matlab在电气工程中得应用第4章.ppt

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1、第第4章章 数据和函数的可视化数据和函数的可视化二维图形的绘制二维图形的绘制三维图形的绘制三维图形的绘制Easy绘图绘图14.1 二维图形的绘制二维图形的绘制4.1.1 基本绘图命令基本绘图命令 在在MATLAB中，中，plot是绘制二维图形的最基本函数，是绘制二维图形的最基本函数，它针对向量或矩阵的列绘制曲线。在使用它针对向量或矩阵的列绘制曲线。在使用plot之前，必之前，必须首先定义好曲线上每一点的须首先定义好曲线上每一点的x及及y坐标。坐标。plot命令有以命令有以下使用格式：下使用格式：1.plot(x,y)：以：以x元素为横坐标，元素为横坐标，y元素为纵坐标绘制曲元素为纵坐标绘制曲线

2、。线。2.plot(x1,y1,x2,y2)：绘制多条曲线。：绘制多条曲线。2例例：绘制正弦波型：绘制正弦波型 t=0:0.1:2*pi;y=sin(t);plot(t,y)3例例：绘制正弦和余弦波形：绘制正弦和余弦波形 t=0:0.1:2*pi;y1=sin(t);y2=cos(t);plot(t,y1,t,y2)43.plot(x)：当：当x为一向量时，以为一向量时，以x元素的值为纵坐标，元素的值为纵坐标，x的序号为横坐标绘制曲线。的序号为横坐标绘制曲线。（1）如果如果x为实数向量，其元素个数为为实数向量，其元素个数为m，则，则plot(x)等等价于价于plot(y,x)，y=1:m。例：

3、例：x=1 3 6 3 9;plot(x)5（2）如果如果x为实数矩阵，则把为实数矩阵，则把x按列方向分解为几个按列方向分解为几个列列向量向量，分别进行绘制。，分别进行绘制。x=1 2 3;5 6 7;1 2 3;plot(x)(1,5,1)(2,6,2)(3,7,3)6（3）如果如果x为一复数向量，为一复数向量，plot(x)等价等价plot(real(x),imag(x)。a=1+2i 4+3i 2+6i;2+3i 3+8i 2.3+3i;plot(a)(1,2)(2,3)(4,3)(3,8)(2.3,3)(2,6)74.1.2 曲线的色彩、线型和数据点形曲线的色彩、线型和数据点形 plo

4、t(x,y,s)：绘制不同色彩、线型和数据点形的图：绘制不同色彩、线型和数据点形的图形，其中形，其中s为一个字符串。为一个字符串。1.色彩和线型色彩和线型线线型型-：-.-实线实线(默认默认)点线点线点划线点划线虚线虚线色色彩彩bgrcmykw蓝蓝绿绿红红青青红紫红紫黄黄黑黑白白默认设置默认设置：曲线一律用：曲线一律用“实线线型实线线型”；不同曲线将按；不同曲线将按色彩的前色彩的前7种颜色循环着色，依次为蓝、绿、红、青、种颜色循环着色，依次为蓝、绿、红、青、红紫、黄、黑等。红紫、黄、黑等。82.数据点形数据点形符号符号含义含义符号符号含义含义.实心黑点实心黑点v朝下三角形朝下三角形o空心圆圈空

5、心圆圈朝上三角形朝上三角形x叉字符叉字符朝右三角形朝右三角形*星号星号p五角星五角星s正方形正方形h六角形六角形d菱形符菱形符9例例：用不同的颜色和线型绘制曲线。：用不同的颜色和线型绘制曲线。x=0:0.1:2*pi;y1=sin(x);y2=cos(x);plot(x,y1,b-.,x,y2,gh)（绿色六角形）（绿色六角形）104.1.3 设置坐标轴和文字标注设置坐标轴和文字标注1.设置坐标轴设置坐标轴命令命令含义含义axis(xmin xmax ymin ymax)设定坐标范围设定坐标范围axis auto将坐标系统返回到自动缺省状态将坐标系统返回到自动缺省状态axis square将当

6、前图形设置为方形将当前图形设置为方形axis equal纵、横坐标采用等长刻度纵、横坐标采用等长刻度axis off关闭坐标系统关闭坐标系统axis on显示坐标系统显示坐标系统112.设置分格线和坐标框设置分格线和坐标框（1）使用使用grid命令显示分格线命令显示分格线grid on%画出分格线画出分格线grid off%不画分格线不画分格线grid%是否画分格线的切换指令是否画分格线的切换指令（2）使用使用box命令显示坐标框命令显示坐标框box on%使当前坐标框呈封闭形状使当前坐标框呈封闭形状box off%使当前坐标框呈开启形状使当前坐标框呈开启形状box%在以上命令间切换在以上命令

