Matlab画图

受 到控制界广泛接受的一个重要原因是因为它提供了方便的绘图
功能.本章主要介绍2维图形对象的生成函数及图形控制函数的使用方 法,还将
简单地介绍一些图形的修饰与标注函数及操作和控制MATLAB各种图形对象的
方法.
第一节 图形窗口与坐标系
一.图形窗口
1.MATLAB在图形窗口中绘制或输出图形,因此图形窗口就像一张绘图纸.
2. 在MATLAB下,每一个图形窗口有唯一的一个序号h,称为该图形窗口的
句柄.MATLAB通过管理图形窗口的句柄来管理图 形窗口;
3.当前窗口句柄可以由MATLAB函数gcf获得;
4.在任何时刻,只有唯一的一个窗口是当前的图形 窗口(活跃窗口);
figure(h)----将句柄为h的窗口设置为当前窗口;
5.打开图形窗口的方法有三种:
1)调用 绘图函数时自动打开;
2)用File---New---Figure新建;
3)figure命令打开,close命令关 闭.
在运行绘图程序前若已打开图形窗口,则绘图函数不再打开,而直接利用已
打开的图形窗口;若运行程序前已存在多个图形窗 口,并且没有指定哪个窗
口为当前窗口时,则以最后使用过的窗口为当前窗口输出图形.
6.窗口中的图形打印:用图形窗口的File菜单中 的Print项.
7.可以在图形窗口中设置图形对象的参数.具体方法是在图形窗口的Edit菜
单中选择Properties项,打开图 形对象的参数设置窗口,可以设置对象的属
性.
二.坐标系
1.一个图形必须有其定位系统,即坐标系;
2.在一个图形 窗口中可以有多个坐标系,但只有一个当前的坐标系;
3.每个坐标系都有唯一的标识符,即句柄值;
4.当前坐标系句柄可以由 MATLAB函数gca获得;
5.使某个句柄标识的坐标系成为当前坐标系,可用如下函数:axes(h) h为指
定坐标系句柄值.
6.一些有关坐标轴的函数:
1)定义坐标范围:一般MATLAB自动定义坐标范 围,如用户认为设定的不
合适,可用:axis([Xmin, Xmax, Ymin, Ymax]) 来重新设定;
29
2) 坐标轴控制:MATLAB的缺省方式是在绘图时,将所在的坐标系也画出
来,为隐去坐标系,可用axis off;axis on则显示坐标轴
(缺省值).
3)通常MATLAB的坐标系是长方形,长宽比例大约是 4:3,为了得到一个
正方形的坐标系可用:axis square
4)坐标系横纵轴的比例是自动设置的,比例可能不一样,要得到相同比 例
的坐标系,可用:axis equal
第二节 二维图形的绘制
一. plot函数
plot 函数是最基本的绘图函数,其基本的调用格式为:
1.plot(y)------绘制向量y对应于其元素序数的二维曲线图, 如果y为复数向量,
则绘制虚部对于实部的二维曲线图.
例:绘制单矢量曲线图.
y=[0 0.6 2.3 5 8.3 11.7 15 17.7 19.4 20];
plot(y)
由于y矢量有10个元素,x坐标自动定义为[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10].图形为:
12345678910
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
2.plot(x,y)------ 绘制由x,y所确定的曲线.
1)x,y是两组向量,且它们的长度相等,则plot(x,y)可以直观地绘出以x为
横坐标,y为纵坐标的 图形.
如:画正弦曲线:
t=0:0.1:2*pi;
y=sin(t);
plot(t,y)
2)当 plot(x,y)中,x是向量,y是矩阵时,则绘制y矩阵中各行或列对应于
30
向量x的曲线.如果y阵中行的长度与x向量的 长度相同,则以y的行
数据作为一组绘图数据;如果y阵中列的长度与x向量的 长度相同,则
以y的列数据作为一组绘图数据;如果y阵中行, 列均与x向量的长度相
同,则以y的每列数据作为一组绘图数据.
