MATLAB圖形繪制課件

本次課程主要介紹內(nèi)容基本圖形繪制(平面)三維圖像繪制特殊圖形繪制MATLAB編程繪制曲線仿真系統(tǒng)分析圖形繪制1/3/20231哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作本次課程主要介紹內(nèi)容基本圖形繪制(平面)12/26/20221.繪制3條普通的正弦曲線,區(qū)間為0~2π，步長為π/100。命令為：t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);y2=sin(t-0.25);y3=sin(t-0.5);plot(t,y,t,y2,t,y3)如果想指定線形，則進行如下操作。plot(t,y,'-',t,y2,'--',t,y3,':')繪制圖形如圖所示基本圖形繪制返回1/3/20232哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作1.繪制3條普通的正弦曲線,區(qū)間為0~2π，步長為π/1002.數(shù)據(jù)點繪制隨意定義2個矢量，如下面所示命令為：x=0:pi/15:4*pi;y=exp(2*cos(x));plot(x,y,'r+')%r表示顏色為紅色，+表示點的形狀。繪制圖形如圖所示1/3/20233哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作2.數(shù)據(jù)點繪制繪制圖形如圖所示12/26/20223哈爾濱理三維圖形繪制準(zhǔn)備繪圖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是實際工作中采集的數(shù)據(jù)，也可以由各種命令或函數(shù)創(chuàng)建。如峰形函數(shù)peaks來生成實驗數(shù)據(jù)。創(chuàng)建出圖形窗口?？梢杂胒igure函數(shù)創(chuàng)建，也可以由灰圖函數(shù)自動創(chuàng)建窗口。調(diào)用二維繪圖命令。例如plot、mesh、surf等函數(shù)。當(dāng)然，也可以自己編寫灰圖函數(shù)命令，根據(jù)需要繪制圖形。修飾圖形。例如標(biāo)注軸、設(shè)置視角、設(shè)置光源、改變著著色模式等，當(dāng)然，也可以使用MATLAB提供的默認(rèn)值。下面將以創(chuàng)建一幅三維圖形進行說明,具體步驟如下:返回1/3/20234哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作三維圖形繪制準(zhǔn)備繪圖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是實際工作中采集的數(shù)據(jù)，也

plot3函數(shù)一般的語法調(diào)用格式為：plot3(x,y,z)調(diào)用該命令后，將在三維空間產(chǎn)生一條曲線，該曲線上的點的坐標(biāo)分別為矢量x、y、z的相應(yīng)元素。同時，MATLAB還為該三維曲線生成二維投影。例如，以下程序代碼將繪制一條三維螺旋線，繪制結(jié)果如下所示t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)axissquare;gridon1/3/20235哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作plot3函數(shù)一般的語法調(diào)用格式為：12/26三維繪圖指令示例:subplot(221)x=6*rand(100,1)-3;%x為[-3，3]間的100點隨即數(shù)y=6*rand(100,1)-3;%y為[-3，3]間的100點隨即數(shù)z=peaks(x,y);%z為peaks指令產(chǎn)生的100點輸出[X,Y]=meshgrid(-3:0.1:3);%網(wǎng)格點輸出Z=griddata(x,y,z,X,Y,'cubic');%曲面網(wǎng)格點插值輸出mesh(X,Y,Z);%繪制立體網(wǎng)狀圖holdon%在當(dāng)前坐標(biāo)軸圖形里添加繪制圖形plot3(x,y,z,'.','MarkerSize',16);%繪出100點采樣值holdoff%重置坐標(biāo)系，繪制新圖形1/3/20236哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作三維繪圖指令示例:12/26/20226哈爾濱理工大學(xué)機械動axistight%設(shè)置坐標(biāo)數(shù)值范圍為當(dāng)前數(shù)據(jù)范圍subplot(2,2,2)ezsurfc('sin(x*y)/(x*y)');%精確繪制帶有等高線的曲面圖subplot(2,2,3)t=linspace(0,10*pi,501);plot3(t.*sin(t),t.*cos(t),t,t.*sin(t),t.*cos(t),-t);%同時繪制兩條曲線subplot(2,2,4)[X,Y,Z]=peaks(30);waterfall(X,Y,Z)%水流效果1/3/20237哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作axistight%設(shè)置坐標(biāo)數(shù)值范圍為當(dāng)前數(shù)據(jù)范圍12/21/3/20238哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/20228哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智特殊圖形繪制面域圖、直方圖、餅圖、等高線、相量圖、散點圖等均屬于特殊圖形的范疇，現(xiàn)在詳細(xì)介紹如下其繪制方法：1.面域圖、直方圖、餅圖直方圖和面域圖主要用于在一定時域內(nèi)比較不同數(shù)據(jù)集的結(jié)果，并且顯示這些數(shù)據(jù)的總和。直方圖用于離散數(shù)據(jù)的顯示，而面域圖顯示連續(xù)數(shù)據(jù)的顯示。餅圖用來顯示數(shù)據(jù)元素在總體中所占的百分比的情況，排列圖是相量按遞減順序的直方圖，它反映出遞減數(shù)據(jù)百分比的變化情況。這四種圖形直觀體現(xiàn)了數(shù)據(jù)間的大小關(guān)系或比例情況。