.1.3 多图的绘制问题l5.1.4 二维特殊应用图形

2、的绘制l5.2三维图形的绘制l5.2.1 三维图形绘制函数l5.2.2 三维图形绘制举例l5.3 图形的图形化编辑l5.4符号函数绘制图形l5.4.1 符号函数绘制图形的函数及示例l5.4.2 符号函数的图形化绘制方式l本章小结5.1二维图形的绘制二维图形的绘制5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例l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) l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。5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例 plot函数的基本用法函数的基本用法 l演示例1：绘制的图形。5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例 plot参数

3、为其它情况时的说明及示例参数为其它情况时的说明及示例 l（1）x,y是同维矩阵是同维矩阵时，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 演示例2：分析对应用作图的结果。1256,34812XY( , )plot x y5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例 plot参数为其它情况时的说明及示例参数为其它情况时的说明及示例l（2）x是向量，是向量，y是有一维与是有一维与x同维的矩阵同维的矩阵时，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。 演示例35.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例 plot参数为其它情况时的说明及示例

4、参数为其它情况时的说明及示例l（3）最简单的调用格式 plot(x) 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。 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。 5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例 plot参数为其它情况时的说明及示例参数为其它情况时的说明及示例l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。5.1.1 绘制二维图形的基本函数及示例 pl

5、ot参数为其它情况时的说明及示例参数为其它情况时的说明及示例l演示例5：分析以下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lmatlab给出了图形属性进行设置的参数，便于进行修饰。这些修饰主要包括对线型线型的修饰，对点类型点类型的设置，对曲线颜色的设置曲线颜色的设置。特殊字特殊字符的添加，文字标注，坐标的设置符的添加，文字标注，坐标的设置等。5.1.2 图形的修饰及示例 1. 图形参数的设置l可以对曲线颜色、曲线线型和曲线的数据点形分别进行设置。 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

6、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5.1.2 图形的修饰及示例 1. 图形参数的设置实例l演示例6：用不同的修饰方式画出和曲线 5.1.2 图形的修饰及示例2. 图形坐标轴、坐标背景网络、坐标框的手工设置lplot函数根据坐标参数自动确定坐标轴的范围。l用户也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：laxis(xmin xmax ymin ymax)l%设定横坐标与纵坐标的起始与终止值l对于axis还有很多用法，可在需要时查看帮助文档。5.1

7、.2 图形的修饰及示例2. 图形坐标轴、坐标背景网络、坐标框的手工设置l演示例7：比较以下2程序的不同结果。程序1：x = 0:.025:pi/2;plot(x,tan(x),-bo)程序2：x = 0:.025:pi/2;plot(x,tan(x),-bo)axis(0 pi/2 0 5)5.1.2 图形的修饰及示例2. 图形坐标轴、坐标背景网络、坐标框的手工设置l坐标背景网络可用grid命令设置，其基本用法 grid on%显示网格线grid off%去除网格线grid %切换有无网格的状态5.1.2 图形的修饰及示例2. 图形坐标轴、坐标背景网络、坐标框的手工设置l演示例8：为例1的图形

8、加上网络线。5.1.2 图形的修饰及示例2. 图形坐标轴、坐标背景网络、坐标框的手工设置l坐标框的设置，其基本用法：box on%添加坐标边界box off%去除坐标边界box %切换有无坐标边界的状态l坐标框的设置与grid类似，用户可依照上例练习。5.1.2 图形的修饰及示例 3. 图形标注的添加l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。l图名标注图名标注：title(string)l坐标轴标注坐标轴标注：xlabel(string)，ylabel(string)为横纵坐标添加标注。l图例标注：图例标注：legend(string1,string2,.)命令的不同形式

9、为图形添加图例。l文字注释文字注释：text(x,y,string)在图形坐标（x,y）处书写注释。l在以上的标注过程中，可能需要将特殊字符添加到标注中。 5.1.2 图形的修饰及示例 3. 图形标注的添加alphageqbetaneqgammaequivdeltaapproxomega leqzetaleftarrowetauparrowlambdadownarrowxirightarrowpi图形标注所用特殊字符表图形标注所用特殊字符表 5.1.2 图形的修饰及示例 3. 图形标注的添加l此外，还允许用户对字体大小、风格等进行设置。如：l通过“fontnamefontname”进行字体名称

10、字体名称的设置l通过“fontsizefontsize ”进行字体大小的设置l通过“bf”（表示黑体） ，“it ”（表示斜体），“rm”（表示正体）等设置字体风格l通过string、_string设置“string”为上标或下标格式。 5.1.2 图形的修饰及示例 3. 图形标注的添加l演示例9：对例1图形进行适当标注。5.1.2 图形的修饰及示例 3. 图形标注的添加l也可通过曲线的LineStyle，LineWidth, Marker，MarkerEdgeColor, MarkerFaceColor, MarkerSize的各属性值设定曲线的属性。l演示例10：观察以下程序运行结果。t=

