1、MATLABMATLAB與控制系統仿真實踐與控制系統仿真實踐第5章MATLAB語言的繪圖基礎引言引言lmatlab除了強大的數值分析功能之外，還提供了功能強大、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據，就可以得到所需的圖形。l用戶可根據需要應用matlab的圖形修飾功能對圖形進行適當的修飾。l本章主要介紹二維圖形、三維圖形、符號函數及特殊應用圖形的繪制，也對圖形修飾作了初步介紹，并給出豐富的示例。本章主要內容本章主要內容l5.1二維圖形的繪制l5.1.1 繪制二維圖形的基本函數及示例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符號函數繪制圖形l5.4.1 符號函數繪制圖形的函數及示例l5.4.2 符號函數的圖形化繪制方式l本章小結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及示例l繪制二維曲線的最基本函數plot，它的基本調用格式為： plot(x,y) l其中x和y為長度相同的向量，分別用于存儲x坐標和y坐標數據。5.1.1 繪制二維圖形的基本函數及示例 plot函數的基本用法函數的基本用法 l演示例1：繪制的圖形。5.1.1 繪制二維圖形的基本函數及示例 plot參數

3、為其它情況時的說明及示例參數為其它情況時的說明及示例 l（1）x,y是同維矩陣是同維矩陣時，則以x,y對應列元素為橫、縱坐標分別繪制曲線，曲線條數等于矩陣的列數 演示例2：分析對應用作圖的結果。1256,34812XY( , )plot x y5.1.1 繪制二維圖形的基本函數及示例 plot參數為其它情況時的說明及示例參數為其它情況時的說明及示例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，則繪制出多根不同色彩的曲線。曲線條數等于y矩陣的另一維數，x被作為這些曲線共同的橫坐標。 演示例35.1.1 繪制二維圖形的基本函數及示例 plot參數為其它情況時的說明及示例

4、參數為其它情況時的說明及示例l（3）最簡單的調用格式 plot(x) 這種調用格式以x為縱坐標，系統根據x向量的元素序號自動生成從1開始的向量作為橫坐標。 如果x為復向量時，則plot(x) 相當于 plot(real(x),imag(x)，即以實部為橫坐標，以虛部為縱坐標。 5.1.1 繪制二維圖形的基本函數及示例 plot參數為其它情況時的說明及示例參數為其它情況時的說明及示例l演示例4：某工廠2000年各月總產值（單位：萬元）分別為22、60、88、95、56、23、9、10、14、81、56、23，試繪制折線圖以顯示出該廠總產值的變化情況。5.1.1 繪制二維圖形的基本函數及示例 pl

5、ot參數為其它情況時的說明及示例參數為其它情況時的說明及示例l演示例5：分析以下圖形繪制程序結果并與例2作比較。5.1.2 圖形的修飾及示例lmatlab給出了圖形屬性進行設置的參數，便于進行修飾。這些修飾主要包括對線型線型的修飾，對點類型點類型的設置，對曲線顏色的設置曲線顏色的設置。特殊字特殊字符的添加，文字標注，坐標的設置符的添加，文字標注，坐標的設置等。5.1.2 圖形的修飾及示例 1. 圖形參數的設置l可以對曲線顏色、曲線線型和曲線的數據點形分別進行設置。 曲線顏色曲線線型數據點形選項意義選項意義選項意義bBlue，藍色實線(默認)實點cCyan，青色：點線十字形gGreen，綠色點劃

6、線o圓圈kBlack，黑色虛線*星號mMagenta紅紫色叉號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. 圖形參數的設置實例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. 圖形坐標軸、坐標背景網絡、坐標框的手工設置lplot函數根據坐標參數自動確定坐標軸的范圍。l用戶也可根據需要用坐標控制命令axis控制坐標的特性，基本用法為：laxis(xmin xmax ymin ymax)l%設定橫坐標與縱坐標的起始與終止值l對于axis還有很多用法，可在需要時查看幫助文檔。5.1

7、.2 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標軸、坐標背景網絡、坐標框的手工設置l演示例7：比較以下2程序的不同結果。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. 圖形坐標軸、坐標背景網絡、坐標框的手工設置l坐標背景網絡可用grid命令設置，其基本用法 grid on%顯示網格線grid off%去除網格線grid %切換有無網格的狀態5.1.2 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標軸、坐標背景網絡、坐標框的手工設置l演示例8：為例1的圖形

8、加上網絡線。5.1.2 圖形的修飾及示例2. 圖形坐標軸、坐標背景網絡、坐標框的手工設置l坐標框的設置，其基本用法：box on%添加坐標邊界box off%去除坐標邊界box %切換有無坐標邊界的狀態l坐標框的設置與grid類似，用戶可依照上例練習。5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標注的添加l圖形的標注，可以分為圖名標注、坐標軸標注、圖例標注和文字注釋。l圖名標注圖名標注：title(string)l坐標軸標注坐標軸標注：xlabel(string)，ylabel(string)為橫縱坐標添加標注。l圖例標注：圖例標注：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（x,y）處書寫注釋。l在以上的標注過程中，可能需要將特殊字符添加到標注中。 5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標注的添加alphageqbetaneqgammaequivdeltaapproxomega leqzetaleftarrowetauparrowlambdadownarrowxirightarrowpi圖形標注所用特殊字符表圖形標注所用特殊字符表 5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標注的添加l此外，還允許用戶對字體大小、風格等進行設置。如：l通過“fontnamefontname”進行字體名稱