返回1/3/20239哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作特殊圖形繪制面域圖、直方圖、餅圖、等高線、相量area函數(shù)的示例如下:Y=[1,5,3;3,2,7;%曲線一:[1312]1,5,3;%曲線二:[6568]=[1312]+[5256]2,6,1];%曲線三:[91299]=[6568]+[3731]subplot(221)area(Y)%依次列項相加繪制曲線(如上面的三個曲線相量),并填充曲線中的區(qū)域gridonsubplot(222)Y=rand(3,5);h=bar(Y,1);subplot(223)Y=cool(7);bar3(Y,'stacked')subplot(224)bar3h(Y,0.25,'detached')1/3/202310哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作area函數(shù)的示例如下:12/26/202210哈爾濱理工大繪制結(jié)果如下所示:1/3/202311哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作繪制結(jié)果如下所示:12/26/202211哈爾濱理工大學(xué)機械

餅圖pie函數(shù)有多種格式。在pie(X)中X可以是相量也可以是矩陣。如果X中各個元素的和大于等1，則繪制出來的餅圖中每個切片占整個餅圖的百分比為這個元素在X的元素值和中的百分比。如果X中各個元素的和小于1，則繪制的是一個不完整的餅圖，每個切片占整個餅圖的百分比就是對應(yīng)于這這個元素的值。

1/3/202312哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作餅圖pie函數(shù)有多種格式。在pie(X)中pie(X,explode)中的參數(shù)explode的維數(shù)須和X的維數(shù)一致,explode中非零元對應(yīng)的切片就是分離的切片。pareto(Y)中的條形長度對應(yīng)于Y元素的數(shù)值，Y遞減順序的下標(biāo)作為x軸的數(shù)值，這里Y只能是相量。pareto(Y,names)中的參數(shù)names元素作為每個條形x軸標(biāo)注，pareto(Y,X)中的X參數(shù)元素值作為對應(yīng)Y元素的x軸標(biāo)注。1/3/202313哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作pie(X,explode)中的參數(shù)expl現(xiàn)舉例子說明如下：subplot(121)x=[130.52.52];explode=[01000];pie(x,explode)subplot(122)names={'一','二','三','四','五'};pareto(x,names)其繪制結(jié)果如下頁所示1/3/202314哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作現(xiàn)舉例子說明如下：12/26/202214哈爾濱理工大學(xué)機械1/3/202315哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202215哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇2.等高線的繪制在地理、氣象等學(xué)科中，我們經(jīng)常需要反映地理、海流等隨經(jīng)緯度變化的情況，這時就需要繪制等高線。在MATLAB中提供了兩類等高線繪制函數(shù):二維等高線函數(shù)(contour、contourf)和三維等高線函數(shù)(contour3)，另外contourc函數(shù)提供計算數(shù)組等高線的功能?，F(xiàn)在舉一個例子簡單說明一下等高線的繪制1/3/202316哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作2.等高線的繪制12/26/202216哈爾濱理工大學(xué)機械動繪制等高線的示例:[X,Y]=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:3);%表面網(wǎng)格函數(shù)Z=X.*exp(-X.^2-Y.^2);subplot(131)[C,b]=contour(X,Y,Z,10);clabel(C,h)%等高線的標(biāo)注subplot(132)[C,h]=contourf(peaks,10);%繪制等高線并填充,格式與contour函數(shù)一致caxis([-2020])%偽彩色,設(shè)置軸參數(shù)CLim和CLimModeclabel(C,h)subplot(133)[C,h]=contour3(X,Y,Z,30);%繪制三維等高線,格式和contour函數(shù)類似1/3/202317哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作繪制等高線的示例:12/26/202217哈爾濱理工大學(xué)機械1/3/202318哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202218哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇3.向量圖的繪制在MATLAB中，箭頭圖通常用來表示方向。二維箭頭圖quiver(X,Y,U,V)在點(X,Y)上用箭頭繪制具有元素(U,V)的速度向量。矩陣X、Y、U、V必須具有相同的大小，其中含有相應(yīng)的位置和速度向量。quiver(…,scale)中的參數(shù)scale代表縮放的比例，scale=0時，向量為默認(rèn)長度：1，此時自動調(diào)整縮放比例，以防止圖形交疊。三維箭頭圖函數(shù)的使用辦法和二維箭頭圖函數(shù)類似，很容易理解，看下面的實例。1/3/202319哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作3.向量圖的繪制12/26/202219哈爾濱理工大學(xué)機械動程序如下：[X,Y]=meshgrid(-2:.2:2);Z=X.*exp(-X.^2-Y.