7、间切换12grid onbox ongrid offbox off133.文字标注文字标注（1）添加图名添加图名title（图形标题图形标题）（2）添加坐标轴名添加坐标轴名xlabel（x轴标记轴标记）ylabel（y轴标记轴标记）（3）添加图例添加图例legend（s，pos）legend off%擦除当前图中的图例擦除当前图中的图例说明说明：s为图例中的文字注释；为图例中的文字注释；pos表示图例在图中的位表示图例在图中的位置的指令符。置的指令符。pos有有1、2、3、4、0、-1共六种选项。其共六种选项。其中中1是默认。是默认。14例例：文字标注例题：文字标注例题 x=linspace(

8、-5,5,100);y1=100*sin(x);y2=x.4-22*x.2-6*x+10;plot(x,y1,x,y2);title(文字标注例题文字标注例题)xlabel(x的取值范围的取值范围);ylabel(y的值的值);legend(sinx,x4-22x2-6x+10);1516（4）添加文字注释）添加文字注释text（X,文字注释文字注释）；）；%在坐标在坐标(X,Y)坐标坐标处添加文字注释处添加文字注释gtext（文字注释文字注释）%利用鼠标添加文字注释利用鼠标添加文字注释例例：x=0:0.1:2*pi;y=sin(x);plot(x,y)text(pi,sin(pi),y=si

9、nx)17184.1.4 多窗口绘制多窗口绘制1.同一窗口多个子图同一窗口多个子图 subplot（m,n,p）：将当前图形窗口分成：将当前图形窗口分成m*n个绘个绘图区，即每行图区，即每行n个，共个，共m行。区号行。区号按行优先编号按行优先编号，且选，且选定第定第p个区为当前活动区。个区为当前活动区。2.多个图形窗口多个图形窗口 figure(n)：产生新的图形窗口，并且该窗口为活动：产生新的图形窗口，并且该窗口为活动窗口。若需要，还可以返回该窗口的识别号码，称该号窗口。若需要，还可以返回该窗口的识别号码，称该号码为码为句柄句柄。用户可以通过句柄激活或者关闭某图形窗口，。用户可以通过句柄激活

10、或者关闭某图形窗口，axis、xlabel、ylabel、title等命令也只对活动窗口有效。等命令也只对活动窗口有效。19 x=0:0.1:2*pi;y_sin=sin(x);y_cos=cos(x);y_tan=tan(x);y_ctan=cot(x);subplot(2,2,1)plot(x,y_sin);title(sin(x);axis(0 2*pi-1 1);subplot(2,2,2)plot(x,y_cos);title(cos(x);axis(0 2*pi-1 1);subplot(2,2,3)plot(x,y_tan);title(tan(x);axis(0 2*pi-80

11、 80);subplot(2,2,4)plot(x,y_ctan);axis(0 2*pi-80 80);title(ctan(x);例例：在同一窗口内用四个子图分别绘制正弦、余弦、：在同一窗口内用四个子图分别绘制正弦、余弦、正切、余切函数。正切、余切函数。2021例例：用两个窗口分别绘制正弦、余弦函数。：用两个窗口分别绘制正弦、余弦函数。x=0:0.05:2*pi;y_sin=sin(x);y_cos=cos(x);H1=figure(1);plot(x,y_sin);figure(2);plot(x,y_cos);figure(H1);title(y=sin(x);223.同一窗口多次重绘

12、同一窗口多次重绘 若在已存在图形窗口中继续添加新的内容，可以使若在已存在图形窗口中继续添加新的内容，可以使用图形保持命令用图形保持命令hold。hold on：使当前内容保留，绘制新内容；：使当前内容保留，绘制新内容；hold off：使当前内容不具备不被刷新的性质；：使当前内容不具备不被刷新的性质；hold：当前内容是否具有刷新性质的开关。：当前内容是否具有刷新性质的开关。例例：在同一窗口内绘制正弦与余弦波形：在同一窗口内绘制正弦与余弦波形 x=0:0.05:2*pi;y_sin=sin(x);y_cos=cos(x);plot(x,y_sin,b);hold on plot(x,y_cos