10、字體名稱的設置l通過“fontsizefontsize ”進行字體大小的設置l通過“bf”（表示黑體） ，“it ”（表示斜體），“rm”（表示正體）等設置字體風格l通過string、_string設置“string”為上標或下標格式。 5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標注的添加l演示例9：對例1圖形進行適當標注。5.1.2 圖形的修飾及示例 3. 圖形標注的添加l也可通過曲線的LineStyle，LineWidth, Marker，MarkerEdgeColor, MarkerFaceColor, MarkerSize的各屬性值設定曲線的屬性。l演示例10：觀察以下程序運行結果。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繪制在了一個坐標圖中。總結一下，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函數在同一窗口繪制多個子圖lsubplot函數基本用法如下：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函數在同一窗口繪制多個子圖l演示例11：用subplot函數畫多個子圖。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題1. 使用subplot函數在同一窗口繪制多個子圖l多圖繪制時各個子窗口不必都是plot函數繪制的曲線。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行多次疊加命令保持上次的圖形而進行多次疊加lhold 基本用法如下：hold on%

13、保持當前坐標系和圖形hold off%不保持當前坐標系和圖形hold %切換以上兩種狀態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行多次疊加命令保持上次的圖形而進行多次疊加l演示例13：使用hold命令進行多圖繪制。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行多次疊加命令保持上次的圖形而進行多次疊加l演示例14：結合程序設計和繪圖知識，完成以下要求：一個簡單的二元二次迭代式（Hnon映射）為繪制這個迭代得到的二元點（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系統默認使用Figure No.1窗口繪制圖形。當第二次繼續繪圖時，仍在默認窗口繪制的話，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繪制雙縱坐標圖繪制雙縱坐標圖lplotyy繪制出的圖形兩邊都有標注。lplotyy(X1,Y1,X2,Y2)以左右不同縱軸繪制2條曲線。l左縱坐標與

15、橫坐標組成的坐標系用于(X1,Y1)數據l右縱坐標與橫坐標組成的坐標系用于(X2,Y2)數據。5.1.3 多圖的繪制問題多圖的繪制問題 4. 使用使用plotyy繪制雙縱坐標圖繪制雙縱坐標圖l演示例16：使用plotyy繪制雙縱坐標圖。5.1.4 二維特殊應用圖形的繪制二維特殊應用圖形的繪制l除標準二維曲線繪制外，matlab還提供了具有不同特殊意義的圖形繪制函數。下表給出了常用的函數及其調用格式。loglog(X1,Y1,.)對數圖bar(x,Y)，barh(.)二維條形圖semilogx(Y)，semilogy(.)半對數圖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 二維特殊應用圖形的繪制二維特殊應用圖形的繪制l演示例17：對數組X=Y=0:1000，試用對數函數、半對數函數繪制其曲線。5.1.4 二維特殊應用圖形的繪制二維特殊應用圖形的繪制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、三維網線圖和三維曲面圖形的繪制。l5.2.1 三維圖形繪制函數l5.2.2 三維圖形繪制舉例5.2.1 三維圖形繪制函數三維圖形繪制函數 l三維曲線繪制函數的基本調用格式：lplot3(X1,Y1,Z1,.) 其中X1,Y1,Z1為維數相同的向量，分別存儲三個坐標的值。類似于plot函數，plot3也可以繪

18、制多條曲線，并可以分別對不同曲線進行修飾。 5.2.1 三維圖形繪制函數三維圖形繪制函數l繪制三維網線圖和曲面圖基本函數及調用格式見表5.4。除表所示基本調用格式外，matlab允許用戶進行更精細的控制。可進一步查閱相關幫助文檔。 mesh(X,Y,Z)常用的網線圖調用格式surf(X,Y,Z)常用的曲面圖調用格式contour(X,Y,Z)常用的等高線調用格式5.2.1 三維圖形繪制函數三維圖形繪制函數l三維網線圖和曲面圖的區別區別1)網線圖是線條有顏色，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軸按每一網格變化）。2)三維網線圖和曲面圖的繪制比三維曲線圖稍顯復雜，主要表現于：繪圖數據的準備；三維圖形的色彩、明暗、光照和視點處理。5.2.1 三維圖形繪制函數三維圖形繪制函數l繪制函數z=f(x,y)所代表的三維空間曲面，需要做以下數據準備：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）構成xy平面上的自變量“格點”矩陣。X,Y=meshgrid(x,y)l（3）計算在自變量采樣“格點”上的函數值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