^2);subplot(121)[DX,DY]=gradient(Z,.2,.2);%梯度計算contour(X,Y,Z)%繪制等高線holdon,quiver(X,Y,DX,DY)%繪制箭頭holdoffsubplot(122)[U,V,W]=surfnorm(X,Y,Z);%計算三維表面圖的法線quiver3(X,Y,Z,U,V,W,0.5);%繪制三維箭頭圖holdon,surf(X,Y,Z);%繪制網(wǎng)格表面圖axis([-22-22-.4.4]),holdoff%設(shè)定坐標(biāo)1/3/202320哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作程序如下：12/26/202220哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程繪制結(jié)果如圖所示1/3/202321哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作繪制結(jié)果如圖所示12/26/202221哈爾濱理工大學(xué)機械動4.直方圖的繪制直方圖是通過一組矩形條來反映數(shù)據(jù)的分布情況。直方圖包括笛卡兒坐標(biāo)系下的直方圖和極坐標(biāo)系下的直方圖。hist函數(shù)用于繪制笛卡兒坐標(biāo)系下的直方圖，例如：subplot(121),x=-2.9:0.1:2.9;y=randn(1000,1);%生成一個隨即數(shù)矩陣hist(y,x)%繪制笛卡兒坐標(biāo)系下的直方圖subplot(122)theta=2*pi*rand(1,50);rose(theta)%繪制極坐標(biāo)系下的直方圖1/3/202322哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作4.直方圖的繪制12/26/202222哈爾濱理工大學(xué)機械動1/3/202323哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202223哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇5.散點圖的繪制在科學(xué)和工程計算中，散點圖用于大量數(shù)據(jù)分布情形的統(tǒng)計分析。在MATLAB中用于繪制散點圖的函數(shù)有三個：scatter函數(shù)、scatter3函數(shù)、和plotmatrix函數(shù)。scatter(X,Y,S,C)、scatter(X,Y)和scatter(X,Y,S)表示在向量X和Y所在的坐標(biāo)處繪制一個圓形的圖標(biāo)。參數(shù)S定義了圓形圖標(biāo)的大小，可以為向量也可以為一個常數(shù)，S為向量時，S長度應(yīng)該和X,Y相同，S為一個常量時，圓形圖標(biāo)具有相同的大小。1/3/202324哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作5.散點圖的繪制12/26/202224哈爾濱理工大學(xué)機械動參數(shù)C定義了每個圓形圖標(biāo)的顏色。當(dāng)C為向量時，C的長度應(yīng)該和X保持一致，每個圖形圖標(biāo)的顏色由C的元素決定。當(dāng)C為length(X)*3的矩陣時，圖形圖標(biāo)的顏色由RGB參數(shù)定義。C也可以是顏色字符串量。(如’r’,’y’)等。現(xiàn)在舉一個繪制散點圖的例子，例子如下：subplot(121),loadseamount%打開海（底）山數(shù)據(jù)scatter(x,y,5,z)%繪制散點圖subplot(122),[x,y,z]=sphere(16);%獲取球體的坐標(biāo)X=x(:),Y=y(:),Z=z(:);%矩陣的轉(zhuǎn)換1/3/202325哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作參數(shù)C定義了每個圓形圖標(biāo)的顏色。當(dāng)12/2C=floor(abs(Z)*255);S=floor(abs(Z)+1*50);%定義圖標(biāo)大小和顏色與球體的緯度有關(guān)scatter3(X,Y,Z,S,C,‘filled’)%繪制三維散點圖，填充圖標(biāo)，參數(shù)filled表示填充圖標(biāo)。其繪制結(jié)果如下圖。1/3/202326哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作C=floor(abs(Z)*255);12/26/2022散點圖的繪制結(jié)果1/3/202327哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作散點圖的繪制結(jié)果12/26/202227哈爾濱理工大學(xué)機械動6.圓柱體、橢圓體、球體和彩帶圖函數(shù)的特殊三維圖的繪制圓柱體cylinder函數(shù)、橢圓體vellipsoid函數(shù)、球體sphere函數(shù)和彩帶圖ribbon函數(shù)是一些比較特殊的三維繪圖函數(shù)?，F(xiàn)在簡單舉例如下：程序：subplot(221),t=0:pi/10:2*pi;[X,Y,Z]=cylinder(2+cos(t));%繪制圓柱體surf(X,Y,Z),axissquaresubplot(222)1/3/202328哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作6.圓柱體、橢圓體、球體和彩帶圖函數(shù)的特殊三維圖的繪制12/[xyz]=ellipsoid(1,2,3,5,1,10);%橢圓體數(shù)據(jù)產(chǎn)生view(3),surface(x,y,z)%繪制橢圓，中心為(1,2,3),半徑為(5,1,10)subplot(223)sphere,axisequal%繪制球體subplot(224)[x,y]=meshgrid(-3:.5:3,-3:.1:3);z=peaks(x,y);ribbon(y,z)%繪制彩帶圖1/3/202329哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作[xyz]=ellipsoid(1,2,3,5,1,101/3/202330哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202230哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇MATLAB編程繪制曲線MATLAB也可以運用循環(huán)語句來繪制曲線，本節(jié)主要介紹如果根據(jù)已知數(shù)學(xué)表達式來運用MATLAB循環(huán)語句繪制曲線的方法，現(xiàn)在向大家介紹一個用switch-case語句繪制曲線的例子。