例:下面的程序可同时绘出三条曲线.MATLAB在绘制多条曲 线时,会
按照一定的规律自动变化每条曲线的的颜色.
x=0:pi/50:2*pi;
y(1,:)=sin(x);
y(2,:)=0.6*sin(x);
y(2,:)=0.3*sin(x);
plot(x,y)
或者还可以这样用:
x=0:pi/50:2*pi;
y=[ sin(x); 0.6*sin(x); 0.3*sin(x)];
plot(x,y)
01234567
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
3) 如果x,y是同样大小的矩阵,则plot(x,y)绘出y中各列相应于x中各列的
图形.
例:x(1,:)=0:pi/50:2*pi;
x(2,:)=pi/4:pi/50:2*pi+pi/4;
x(3,:)=pi/2:pi/50:2*pi+pi/2;
y(1,:)=sin(x(1,:));
y(2,:)=0.6*sin(x(2,:));
y(3,:)=0.3*sin(x(3,:));
plot(x,y)
x=x';
y=y';
figure
31
plot(x,y)
在这个例子中,x------ 3x101,y------3x101,所以第一个plot按列画出
101条曲线,每条3个点;而x'------101x3,y'------ 101x3,所以第二个plot
按列画出3条曲线,每条101个点.
012345678
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
012345678
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
3. 多组变量绘图:plot(x1, y1, 选项1, x2, y2, 选项2, ……)
上面的plot格式中,选项是指为了区分多条画出曲线的 颜色,线型及标记点
而设定的曲线的属性.MATLAB在多组变量绘图时,可将曲线以不同的颜
色,不同的线型及标记点表示出来.这 些选项如下表所示:
各种颜色属性选项
选 项 意 义 选 项 意 义
'r' 红色 'm' 粉红
'g' 绿色 'c' 青色
32
'b' 兰色 'w' 白色
'y' 黄色 'k' 黑色
各种线型属性选项
选 项 意 义 选 项 意 义
'-' 实线 '--' 虚线
':' 点线 '-.' 点划线
各种标记点属性选项
选 项 意 义 选 项意 义
'.' 用点号绘制各数据点 '^' 用上三角绘制各数据点
'+' 用'+'号绘制各数据点 'v' 用下三角绘制各数据点
'*' 用'*'号绘制各数据点 '>' 用右三角绘制各数据点
' .' 用'.'号绘制各数据点 '<' 用左三角绘制各数据点
's'或squar 用正方形绘制各数据点'p' 用五角星绘制各数据点
'd'或diamond用菱 形绘制各数据点 'h' 用六角星绘制各数据点
这些选项可以连在一起用,如:'-.g'表示绘制绿色的点划线,'g+'表示用绿
色的 '+'号绘制曲线.
注意:1)表示属性的符号必须放在同一个字符串中;
2)可同时指定2~3个属性;
3) 与先后顺序无关;
4)指定的属性中,同一种属性不能有两个以上.
例:t=0:0.1:2*pi;
y1=sin(t);
y2=cos(t);
y3=sin(t).*cos(t);
plot(t,y1, '-r',t,y2, ':g',t,y3, '*b')
该 程序还可以按下面的方式写:
t=0:0.1:2*pi;
y1=sin(t);
y2=cos(t);
y3=sin(t).*cos(t);
plot(t,y1, '-r')
hold on
plot(t,y2, ':g')
plot(t,y3, '*b')
hold off
注:在MATLAB中,如画图前已有打开的图形窗口,则再画图系统将自动
擦 掉坐标系中已有的图形对象,但设置了hold on后,可以保持坐标系中已绘出
的图形.
33
01234567
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
图(a)
还可以进一步设置包括线的宽度(LineWidth),标记点的边缘颜色
(MarkerEdgeColor),填充颜色 (MarkerFaceColor)及标记点的大小(MarkerSize)
等其它绘图属性.
例:设置绘图线的线型,颜色,宽度,标记 点的颜色及大小.
t=0:pi/20:pi;
y=sin(4*t).*sin(t)/2;
plot(t,y,'-bs','LineWidth',2,... %设置线的宽度为2
'MarkerEdgeColor','k',... %设置标记点边缘颜色为黑色
'MarkerFaceColor','y',... %设置标记点填充颜色为黄色
'MarkerSize',10) %设置标记点的尺寸为10
绘出图形如下:
00.511.522.533.5
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
34
4. 双Y轴绘图:plotyy()函数.
