コメントのやり取りで解決したようなので、回答として投稿しておきます。
lsim
はmatplotlib
ではなくcontrol.matlab
のメソッドのようですね。
control.matlab.lsim
python control での lsim の使い方
PythonControlで正弦波に対する応答を求める。
他にscipy
にも同名のメソッドがあり、機能としては類似らしいですが、こちらは戻り値の内容や並び方が違うので別物のようです。
scipy.signal.lsim
「三つの返り値を設定してやらないと動きません。これはなぜでしょうか?」というのは、以下のようにそれがこのメソッドの仕様だからです。
control.matlab.lsim(sys, U=0.0, T=None, X0=0.0)
Returns:
- yout (array) – Response of the system.
- T (array) – Time values of the output.
- xout (array) – Time evolution of the state vector.
そして「三つの返り値...それぞれは何を表しているのか」については、上記control.matlab.lsim
仕様の記述と、名前から推測できる元であろうMATLAB
の解説で以下のように記述されています。
lsim
推定に使用したものと同じ入力データと推定コマンドによって返された初期状態を使用して、sys の応答をシミュレートします。
[y,t,x] = lsim(sys,z.InputData,[],x0);
ここで、y はシステム応答、t はシミュレーションに使用される時間ベクトル、x は状態軌跡です。
「おまけに、このコードでは、yは二本の波形が出てきます。」については同様にMATLAB
の解説を見ると、2本の波形は入力信号とシステム応答と思われます。
システム応答のプロット
lsim コマンドを使用すると、任意の信号 (たとえば正弦波) に対する応答をシミュレートすることもできます。入力信号は灰色、システムの応答は青色で表示されます。
「lsimそれだけを実行してもグラフがプロットされる」というのは上記ページのようにMATLABの開発環境とかツール上の話か、Pythonでも何か同様の環境の話と思われます。
「帰ってくる二本の波形のうち、一本だけをプロットしたい場合はどうすれば良いのでしょうか?」について:
print(type(y))
とprint(y)
してみればわかりますが、y
は2次元のnumpy.ndarray
です。
こちらの記事NumPy配列ndarrayの要素・行・列を取得(抽出)、代入にあるように
d0 = y[:, 0]
d1 = y[:, 1]
とすれば抽出できるのでは?
数値はUd
とは同じではないようですが、それを
ax[0].plot(Td,d0)
ax[1].plot(Td,d1)
としてみれば分けて表示出来るでしょう。
「ax[1].plot(y)のコードだけで時間軸もx軸にプロット出来ているという点です。これはなぜでしょうか?」について:
表示されたグラフのX
軸の目盛りとかmatplotlib.pyplot.plotの仕様を見ると、以下のplot(y) # plot y using x as index array 0..N-1
のようにパラメータが1個だけ指定されたならY
軸データを指定したことになり、X
軸にはデータのインデックス(何番目であるか)が使われるようです。
>>> plot(x, y) # plot x and y using default line style and color
>>> plot(x, y, 'bo') # plot x and y using blue circle markers
>>> plot(y) # plot y using x as index array 0..N-1
>>> plot(y, 'r+') # ditto, but with red plusses
lsim
はmatplotlib
ではなくcontrol.matlab
のメソッドのようですね。control.matlab.lsim, python control での lsim の使い方, PythonControlで正弦波に対する応答を求める。 他にscipy
の物もあるようですが、こちらは戻り値が違うので別物のようです。scipy.signal.lsimMATLAB
の解説を見ると、2本の波形は入力信号とシステム応答と思われます。システム応答のプロット, lsim 「lsimそれだけを実行してもグラフがプロットされる」というのはMATLABの開発環境とかツール上の話か、Pythonでも何か同様の環境の話では?print(type(y))
とprint(y)
してみればわかりますが、y
は2次元のndarrayです。こちらの記事 NumPy配列ndarrayの要素・行・列を取得(抽出)、代入 にあるようにd0 = y[:, 0]
,d1 = y[:, 1]
とすれば抽出できるのでは? 数値はUd
とは同じではないようですが、それをax[0].plot(Td,d0)
,ax[1].plot(Td,d1)
としてみれば分けて表示出来るでしょう。