例：繪制的曲線。程序如下：t=[0:0.1:18];forx=0.2:0.2:0.8;返回1/3/202331哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作MATLAB編程繪制曲線MATLAB也可以運b=sqrt([1-x^2]);z=atan(b/x);y1=-t*x;y2=t*b+z;y=1-exp(y1).*sin(y2)/b;switchround(10*x)%將x圓整成整數(shù)case2plot(t,y,‘r-’),holdon%采用switch結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同x值，

曲線用不同顏色、數(shù)據(jù)點畫出。case4plot(t,y,'b*'),holdoncase6plot(t,y,'k.'),holdonotherwiseplot(t,y,'g+'),holdonendxlabel('t(秒)'),ylabel('y'),title('二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)')legend('{\xi}=0.2','{\xi}=0.4','{\xi}=0.6','{\xi}=0.8')1/3/202332哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作b=sqrt([1-x^2]);z=atan(b/x);121/3/202333哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202233哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇仿真系統(tǒng)分析圖形繪制在介紹此類曲線的繪制之前，先向大家介紹一些這部分的基本知識。1.傳遞函數(shù)模型：對于一個連續(xù)單輸入單輸出(SISO)的LTI系統(tǒng)，設(shè)輸入量為Xi(s)，輸出量為Xo(s)則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)可以表示為返回1/3/202334哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作仿真系統(tǒng)分析圖形繪制在介紹此類曲線的繪制之前，對應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為

在MATLAB中，傳遞函數(shù)描述法是通過傳遞函數(shù)分子和分母關(guān)于s降序排列的多項式系數(shù)來表示的，并用向量num和den表示：num=[b0b1…bm－1bm]den=[a0a1…am－1am]1/3/202335哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作對應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為12/26/202235哈爾濱理工大學(xué)機在本節(jié)中，主要向大家介紹一下連續(xù)系統(tǒng)頻率特性的MATLAB函數(shù)。所以這里有必要給大家介紹一下如何運用MATLAB對頻率響應(yīng)函數(shù)的計算方法。2.頻率響應(yīng)函數(shù)的計算(1)polyval()因為G(jw)的分子、分母均為有理多項式，可用多項式計算指令ployval()計算系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，其調(diào)用格式為Y=polyval(P,X)1/3/202336哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作在本節(jié)中，主要向大家介紹一下連續(xù)系統(tǒng)12/26【說明】P是多項式系數(shù)向量(降冪排列)，X是自變量(應(yīng)設(shè)為jw)，Y是返回的計算結(jié)果(復(fù)數(shù)數(shù)組)。對Y利用abs()、angle()即可求出系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。

1/3/202337哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作【說明】12/26/202237哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)例如：繪制系統(tǒng)的幅頻特性曲線和相頻特性曲線。程序如下：num=[1111];den=[11540];w=0.05:0.01:0.5*pi;%產(chǎn)生頻率向量Gw=polyval(num,j*w)./polyval(den,j*w);%產(chǎn)生頻率特性mag=abs(Gw);%計算幅頻特性theta=angle(Gw);%計算相頻特性subplot(2,1,1),plot(w,mag)grid,title('幅頻特性')ylabel('|G|')1/3/202338哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作例如：繪制系統(tǒng)subplot(2,1,2),plot(w,theta)grid,title('相頻特性')xlabel('\omega(rad/s)'),ylabel('deg')1/3/202339哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作subplot(2,1,2),plot(w,theta)12(2)freqs()若已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)，還可以用freqs求系統(tǒng)的頻率相應(yīng)。其有以下幾種調(diào)用格式h=freqs(b,a,w)指定實式角頻率,返回響應(yīng)值。