13、,g);legend(sin(x),cos(x)hold off234.1.5 二维特殊图形二维特殊图形1.极坐标图极坐标图 polar(theta,rho)：theta为极坐标角度，为极坐标角度，rho为极坐为极坐标半径。标半径。theta=0:0.01:2*pi;rho=sin(theta).*exp(theta);polar(theta,rho,-k)title(polar plot)24 t=0:0.01:2*pi;s=abs(sin(2*t).*cos(2*t);polar(t,s,r+)252.阶梯图形阶梯图形 stairs(x,y)可以绘制阶梯图形。可以绘制阶梯图形。x=-2*p

14、i:0.5:pi*2;y=sin(x);stairs(x,y)title(stairs plot)263.条形图形条形图形 bar(x,y)可以绘制条形图形，适用于少量且离散的可以绘制条形图形，适用于少量且离散的资料。资料。x=-2*pi:0.5:pi*2;y=sin(x);bar(x,y)title(bar plot)274.填充图形填充图形 fill(x,y,c)：绘制并填充二维多边图形，：绘制并填充二维多边图形，x和和y为二为二维多边形顶点坐标向量。字符维多边形顶点坐标向量。字符c规定填充颜色。规定填充颜色。t=(1/16:1/8:1)*2*pi;x=sin(t);y=cos(t);fi

15、ll(x,y,r)axis square285.扇形图形（扇形图形（pie）（1）绘制扇形图形，并可以附加说明。绘制扇形图形，并可以附加说明。x=1 2 3 4;pie(x)pie(x,east,south,west,north)29（2）可以直接将可以直接将x元素视为百分比，画出不完全扇形元素视为百分比，画出不完全扇形图。图。x=0.21 0.14 0.38;pie(x)30（3）可以将某个或者数个扇形向外拖出，以强调部分可以将某个或者数个扇形向外拖出，以强调部分资料。资料。x=1 2 3 4;explode=0 1 1 0;%非零元素代表向外拖出的扇形非零元素代表向外拖出的扇形 pie(x

16、,explode)316.针头图形（针头图形（stem）针头图形是用一个大头针表示某一点数据。针头图形是用一个大头针表示某一点数据。t=0:0.2:4*pi;y=cos(t).*exp(-t/5);stem(t,y,fill)324.2 基本三维图形的绘制基本三维图形的绘制4.2.1 三维曲线图三维曲线图 最基本的三维图形函数为最基本的三维图形函数为plot3，它是将二维绘图，它是将二维绘图函数函数plot的有关功能扩展到三维空间，用来绘制三维图的有关功能扩展到三维空间，用来绘制三维图形。函数格式为：形。函数格式为：plot3(x1，y1，z1，c1，x2，y2，z2，c2，)说明说明：1）以

17、向量）以向量x、y、z为坐标，绘制三维图形；为坐标，绘制三维图形；2）x1，y1，z1表示三维坐标向量，表示三维坐标向量，c1表示线型、表示线型、色彩和数据点形，与二维图形相同。色彩和数据点形，与二维图形相同。33例例：绘制三维图形：绘制三维图形 t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t);grid on axis square title(helix)text(0,0,0,origin)xlabel(sin(t);ylabel(cos(t);zlabel(t);344.2.2 三维网线图和曲面图三维网线图和曲面图1.三维图形的数据准备三维图形的数据准备 画函

18、数画函数z=f(x,y)所代表的三维空间曲面，需要做以下所代表的三维空间曲面，需要做以下的数据处理。的数据处理。（1）确定自变量确定自变量x、y的取值范围和取值间隔；的取值范围和取值间隔；x=x1:dx:x2 y=y1:dy:y2（2）构成构成x-y平面上的自变量采样平面上的自变量采样“格点格点”矩阵。矩阵。“格点格点”矩阵的原理性形成法矩阵的原理性形成法x=x1:dx:x2;y=(y1:dy:y2);X=ones(size(y)*x;Y=y*ones(size(x);利用利用MATLAB生成生成“格点格点”矩阵矩阵x=x1:dx:x2;y=y1:dy:y2;X,Y=meshgrid(x,y)

19、；（3）计算自变量采样计算自变量采样“格点格点”上的函数值，即上的函数值，即Z=f(X,Y)。352.网线图、曲面图的基本指令格式网线图、曲面图的基本指令格式mesh(Z)：以：以Z矩阵矩阵列、行列、行下标为下标为x、y轴自变量轴自变量，画网，画网线图线图mesh(X,Y,Z)：最常用的网线图调用格式：最常用的网线图调用格式mesh(X,Y,Z,C)：最完整调用格式，：最完整调用格式，C指定网线图颜色指定网线图颜色surf(Z)：以：以Z矩阵矩阵列、行列、行下标为下标为x、y轴自变量轴自变量，画网面，画网面图图surf(X,Y,Z)：最常用的网面图调用格式：最常用的网面图调用格式surf(X,

