1、MATLABMATLAB與控制系統(tǒng)仿真實(shí)踐與控制系統(tǒng)仿真實(shí)踐第5章MATLAB語言的繪圖基礎(chǔ)引言引言lmatlab除了強(qiáng)大的數(shù)值分析功能之外，還提供了功能強(qiáng)大、使用方便的繪圖功能。l用戶只需指定繪圖方式，并提供充足的繪圖數(shù)據(jù)，就可以得到所需的圖形。l用戶可根據(jù)需要應(yīng)用matlab的圖形修飾功能對(duì)圖形進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎棥本章主要介紹二維圖形、三維圖形、符號(hào)函數(shù)及特殊應(yīng)用圖形的繪制，也對(duì)圖形修飾作了初步介紹，并給出豐富的示例。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容l5.1二維圖形的繪制l5.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例l5.1.2 圖形的修飾及示例l5.1.3 多圖的繪制問題l5.1.4 二維特殊應(yīng)用圖形

2、的繪制l5.2三維圖形的繪制l5.2.1 三維圖形繪制函數(shù)l5.2.2 三維圖形繪制舉例l5.3 圖形的圖形化編輯l5.4符號(hào)函數(shù)繪制圖形l5.4.1 符號(hào)函數(shù)繪制圖形的函數(shù)及示例l5.4.2 符號(hào)函數(shù)的圖形化繪制方式l本章小結(jié)5.1二維圖形的繪制二維圖形的繪制5.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例l繪制二維曲線的最基本函數(shù)plot，它的基本調(diào)用格式為： plot(x,y) l其中x和y為長度相同的向量，分別用于存儲(chǔ)x坐標(biāo)和y坐標(biāo)數(shù)據(jù)。5.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例 plot函數(shù)的基本用法函數(shù)的基本用法 l演示例1：繪制的圖形。5.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例 plot參數(shù)

3、為其它情況時(shí)的說明及示例參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例 l（1）x,y是同維矩陣是同維矩陣時(shí)，則以x,y對(duì)應(yīng)列元素為橫、縱坐標(biāo)分別繪制曲線，曲線條數(shù)等于矩陣的列數(shù) 演示例2：分析對(duì)應(yīng)用作圖的結(jié)果。1256,34812XY( , )plot x y5.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例 plot參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例l（2）x是向量，是向量，y是有一維與是有一維與x同維的矩陣同維的矩陣時(shí)，則繪制出多根不同色彩的曲線。曲線條數(shù)等于y矩陣的另一維數(shù)，x被作為這些曲線共同的橫坐標(biāo)。 演示例35.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例 plot參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例

4、參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例l（3）最簡(jiǎn)單的調(diào)用格式 plot(x) 這種調(diào)用格式以x為縱坐標(biāo)，系統(tǒng)根據(jù)x向量的元素序號(hào)自動(dòng)生成從1開始的向量作為橫坐標(biāo)。 如果x為復(fù)向量時(shí)，則plot(x) 相當(dāng)于 plot(real(x),imag(x)，即以實(shí)部為橫坐標(biāo)，以虛部為縱坐標(biāo)。 5.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例 plot參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例l演示例4：某工廠2000年各月總產(chǎn)值（單位：萬元）分別為22、60、88、95、56、23、9、10、14、81、56、23，試?yán)L制折線圖以顯示出該廠總產(chǎn)值的變化情況。5.1.1 繪制二維圖形的基本函數(shù)及示例 pl

5、ot參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例參數(shù)為其它情況時(shí)的說明及示例l演示例5：分析以下圖形繪制程序結(jié)果并與例2作比較。5.1.2 圖形的修飾及示例lmatlab給出了圖形屬性進(jìn)行設(shè)置的參數(shù)，便于進(jìn)行修飾。這些修飾主要包括對(duì)線型線型的修飾，對(duì)點(diǎn)類型點(diǎn)類型的設(shè)置，對(duì)曲線顏色的設(shè)置曲線顏色的設(shè)置。特殊字特殊字符的添加，文字標(biāo)注，坐標(biāo)的設(shè)置符的添加，文字標(biāo)注，坐標(biāo)的設(shè)置等。5.1.2 圖形的修飾及示例 1. 圖形參數(shù)的設(shè)置l可以對(duì)曲線顏色、曲線線型和曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)形分別進(jìn)行設(shè)置。 曲線顏色曲線線型數(shù)據(jù)點(diǎn)形選項(xiàng)意義選項(xiàng)意義選項(xiàng)意義bBlue，藍(lán)色實(shí)線(默認(rèn))實(shí)點(diǎn)cCyan，青色：點(diǎn)線十字形gGreen，綠色點(diǎn)劃