[h,w]=freqs(b,a)自動確定200個頻率點，返回響應(yīng)值和對應(yīng)的角頻率向量。[h,w]=freqs(b,a,f)指定頻率(HZ)向量，返回響應(yīng)值和對應(yīng)的角頻率向量。freqs(b,a,w)繪制對指定正實角頻率向量的幅頻和相頻特性曲線。1/3/202340哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作(2)freqs()若已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)，還可以用12/26【說明】b,a均為系統(tǒng)傳遞函數(shù)的分子、分母的系數(shù)向量。在返回指令值的指令中，需調(diào)用abs()和angle()求取幅頻和相頻特性。第四種調(diào)用可直接繪制系統(tǒng)的幅頻和相頻特性曲線，其中幅頻特性曲線為全對數(shù)坐標(biāo)，而相頻特性曲線為半對數(shù)坐標(biāo)，并且可以不指定頻率向量。1/3/202341哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作【說明】12/26/202241哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)例子：用freqs()指令重繪上面例子所示系統(tǒng)的頻率特性曲線。程序如下：num=[1111];den=[11540];w=0.05:0.01:0.5*pi;%產(chǎn)生頻率向量freqs(num,den,w)1/3/202342哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作例子：用freqs()指令重繪上面例子所示系統(tǒng)12/26/21/3/202343哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202243哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇若不指定頻率向量w，直接執(zhí)freqs(num,den),結(jié)果如下所示。顯然該指令能夠自動確定系統(tǒng)頻率響應(yīng)何時得頻率范圍。程序如下：num=[1111];den=[11540];freqs(num,den)1/3/202344哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202244哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇1/3/202345哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202245哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇請大家指正,謝謝!!!!!!1/3/202346哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作請大家指正,謝謝!!!!!!12/26/202246哈爾濱理MATLAB圖形繪制課件MATLAB圖形繪制課件本次課程主要介紹內(nèi)容基本圖形繪制(平面)三維圖像繪制特殊圖形繪制MATLAB編程繪制曲線仿真系統(tǒng)分析圖形繪制1/3/202349哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作本次課程主要介紹內(nèi)容基本圖形繪制(平面)12/26/20221.繪制3條普通的正弦曲線,區(qū)間為0~2π，步長為π/100。命令為：t=0:pi/100:2*pi;y=sin(t);y2=sin(t-0.25);y3=sin(t-0.5);plot(t,y,t,y2,t,y3)如果想指定線形，則進行如下操作。plot(t,y,'-',t,y2,'--',t,y3,':')繪制圖形如圖所示基本圖形繪制返回1/3/202350哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作1.繪制3條普通的正弦曲線,區(qū)間為0~2π，步長為π/1002.數(shù)據(jù)點繪制隨意定義2個矢量，如下面所示命令為：x=0:pi/15:4*pi;y=exp(2*cos(x));plot(x,y,'r+')%r表示顏色為紅色，+表示點的形狀。繪制圖形如圖所示1/3/202351哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作2.數(shù)據(jù)點繪制繪制圖形如圖所示12/26/20223哈爾濱理三維圖形繪制準(zhǔn)備繪圖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是實際工作中采集的數(shù)據(jù)，也可以由各種命令或函數(shù)創(chuàng)建。如峰形函數(shù)peaks來生成實驗數(shù)據(jù)。創(chuàng)建出圖形窗口?？梢杂胒igure函數(shù)創(chuàng)建，也可以由灰圖函數(shù)自動創(chuàng)建窗口。調(diào)用二維繪圖命令。例如plot、mesh、surf等函數(shù)。當(dāng)然，也可以自己編寫灰圖函數(shù)命令，根據(jù)需要繪制圖形。修飾圖形。例如標(biāo)注軸、設(shè)置視角、設(shè)置光源、改變著著色模式等，當(dāng)然，也可以使用MATLAB提供的默認(rèn)值。下面將以創(chuàng)建一幅三維圖形進行說明,具體步驟如下:返回1/3/202352哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作三維圖形繪制準(zhǔn)備繪圖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以是實際工作中采集的數(shù)據(jù)，也