其调用格式为:
plotyy(x1,y1,x2,y2)------ 绘制由x1,y1和x2,y2确定的两组曲线,其中x1,
y1的坐标轴在图形窗口的左侧,x2,y2的坐标轴在
图形窗口的右侧.
Plotyy(x1,y1,x2,y2, 'function1','function2')------功能同上,function是指那些
绘图函数如:plot,semilogx,
loglog 等.
例如:在一个图形窗口中绘制双Y轴曲线.
x=0:0.3:12;
y=exp(-0.3*x).*sin(x)+0.5;
plotyy(x,y,x,y,'plot','stem')
图形如下:
024681012
0
0.5
1
1.5
024681012
0
0.5
1
1.5
stem: 绘制stem形式的曲线(上端带圈的竖线).
绘图结果:两条图线自动用不同的颜色区分,两个坐标的颜色与图线的颜
色相对应,左边的Y轴 坐标对应的是plot形式的曲线,右边的Y坐标对应的
是stem形式的曲线.
二.对数坐标图绘制函数:
在对数坐标图的绘制中,有三种绘图函数:semilogx,semilogy和loglog函
数.
1)semilogx( )------绘制以X轴为对数坐标轴的对数坐标图.
其调用格式为:semilogx(x,y,'属性选项')
其 中属性选项同plot函数.
该函数只对横坐标进行对数变换,纵坐标仍为线性坐标.
2)semilogy( )------绘制以Y轴为对数坐标轴的对数坐标图.
其调用格式为:semilogy(x,y,'属性选项')
该 函数只对纵坐标进行对数变换,横坐标仍为线性坐标.
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3)loglog( )------ 绘制X,Y轴均为对数坐标轴的图形.
其调用格式为:loglog(x,y,'属性选项')
该函数分别对 横,纵坐标都进行对数变换.
例:x=0:0.1:6*pi;
y=cos(x/3)+1/9;
subplot(221), semilogx(x,y);
subplot(222), semilogy(x,y);
subplot(223), loglog(x,y);
4)MATLAB还提供了一个实用的函数:logspace( )函数, 可按对数等间距地分
布来产生一个向量,其调用格式为:
x=logspace(x1,x2,n)
这里,x1 表示向量的起点;x2表示向量的终点;n表示需要产生向量点的
个数(一般可以不给出,采用默认值50).
在控制系统分析中一般采用这种 方法来构成频率向量w.关于它的应用后面
还要讲到.
三.极坐标图的绘制函数:
绘 极坐标图可用polar( )函数.其调用格式如下:
polar(theta, rho,'属性选项')------theta:角度向量,rho:幅值向量,属性
内容与plot函数基本一致.
例如:极坐 标模型为:3145/)/)cos((+ =θρ, ],[πθ80∈则绘出极坐标图
的程序为:theta=0:0.1:8*pi;
p=cos((5*theta)/4)+1/3;
polar(theta,p)
0.5
1
1.5
30
210
60
240
90
270
120
300
150
330
1800
四. 绘制多个子图:subplot( )函数
MATLAB允许在一个图形窗口上绘制多个子图(如对于多变量 系统的输
出),允许将窗口分成nxm个部分.
分割图形窗口用subplot函数来实现,其调用格式为:
subplot(n,m,k) 或subplot(nmk)------n,m分别表示将窗口分割的行数和列数,
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k表示要画图部分的代号,表示第几个图 形,nmk三个数可以连写,中间不用
符号分开.
例如:将窗口划分成2x2=4个部分,可以这样写:
subplot(2,2,1),plot(……)
subplot(2,2,2),……
subplot(2,2,3),……
subplot(2,2,4),……
221 222
223 224
注:subplot函数没有画图功能,只是将窗口分割.