6、線o圓圈kBlack，黑色虛線*星號(hào)mMagenta紅紫色叉號(hào)rRed，紅色s正方形wWhite，白色d菱形yYellow，黃色h六角形p五角形下三角上三角右三角左三角5.1.2 圖形的修飾及示例 1. 圖形參數(shù)的設(shè)置實(shí)例l演示例6：用不同的修飾方式畫出和曲線 5.1.2 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標(biāo)軸、坐標(biāo)背景網(wǎng)絡(luò)、坐標(biāo)框的手工設(shè)置lplot函數(shù)根據(jù)坐標(biāo)參數(shù)自動(dòng)確定坐標(biāo)軸的范圍。l用戶也可根據(jù)需要用坐標(biāo)控制命令axis控制坐標(biāo)的特性，基本用法為：laxis(xmin xmax ymin ymax)l%設(shè)定橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的起始與終止值l對(duì)于axis還有很多用法，可在需要時(shí)查看幫助文檔。5.1

7、.2 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標(biāo)軸、坐標(biāo)背景網(wǎng)絡(luò)、坐標(biāo)框的手工設(shè)置l演示例7：比較以下2程序的不同結(jié)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 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標(biāo)軸、坐標(biāo)背景網(wǎng)絡(luò)、坐標(biāo)框的手工設(shè)置l坐標(biāo)背景網(wǎng)絡(luò)可用grid命令設(shè)置，其基本用法 grid on%顯示網(wǎng)格線grid off%去除網(wǎng)格線grid %切換有無網(wǎng)格的狀態(tài)5.1.2 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標(biāo)軸、坐標(biāo)背景網(wǎng)絡(luò)、坐標(biāo)框的手工設(shè)置l演示例8：為例1的圖形

8、加上網(wǎng)絡(luò)線。5.1.2 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標(biāo)軸、坐標(biāo)背景網(wǎng)絡(luò)、坐標(biāo)框的手工設(shè)置l坐標(biāo)框的設(shè)置，其基本用法：box on%添加坐標(biāo)邊界box off%去除坐標(biāo)邊界box %切換有無坐標(biāo)邊界的狀態(tài)l坐標(biāo)框的設(shè)置與grid類似，用戶可依照上例練習(xí)。5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標(biāo)注的添加l圖形的標(biāo)注，可以分為圖名標(biāo)注、坐標(biāo)軸標(biāo)注、圖例標(biāo)注和文字注釋。l圖名標(biāo)注圖名標(biāo)注：title(string)l坐標(biāo)軸標(biāo)注坐標(biāo)軸標(biāo)注：xlabel(string)，ylabel(string)為橫縱坐標(biāo)添加標(biāo)注。l圖例標(biāo)注：圖例標(biāo)注：legend(string1,string2,.)命令的不同形式

9、為圖形添加圖例。l文字注釋文字注釋：text(x,y,string)在圖形坐標(biāo)（x,y）處書寫注釋。l在以上的標(biāo)注過程中，可能需要將特殊字符添加到標(biāo)注中。 5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標(biāo)注的添加alphageqbetaneqgammaequivdeltaapproxomega leqzetaleftarrowetauparrowlambdadownarrowxirightarrowpi圖形標(biāo)注所用特殊字符表圖形標(biāo)注所用特殊字符表 5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標(biāo)注的添加l此外，還允許用戶對(duì)字體大小、風(fēng)格等進(jìn)行設(shè)置。如：l通過“fontnamefontname”進(jìn)行字體名稱