plot3函數(shù)一般的語法調(diào)用格式為：plot3(x,y,z)調(diào)用該命令后，將在三維空間產(chǎn)生一條曲線，該曲線上的點的坐標(biāo)分別為矢量x、y、z的相應(yīng)元素。同時，MATLAB還為該三維曲線生成二維投影。例如，以下程序代碼將繪制一條三維螺旋線，繪制結(jié)果如下所示t=0:pi/50:10*pi;plot3(sin(t),cos(t),t)axissquare;gridon1/3/202353哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作plot3函數(shù)一般的語法調(diào)用格式為：12/26三維繪圖指令示例:subplot(221)x=6*rand(100,1)-3;%x為[-3，3]間的100點隨即數(shù)y=6*rand(100,1)-3;%y為[-3，3]間的100點隨即數(shù)z=peaks(x,y);%z為peaks指令產(chǎn)生的100點輸出[X,Y]=meshgrid(-3:0.1:3);%網(wǎng)格點輸出Z=griddata(x,y,z,X,Y,'cubic');%曲面網(wǎng)格點插值輸出mesh(X,Y,Z);%繪制立體網(wǎng)狀圖holdon%在當(dāng)前坐標(biāo)軸圖形里添加繪制圖形plot3(x,y,z,'.','MarkerSize',16);%繪出100點采樣值holdoff%重置坐標(biāo)系，繪制新圖形1/3/202354哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作三維繪圖指令示例:12/26/20226哈爾濱理工大學(xué)機械動axistight%設(shè)置坐標(biāo)數(shù)值范圍為當(dāng)前數(shù)據(jù)范圍subplot(2,2,2)ezsurfc('sin(x*y)/(x*y)');%精確繪制帶有等高線的曲面圖subplot(2,2,3)t=linspace(0,10*pi,501);plot3(t.*sin(t),t.*cos(t),t,t.*sin(t),t.*cos(t),-t);%同時繪制兩條曲線subplot(2,2,4)[X,Y,Z]=peaks(30);waterfall(X,Y,Z)%水流效果1/3/202355哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作axistight%設(shè)置坐標(biāo)數(shù)值范圍為當(dāng)前數(shù)據(jù)范圍12/21/3/202356哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/20228哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智特殊圖形繪制面域圖、直方圖、餅圖、等高線、相量圖、散點圖等均屬于特殊圖形的范疇，現(xiàn)在詳細(xì)介紹如下其繪制方法：1.面域圖、直方圖、餅圖直方圖和面域圖主要用于在一定時域內(nèi)比較不同數(shù)據(jù)集的結(jié)果，并且顯示這些數(shù)據(jù)的總和。直方圖用于離散數(shù)據(jù)的顯示，而面域圖顯示連續(xù)數(shù)據(jù)的顯示。餅圖用來顯示數(shù)據(jù)元素在總體中所占的百分比的情況，排列圖是相量按遞減順序的直方圖，它反映出遞減數(shù)據(jù)百分比的變化情況。這四種圖形直觀體現(xiàn)了數(shù)據(jù)間的大小關(guān)系或比例情況。返回1/3/202357哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作特殊圖形繪制面域圖、直方圖、餅圖、等高線、相量area函數(shù)的示例如下:Y=[1,5,3;3,2,7;%曲線一:[1312]1,5,3;%曲線二:[6568]=[1312]+[5256]2,6,1];%曲線三:[91299]=[6568]+[3731]subplot(221)area(Y)%依次列項相加繪制曲線(如上面的三個曲線相量),并填充曲線中的區(qū)域gridonsubplot(222)Y=rand(3,5);h=bar(Y,1);subplot(223)Y=cool(7);bar3(Y,'stacked')subplot(224)bar3h(Y,0.25,'detached')1/3/202358哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作area函數(shù)的示例如下:12/26/202210哈爾濱理工大繪制結(jié)果如下所示:1/3/202359哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作繪制結(jié)果如下所示:12/26/202211哈爾濱理工大學(xué)機械

餅圖pie函數(shù)有多種格式。在pie(X)中X可以是相量也可以是矩陣。如果X中各個元素的和大于等1，則繪制出來的餅圖中每個切片占整個餅圖的百分比為這個元素在X的元素值和中的百分比。如果X中各個元素的和小于1，則繪制的是一個不完整的餅圖，每個切片占整個餅圖的百分比就是對應(yīng)于這這個元素的值。

1/3/202360哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作餅圖pie函數(shù)有多種格式。在pie(X)中pie(X,explode)中的參數(shù)explode的維數(shù)須和X的維數(shù)一致,explode中非零元對應(yīng)的切片就是分離的切片。pareto(Y)中的條形長度對應(yīng)于Y元素的數(shù)值，Y遞減順序的下標(biāo)作為x軸的數(shù)值，這里Y只能是相量。pareto(Y,names)中的參數(shù)names元素作為每個條形x軸標(biāo)注，pareto(Y,X)中的X參數(shù)元素值作為對應(yīng)Y元素的x軸標(biāo)注。1/3/202361哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作pie(X,explode)中的參數(shù)expl現(xiàn)舉例子說明如下：subplot(121)x=[130.52.52];explode=[01000];pie(x,explode)subplot(122)names={'一','二','三','四','五'};pareto(x,names)其繪制結(jié)果如下頁所示1/3/202362哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作現(xiàn)舉例子說明如下：12/26/202214哈爾濱理工大學(xué)機械1/3/202363哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202215哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇2.