20、Y,Z,C)：最完整调用格式，：最完整调用格式，C指定网面图颜色指定网面图颜色说明说明：在最完整输入格式中，：在最完整输入格式中，4个输入矩阵都是维数相个输入矩阵都是维数相同的矩阵。同的矩阵。X、Y是自变量是自变量“格点格点”矩阵，矩阵，Z是是“格点格点”上的函数矩阵，上的函数矩阵，C是指定是指定“格点格点”用色的矩阵，缺省时，用色的矩阵，缺省时，默认默认C=Z。36例例：绘制曲线图：绘制曲线图 x=-7.5:0.7:7.5;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);R=sqrt(X.2+Y.2);Z=sin(R)./R;mesh(X,Y,Z)37例例：绘制曲面图：绘制曲面图 x=-7.5:

21、0.7:7.5;y=x;X,Y=meshgrid(x,y);R=sqrt(X.2+Y.2);Z=sin(R)./R;surf(X,Y,Z)386.2.3 立体图形与图轴的控制立体图形与图轴的控制1.网格的隐藏网格的隐藏hidden off：显示被遮盖的网格：显示被遮盖的网格hidden on：隐藏被遮盖的网格：隐藏被遮盖的网格2.改变视角改变视角 立体图形的观测角度是由立体图形的观测角度是由方位角方位角（与（与x平面形成的夹平面形成的夹角）和角）和俯仰角俯仰角（与（与z平面形成的夹角）决定的。三维图平面形成的夹角）决定的。三维图形的默认方位角为形的默认方位角为-37.5，俯仰角为，俯仰角为30

22、。view(az,el)：通过方位角和俯仰角改变视角：通过方位角和俯仰角改变视角3.曲面的镂空曲面的镂空 在在MATLAB中，可以用中，可以用NaN取代矩阵在该部分的取代矩阵在该部分的数值，实现数值，实现“镂空镂空”效果。效果。396.3 easy 绘图绘图 easy绘图是符号函数的简易绘图函数，常用的有绘图是符号函数的简易绘图函数，常用的有ezplot、ezplot3。1.ezplot ezplot绘制符号函数的二维图形，有以下命令：绘制符号函数的二维图形，有以下命令：（1）对于函数对于函数f=f(x)：ezplot(f)：在默认区间：在默认区间-2*pix2*pi绘制绘制f=f(x)的图形

23、。的图形。ezplot(f,min,max)：在区间：在区间minxmax绘制绘制f=f(x)的图形。的图形。（2）对于函数对于函数f=f(x,y)：ezplot(f)：在默认区间：在默认区间-2*pix2*pi和和-2*piy2*pi绘绘制制f(x,y)=0的图形。的图形。40ezplot(f,min,max)：在区间：在区间minxmax和和minymax绘制绘制f(x,y)=0的图形。的图形。ezplot(f,xmin,xmax,ymin,ymax)：在区间：在区间xminxxmax和和yminyymax绘制绘制f(x,y)=0的图形。的图形。（3）对于参数方程对于参数方程x=x(t)和

24、和y=y(t)：ezplot(x,y)：在默认区间：在默认区间0t2*pi绘制绘制x=x(t)和和y=y(t)的的图形。图形。ezplot(x,y,tmin,tmax)：在区间：在区间tmin t syms x y ezplot(x2-y4)默认变量范围：默认变量范围：-2*pi 2*pi syms x y ezplot(x2-y4,-3*pi 3*pi)42 syms x y=sin(x);ezplot(x,y)默认变量范围：默认变量范围：0 2*pi syms t x=sin(t);y=cos(t);ezplot(x,y,0,3*pi/2)43 f=(x)cos(x)+2*sin(x);ezplot(f)442.ezplot3 ezplot3绘制符号函数的三维图形，有以下命令：绘制符号函数的三维图形，有以下命令：ezplot3(x,y,z)：绘制三维图形，：绘制三维图形，x、y、z分别表示不分别表示不同坐标轴，变量的默认范围是同坐标轴，变量的默认范围是0 2*piezplot3(x,y,z,tmin,tmax)：x、y、z分别表示不同坐分别表示不同坐标轴，变量的范围是标轴，变量的范围是tmin tmax例例：syms t;ezplot3(sin(t),cos(t),t,0,6*pi)45