10、字體名稱的設(shè)置l通過“fontsizefontsize ”進(jìn)行字體大小的設(shè)置l通過“bf”（表示黑體） ，“it ”（表示斜體），“rm”（表示正體）等設(shè)置字體風(fēng)格l通過string、_string設(shè)置“string”為上標(biāo)或下標(biāo)格式。 5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標(biāo)注的添加l演示例9：對(duì)例1圖形進(jìn)行適當(dāng)標(biāo)注。5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標(biāo)注的添加l也可通過曲線的LineStyle，LineWidth, Marker，MarkerEdgeColor, MarkerFaceColor, MarkerSize的各屬性值設(shè)定曲線的屬性。l演示例10：觀察以下程序運(yùn)行結(jié)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 多圖的繪制問題l很多時(shí)候，將不同圖形繪制在一幅圖上是必需的。這涉及到多圖繪制的問題。多圖繪制有不同方法。如例3就將不同的曲線同時(shí)繪制在了一個(gè)坐標(biāo)圖中。總結(jié)一下，可以有以下幾種方法。 5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題1. 使用subplot函數(shù)在同一窗口繪制多個(gè)子圖lsubplot函數(shù)基本用法如下：lsubplot(m,n,p)%將圖形窗口分為mn幅子圖，第p幅

12、成為當(dāng)前圖l subplot(mnp)%意義同上，省略了“，”5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題1. 使用subplot函數(shù)在同一窗口繪制多個(gè)子圖l演示例11：用subplot函數(shù)畫多個(gè)子圖。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題1. 使用subplot函數(shù)在同一窗口繪制多個(gè)子圖l多圖繪制時(shí)各個(gè)子窗口不必都是plot函數(shù)繪制的曲線。下例顯示了不同類型圖形在同一幅圖形上繪制的情形。l演示例12：在同一圖上繪制不同類型圖形。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題2. 通過通過hold命令保持上次的圖形而進(jìn)行多次疊加命令保持上次的圖形而進(jìn)行多次疊加lhold 基本用法如下：hold on%

13、保持當(dāng)前坐標(biāo)系和圖形hold off%不保持當(dāng)前坐標(biāo)系和圖形hold %切換以上兩種狀態(tài)5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題2. 通過通過hold命令保持上次的圖形而進(jìn)行多次疊加命令保持上次的圖形而進(jìn)行多次疊加l演示例13：使用hold命令進(jìn)行多圖繪制。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題2. 通過通過hold命令保持上次的圖形而進(jìn)行多次疊加命令保持上次的圖形而進(jìn)行多次疊加l演示例14：結(jié)合程序設(shè)計(jì)和繪圖知識(shí)，完成以下要求：一個(gè)簡(jiǎn)單的二元二次迭代式（Hnon映射）為繪制這個(gè)迭代得到的二元點(diǎn)（相空間）的軌跡圖形。 2111nnnnnxaxyybx 5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題

14、 3. 使用使用figure指定不同圖形窗口指定不同圖形窗口l系統(tǒng)默認(rèn)使用Figure No.1窗口繪制圖形。當(dāng)?shù)诙卫^續(xù)繪圖時(shí)，仍在默認(rèn)窗口繪制的話，即將以前的圖形覆蓋掉了。為此，可以使用figure(h)來指定打開相應(yīng)窗口。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題 3. 使用使用figure指定不同圖形窗口指定不同圖形窗口l演示例15：使用figure指定不同圖形窗口繪制多圖。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題 4. 使用使用plotyy繪制雙縱坐標(biāo)圖繪制雙縱坐標(biāo)圖lplotyy繪制出的圖形兩邊都有標(biāo)注。lplotyy(X1,Y1,X2,Y2)以左右不同縱軸繪制2條曲線。l左縱坐標(biāo)與

15、橫坐標(biāo)組成的坐標(biāo)系用于(X1,Y1)數(shù)據(jù)l右縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)組成的坐標(biāo)系用于(X2,Y2)數(shù)據(jù)。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題 4. 使用使用plotyy繪制雙縱坐標(biāo)圖繪制雙縱坐標(biāo)圖l演示例16：使用plotyy繪制雙縱坐標(biāo)圖。5.1.4 二維特殊應(yīng)用圖形的繪制二維特殊應(yīng)用圖形的繪制l除標(biāo)準(zhǔn)二維曲線繪制外，matlab還提供了具有不同特殊意義的圖形繪制函數(shù)。下表給出了常用的函數(shù)及其調(diào)用格式。loglog(X1,Y1,.)對(duì)數(shù)圖bar(x,Y)，barh(.)二維條形圖semilogx(Y)，semilogy(.)半對(duì)數(shù)圖hist(Y,x)直方圖stairs(X,Y) 階梯圖pareto