等高線的繪制在地理、氣象等學(xué)科中，我們經(jīng)常需要反映地理、海流等隨經(jīng)緯度變化的情況，這時就需要繪制等高線。在MATLAB中提供了兩類等高線繪制函數(shù):二維等高線函數(shù)(contour、contourf)和三維等高線函數(shù)(contour3)，另外contourc函數(shù)提供計算數(shù)組等高線的功能?，F(xiàn)在舉一個例子簡單說明一下等高線的繪制1/3/202364哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作2.等高線的繪制12/26/202216哈爾濱理工大學(xué)機械動繪制等高線的示例:[X,Y]=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:3);%表面網(wǎng)格函數(shù)Z=X.*exp(-X.^2-Y.^2);subplot(131)[C,b]=contour(X,Y,Z,10);clabel(C,h)%等高線的標(biāo)注subplot(132)[C,h]=contourf(peaks,10);%繪制等高線并填充,格式與contour函數(shù)一致caxis([-2020])%偽彩色,設(shè)置軸參數(shù)CLim和CLimModeclabel(C,h)subplot(133)[C,h]=contour3(X,Y,Z,30);%繪制三維等高線,格式和contour函數(shù)類似1/3/202365哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作繪制等高線的示例:12/26/202217哈爾濱理工大學(xué)機械1/3/202366哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202218哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇3.向量圖的繪制在MATLAB中，箭頭圖通常用來表示方向。二維箭頭圖quiver(X,Y,U,V)在點(X,Y)上用箭頭繪制具有元素(U,V)的速度向量。矩陣X、Y、U、V必須具有相同的大小，其中含有相應(yīng)的位置和速度向量。quiver(…,scale)中的參數(shù)scale代表縮放的比例，scale=0時，向量為默認(rèn)長度：1，此時自動調(diào)整縮放比例，以防止圖形交疊。三維箭頭圖函數(shù)的使用辦法和二維箭頭圖函數(shù)類似，很容易理解，看下面的實例。1/3/202367哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作3.向量圖的繪制12/26/202219哈爾濱理工大學(xué)機械動程序如下：[X,Y]=meshgrid(-2:.2:2);Z=X.*exp(-X.^2-Y.^2);subplot(121)[DX,DY]=gradient(Z,.2,.2);%梯度計算contour(X,Y,Z)%繪制等高線holdon,quiver(X,Y,DX,DY)%繪制箭頭holdoffsubplot(122)[U,V,W]=surfnorm(X,Y,Z);%計算三維表面圖的法線quiver3(X,Y,Z,U,V,W,0.5);%繪制三維箭頭圖holdon,surf(X,Y,Z);%繪制網(wǎng)格表面圖axis([-22-22-.4.4]),holdoff%設(shè)定坐標(biāo)1/3/202368哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作程序如下：12/26/202220哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程繪制結(jié)果如圖所示1/3/202369哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作繪制結(jié)果如圖所示12/26/202221哈爾濱理工大學(xué)機械動4.直方圖的繪制直方圖是通過一組矩形條來反映數(shù)據(jù)的分布情況。直方圖包括笛卡兒坐標(biāo)系下的直方圖和極坐標(biāo)系下的直方圖。hist函數(shù)用于繪制笛卡兒坐標(biāo)系下的直方圖，例如：subplot(121),x=-2.9:0.1:2.9;y=randn(1000,1);%生成一個隨即數(shù)矩陣hist(y,x)%繪制笛卡兒坐標(biāo)系下的直方圖subplot(122)theta=2*pi*rand(1,50);rose(theta)%繪制極坐標(biāo)系下的直方圖1/3/202370哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作4.直方圖的繪制12/26/202222哈爾濱理工大學(xué)機械動1/3/202371哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202223哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇5.散點圖的繪制在科學(xué)和工程計算中，散點圖用于大量數(shù)據(jù)分布情形的統(tǒng)計分析。在MATLAB中用于繪制散點圖的函數(shù)有三個：scatter函數(shù)、scatter3函數(shù)、和plotmatrix函數(shù)。scatter(X,Y,S,C)、scatter(X,Y)和scatter(X,Y,S)表示在向量X和Y所在的坐標(biāo)處繪制一個圓形的圖標(biāo)。參數(shù)S定義了圓形圖標(biāo)的大小，可以為向量也可以為一個常數(shù)，S為向量時，S長度應(yīng)該和X,Y相同，S為一個常量時，圓形圖標(biāo)具有相同的大小。1/3/202372哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作5.散點圖的繪制12/26/202224哈爾濱理工大學(xué)機械動參數(shù)C定義了每個圓形圖標(biāo)的顏色。當(dāng)C為向量時，C的長度應(yīng)該和X保持一致，每個圖形圖標(biāo)的顏色由C的元素決定。