第三节 图形的修饰与标注
MATLAB提供了一些特殊的函数修饰画出的图形,这些函数如下:
1) 坐标轴的标题:title函数
其调用格式为:title('字符串')------字符串可以写中文
如:title('My own plot')
2)坐标轴的说明:xlabel和ylabel函数
格式:xlabel('字符串')
ylabel(' 字符串')
如:xlabel('This is my X axis')
ylabel('My Y axis')
3)图形 说明文字:text和gtext函数
A.text函数:按指定位置在坐标系中写出说明文字.
格 式为:text(x1, y1, '字符串', '选项')
x1,y1为指定点的坐标;'字符串'为要标注的文字;'选项'决定x1,y1
的 坐标单位,如没有选项,则x1,y1的坐标单位和图中一致;如选项为'sc',
则x1,y1表示规范化窗口的相对坐标,其范围为0到1.
(1,1)
规范化窗口
(0,0)
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如:text(1,2, '正弦曲线')
B.gtext函数:按照 鼠标点按位置写出说明文字.
格式为:gtext('字符串')
当调用这个函数时,在图形窗口中出现一个随鼠标移动的大十字 交叉线,
移动鼠标将十字线的交叉点移动到适当的位置,点击鼠标左键,gtext参数中
的字符串就标注在该位置上.
4) 给图形加网格:grid函数
在调用时直接写grid即可.
上面的函数的应用实例:
例: 在图形中加注坐标轴标识和标题及在图形中的任意位置加入文本.
t=0:pi/100:2*pi;
y=sin(t);
plot(t,y),grid,
axis([0 2*pi -1 1])
xlabel('0 leq itt rm leq pi','FontSize',16)
ylabel('sin(t)','FontSize',20)
title('正弦函数图形','FontName',' 隶书' ,'FontSize',20)
text(pi,sin(pi),'leftarrowsin(t)=0','FontSize',16)
text(3*pi/4,sin(3*pi/4),'leftarrowsin(t)=0.707', 'FontSize',16)
text(5*pi/4,sin(5*pi/4),' sin(t)=-0.707rightarrow',...
'FontSize',16,'HorizontalAlignment','right')
画出的图形为:
0246
-1
-0.5
0
0.5
1
0 ≤ t ≤ π
sin(t)
正 弦函数图形
←sin(t)=0
←sin(t)=0.707
sin(t)=-0.707→
5) 在图形中添加图例框:legend函数
其调用格式为:
A.legend('字符串1', '字符串2', ……)------以字符串1,字符串2…… 作
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为图形标注的图例.
B.legend('字符串1', '字符串2', ……, pos)------pos指定图例框显示的位置.
图例框被预定了6个显示位置:
0------ 取最佳位置;
1------右上角(缺省值);
2------左上角;
3------左下角;
4------右 下角;
-1------图的右侧.
例:在图形中添加图例.
x=0:pi/10:2*pi;
y1=sin(x);
y2=0.6*sin(x);
y3=0.3*sin(x);
plot(x,y1,x,y2,'-o',x,y3,'-*')
legend('曲线1','曲线2','曲线3')
绘出图形如下:
02468
-1
-0.5
0
0.5
1
曲 线1
曲线2
曲线3
6)用鼠标点选屏幕上的点:ginput函数
格式为: [x, y, button]=ginput(n)
其中:n为所选择点的个数;x,y均为向量,x为所选n个点的横坐标;
y为所选n个 点的纵坐标.
button为n维向量,是所选n个点所对应的鼠标键的标号:
1------左键;
2------中键;
3------ 右键.
可用不同的鼠标键来选点,以区别所选的点.
此语句可以放在绘图语句之后,它可在绘出的图形上操作,选择你所感
兴趣的 点,如峰值点,达到稳态值的点等,给出点的坐标,可求出系统的
性能指标.
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第四节 MATLAB下图形对象的修改
MATLAB图形对象是指图形系统中最基本,最底层的单元,这些对象包括:
屏幕(Root),图形窗口(Figures), 坐标轴(Axes),控件(Uicontrol),菜单(Uimenu),
线(Lines),块(Patches),面(Surface),图像 (Images),文本(Text)等等.