16、(Y,X)Pareto圖，排列圖area(X,Y)填充繪圖errorbar(X,Y,L,U)誤差限圖pie(X)餅狀圖stem(X,Y)火柴桿圖feather(U,V)羽狀圖polar(theta,rho)極坐標(biāo)圖comet慧星狀圖compass(U,V)羅盤圖spy(S)稀疏模式圖5.1.4 二維特殊應(yīng)用圖形的繪制二維特殊應(yīng)用圖形的繪制l演示例17：對(duì)數(shù)組X=Y=0:1000，試用對(duì)數(shù)函數(shù)、半對(duì)數(shù)函數(shù)繪制其曲線。5.1.4 二維特殊應(yīng)用圖形的繪制二維特殊應(yīng)用圖形的繪制l演示例18：分析下面程序及其所畫圖形。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)%給定向量中各部分值%標(biāo)明要突出顯示的分塊%按各分塊所占比例畫餅狀圖，突出顯示第4部分%新建圖形窗口%給定x范圍%繪制階梯圖 5.2三維圖形的繪制三維圖形的繪制l三維圖形的繪制包括三維曲線、三維網(wǎng)線圖和三維曲面圖形的繪制。l5.2.1 三維圖形繪制函數(shù)l5.2.2 三維圖形繪制舉例5.2.1 三維圖形繪制函數(shù)三維圖形繪制函數(shù) l三維曲線繪制函數(shù)的基本調(diào)用格式：lplot3(X1,Y1,Z1,.) 其中X1,Y1,Z1為維數(shù)相同的向量，分別存儲(chǔ)三個(gè)坐標(biāo)的值。類似于plot函數(shù)，plot3也可以繪

18、制多條曲線，并可以分別對(duì)不同曲線進(jìn)行修飾。 5.2.1 三維圖形繪制函數(shù)三維圖形繪制函數(shù)l繪制三維網(wǎng)線圖和曲面圖基本函數(shù)及調(diào)用格式見表5.4。除表所示基本調(diào)用格式外，matlab允許用戶進(jìn)行更精細(xì)的控制。可進(jìn)一步查閱相關(guān)幫助文檔。 mesh(X,Y,Z)常用的網(wǎng)線圖調(diào)用格式surf(X,Y,Z)常用的曲面圖調(diào)用格式contour(X,Y,Z)常用的等高線調(diào)用格式5.2.1 三維圖形繪制函數(shù)三維圖形繪制函數(shù)l三維網(wǎng)線圖和曲面圖的區(qū)別區(qū)別1)網(wǎng)線圖是線條有顏色，而空擋是無顏色的；曲面圖的線條是黑色的，空擋有顏色（把線條之間的空擋填充顏色，沿z軸按每一網(wǎng)格變化）。2)三維網(wǎng)線圖和曲面圖的繪制比三維曲線圖稍顯復(fù)雜，主要表現(xiàn)于：繪圖數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；三維圖形的色彩、明暗、光照和視點(diǎn)處理。5.2.1 三維圖形繪制函數(shù)三維圖形繪制函數(shù)l繪制函數(shù)z=f(x,y)所代表的三維空間曲面，需要做以下數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：l（1）確定自變量x,y的取值范圍和取值間隔。x=x1:dx:x2;y=y1:dy:y2l（2）構(gòu)成xy平面上的自變量“格點(diǎn)”矩陣。X,Y=meshgrid(x,y)l（3）計(jì)算在自變量采樣“格點(diǎn)”上的函數(shù)值Z=f(X,Y)5.2.2 三維圖形繪制舉例三維圖形繪制舉例l演示例19：繪制 所表示的曲線。cos( )sin( )xtytzt5.2.2 三維圖形繪制舉例三維圖形繪制舉例l演示例20：繪制二元方