當(dāng)C為length(X)*3的矩陣時，圖形圖標(biāo)的顏色由RGB參數(shù)定義。C也可以是顏色字符串量。(如’r’,’y’)等?，F(xiàn)在舉一個繪制散點圖的例子，例子如下：subplot(121),loadseamount%打開海（底）山數(shù)據(jù)scatter(x,y,5,z)%繪制散點圖subplot(122),[x,y,z]=sphere(16);%獲取球體的坐標(biāo)X=x(:),Y=y(:),Z=z(:);%矩陣的轉(zhuǎn)換1/3/202373哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作參數(shù)C定義了每個圓形圖標(biāo)的顏色。當(dāng)12/2C=floor(abs(Z)*255);S=floor(abs(Z)+1*50);%定義圖標(biāo)大小和顏色與球體的緯度有關(guān)scatter3(X,Y,Z,S,C,‘filled’)%繪制三維散點圖，填充圖標(biāo)，參數(shù)filled表示填充圖標(biāo)。其繪制結(jié)果如下圖。1/3/202374哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作C=floor(abs(Z)*255);12/26/2022散點圖的繪制結(jié)果1/3/202375哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作散點圖的繪制結(jié)果12/26/202227哈爾濱理工大學(xué)機械動6.圓柱體、橢圓體、球體和彩帶圖函數(shù)的特殊三維圖的繪制圓柱體cylinder函數(shù)、橢圓體vellipsoid函數(shù)、球體sphere函數(shù)和彩帶圖ribbon函數(shù)是一些比較特殊的三維繪圖函數(shù)?，F(xiàn)在簡單舉例如下：程序：subplot(221),t=0:pi/10:2*pi;[X,Y,Z]=cylinder(2+cos(t));%繪制圓柱體surf(X,Y,Z),axissquaresubplot(222)1/3/202376哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作6.圓柱體、橢圓體、球體和彩帶圖函數(shù)的特殊三維圖的繪制12/[xyz]=ellipsoid(1,2,3,5,1,10);%橢圓體數(shù)據(jù)產(chǎn)生view(3),surface(x,y,z)%繪制橢圓，中心為(1,2,3),半徑為(5,1,10)subplot(223)sphere,axisequal%繪制球體subplot(224)[x,y]=meshgrid(-3:.5:3,-3:.1:3);z=peaks(x,y);ribbon(y,z)%繪制彩帶圖1/3/202377哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作[xyz]=ellipsoid(1,2,3,5,1,101/3/202378哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202230哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇MATLAB編程繪制曲線MATLAB也可以運用循環(huán)語句來繪制曲線，本節(jié)主要介紹如果根據(jù)已知數(shù)學(xué)表達式來運用MATLAB循環(huán)語句繪制曲線的方法，現(xiàn)在向大家介紹一個用switch-case語句繪制曲線的例子。例：繪制的曲線。程序如下：t=[0:0.1:18];forx=0.2:0.2:0.8;返回1/3/202379哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作MATLAB編程繪制曲線MATLAB也可以運b=sqrt([1-x^2]);z=atan(b/x);y1=-t*x;y2=t*b+z;y=1-exp(y1).*sin(y2)/b;switchround(10*x)%將x圓整成整數(shù)case2plot(t,y,‘r-’),holdon%采用switch結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同x值，

曲線用不同顏色、數(shù)據(jù)點畫出。case4plot(t,y,'b*'),holdoncase6plot(t,y,'k.'),holdonotherwiseplot(t,y,'g+'),holdonendxlabel('t(秒)'),ylabel('y'),title('二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)')legend('{\xi}=0.2','{\xi}=0.4','{\xi}=0.6','{\xi}=0.8')1/3/202380哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作b=sqrt([1-x^2]);z=atan(b/x);121/3/202381哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作12/26/202233哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇仿真系統(tǒng)分析圖形繪制在介紹此類曲線的繪制之前，先向大家介紹一些這部分的基本知識。1.傳遞函數(shù)模型：對于一個連續(xù)單輸入單輸出(SISO)的LTI系統(tǒng)，設(shè)輸入量為Xi(s)，輸出量為Xo(s)則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)可以表示為返回1/3/202382哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)院藺勇智制作仿真系統(tǒng)分析圖形繪制在介紹此類曲線的繪制之前，對應(yīng)的脈沖傳遞函數(shù)為

在MATLAB中，傳遞函數(shù)描述法是通過傳遞函數(shù)分子和分母關(guān)于s降序排列的多項式系數(shù)來表示的，并用向量num和den表示：num=[b0b1…bm－1bm]den=[a0a1…am－1am]1/3/202383哈爾濱理工大學(xué)機械動力工程學(xué)