11、0:pi/20:2*pi;plot(t,sin(t).2,-mo,. LineWidth,3,. MarkerEdgeColor,g,. MarkerFaceColor,.5 1 .3,. MarkerSize,12)5.1.3 多图的绘制问题l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。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。总结一下，可以有以下几种方法。 5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题1. 使用subplot函数在同一窗口绘制多个子图lsubplot函数基本用法如下：lsubplot(m,n,p)%将图形窗口分为mn幅子图，第p幅

12、成为当前图l subplot(mnp)%意义同上，省略了“，”5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题1. 使用subplot函数在同一窗口绘制多个子图l演示例11：用subplot函数画多个子图。5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题1. 使用subplot函数在同一窗口绘制多个子图l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。l演示例12：在同一图上绘制不同类型图形。5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题2. 通过通过hold命令保持上次的图形而进行多次叠加命令保持上次的图形而进行多次叠加lhold 基本用法如下：hold on%

13、保持当前坐标系和图形hold off%不保持当前坐标系和图形hold %切换以上两种状态5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题2. 通过通过hold命令保持上次的图形而进行多次叠加命令保持上次的图形而进行多次叠加l演示例13：使用hold命令进行多图绘制。5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题2. 通过通过hold命令保持上次的图形而进行多次叠加命令保持上次的图形而进行多次叠加l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。 2111nnnnnxaxyybx 5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题

14、 3. 使用使用figure指定不同图形窗口指定不同图形窗口l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。5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题 3. 使用使用figure指定不同图形窗口指定不同图形窗口l演示例15：使用figure指定不同图形窗口绘制多图。5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题 4. 使用使用plotyy绘制双纵坐标图绘制双纵坐标图lplotyy绘制出的图形两边都有标注。lplotyy(X1,Y1,X2,Y2)以左右不同纵轴绘制2条曲线。l左纵坐标与

15、横坐标组成的坐标系用于(X1,Y1)数据l右纵坐标与横坐标组成的坐标系用于(X2,Y2)数据。5.1.3 多图的绘制问题多图的绘制问题 4. 使用使用plotyy绘制双纵坐标图绘制双纵坐标图l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二维特殊应用图形的绘制l除标准二维曲线绘制外，matlab还提供了具有不同特殊意义的图形绘制函数。下表给出了常用的函数及其调用格式。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

16、(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二维特殊应用图形的绘制l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。5.1.4 二维特殊应用图形的绘制二维特殊应用图形的绘制l演示例18：分析下面程序及其所画图形。x = 10 30 50 25 20;explode = 0 0 0 1 0;pie(

17、x,explode)figure(2) x =-pi:pi/20:pi;stairs(x,sin(x)%给定向量中各部分值%标明要突出显示的分块%按各分块所占比例画饼状图，突出显示第4部分%新建图形窗口%给定x范围%绘制阶梯图 5.2三维图形的绘制三维图形的绘制l三维图形的绘制包括三维曲线、三维网线图和三维曲面图形的绘制。l5.2.1 三维图形绘制函数l5.2.2 三维图形绘制举例5.2.1 三维图形绘制函数三维图形绘制函数 l三维曲线绘制函数的基本调用格式：lplot3(X1,Y1,Z1,.) 其中X1,Y1,Z1为维数相同的向量，分别存储三个坐标的值。类似于plot函数，plot3也可以绘

18、制多条曲线，并可以分别对不同曲线进行修饰。 5.2.1 三维图形绘制函数三维图形绘制函数l绘制三维网线图和曲面图基本函数及调用格式见表5.4。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5.2.1 三维图形绘制函数三维图形绘制函数l三维网线图和曲面图的区别区别1)网线图是线条有颜色，而空挡是无颜色的；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）。2)三维网线图和曲面图的绘制比三维曲线图稍显复杂，主要表现于：绘图数据的准备；三维图形的色彩、明暗、光照和视点处理。5.2.1 三维图形绘制函数三维图形绘制函数l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：l（1）确定自变量x,y的取值范围和取值间隔。x=x1:dx:x2;y=y1:dy:y2l（2）构成xy平面上的自变量“格点”矩阵。X,Y=meshgrid(x,y)l（3）计算在自变量采样“格点”上的函数值Z=f(X,Y)5.2.2 三维图形绘制举例三维图形绘制举例l演示例19：绘制 所表示的曲线。cos( )sin( )xtytzt5.2.2 三维图形绘制举例三维图形绘制举例l演示例20：绘制二元方