根据各对象的相互关系,可以构成如下所示的树状层次:
Root
Figures
Axes Uicontrol Uimenu Uicontextmenu (对象菜单)
Images Line Patch Surface Text
对各种图形对象进行修改和控制,要使用MATLAB的图形对象句柄
(Handle).在MATLAB中, 每个图形对象创立时,就被赋予了唯一的标识,这
个标识就是该对象的句柄.
句柄的值可以是一个数,也可以是一个矢量.如每个计算机的根对 象只有
一个,它的句柄总是0,图形窗口的句柄总是正整数,它标识了图形窗口的序号
等.
利用句柄可以操纵一个已经存在的图形对象 的属性,特别是对指定图形对
象句柄的操作不会影响同时存在的其它图形对象,这一点是非常重要的.
一.对图形对象的修改可以用下面函数:
1)set函数:用于设置句柄所指的图形对象的属性.
Set函数的格式为:
set(句柄, 属性名1, 属性值1, 属性名2, 属性值2, ……)
例:h=plot(x,y)
set(h, 'Color', [1,0,0])------将句柄所指曲线的颜色设为红色.
2)get函数:获取指定句柄的图形对象指定属性的当前值.
格 式为:get(句柄, '属性名')
如: get(gca, 'Xcolor')------获得X轴的当前颜色属性值.
执行后可返 回X轴的当前颜色属性值[0,0,0](黑色).
3)如果没有设置句柄,则可以使用下列函数获得:
gcf:获得当前图形窗 口的句柄;
gca:获得当前坐标轴对象的句柄;
gco:获得当前对象的句柄.
如:
A.要对图形窗口的底色进行修 改,可用:
set(gcf, 'Color', [1,1,1])------将图形窗口底色设为白色
B.要把当前X轴的颜色改为绿 色,可用:
set(gca, 'Xcolor', [0,1,0])
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C.还可对坐标轴的显示刻度进行定义:
t=-pi:pi/20:pi;
y=sin(t);
plot(t,y)
set(gca,'xtick',[-pi:pi/2:pi],'xticklabel',['-pi','-pi/2','0','pi/2','pi'])
-pi-pi/20pi/2pi
-1
-0.5
0
0.5
1
本例中用'xtick'属性设置x轴 刻度的位置(从-pi~pi,间隔pi/2,共设置
5个点),用'xticklabel'来指定刻度的值,由于通常习惯于用角度度量三角函
数, 因此重新设置['-pi','-pi/2','0','pi/2','pi']5个刻度值.
二.一些常用的属性如下:
1)Box属 性:决定图形坐标轴是否为方框形式,选项为'on'(有方框),
'off'(无方框);
2)'ColorOrder'属性:设置多条曲 线的颜色顺序,默认值为:
[1 1 0;1 0 1;0 1 1;1 0 0;0 1 0;0 0 1]
黄色 粉色 天蓝 红色 绿色 兰色
颜色向量还有:[1 1 1]------白色;[0 0 0]------黑色.
3)坐标轴方向属 性:'Xdir','Ydir','Zdir',其选项为:
'normal'------正常
'reverse'------反向
4) 坐标轴颜色和线型属性:'Xcolor','Ycolor','Zcolor'------ 轴颜色,
值为颜色向量
'LineWidth'------ 轴的线宽,值为数字
'Xgrid','Ygrid','Zgrid'------坐标轴上是
否加网格,值为'on'和'off'.
5)坐标轴的标尺属性:'Xtick','Ytick','Ztick'------ 标度的位置,值为
向量
'Xticklabel','Yticklabel','Zticklabel'------ 轴上
标度的符号,它的值为与标度位置向量同样大
小(向量个数相同)的向量.
5)字体设置属 性:'FontAngle'------ 设置字体角度,选项为:
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'normal'------ 正常;
'italic'------ 斜体;
'oblique'------ 倾斜;
'FontName'------ 字体名称;
'FontSize'------ 字号大小
'FontWeight'------ 字体的轻重,选项为:'light',
'normal','bold'