连续时间信号与系统的复频域分析

连续时间信号与系统的复频域分析
连续时间信号与系统的复频域分析

乐山师范学院学生实验报告

实验课程名称: matlab 与信号系统实验 实验日期:2014年 月 日 姓名 学号 同组人 班级 物电 系(院) 电信 专业 2012 级 电信2 班 指导老师 杨济豪

一、实验项目名称

连续时间信号与系统的复频域分析

二、实验目的

1.学会用MATLAB 进行部分分式展开;

2.学会用MATLAB 分析LTI 系统的特性;

3.学会用MATLAB 进行Laplace 正、反变换。

三、实验主要仪器设备仪器、器材、软件等

PC 机与matlab 软件

四、实验原理

见指导书

五、实验内容、步骤

1.验证实验原理中所述的相关程序;

2.求信号)()(3t u te t f t -=的拉普拉斯变换

3.求函数2

3795)(223+++++=s s s s s s F 的反变换 4.已知连续系统的系统函数如下,试用MA TLAB 绘制系统的零极点图,并根据零极点图判断系统的稳定性

23223546

s s s s s ++++-H(s)=

六、实验记录(数据、现象、报表、软件、图象等)

1.1、

format rat;

num=[1,2];

den=[1,4,3,0];

[r,p]=residue(num,den)

r =

-1/6

-1/2

2/3

p =

-3

-1

1.2、

num=[1];

den=[1,2,2,1];

sys=tf(num,den);

figure(1);pzmap(sys);

t=0:0.02:10;

h=impulse(num,den,t);

figure(2);plot(t,h)

title('Impulse Response')

[H,w]=freqs(num,den);

figure(3);plot(w,abs(H))

xlabel('\omega')

title('Magnitude

Response')

012345678910

00.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Magnitude Response

1.3、

syms a t

F=laplace(exp(-t)*sin(a*t))

F =

a/((s+1)^2+a^2)

F=sym('s^2/(s^2+1)');

ft=ilaplace(F)

ft =

dirac(t)-sin(t)

2、

syms a t

F=laplace(t*exp(-3*t))

F =

1/(s+3)^2

3、

F=sym('(s^3+5*s^2+9*s+7)/(s^2+3*s+2)'); ft=ilaplace(F)

ft =

dirac(1,t)+2*dirac(t)+2*exp(-t)-exp(-2*t)

4、

num=[1,1,2];

den=[3,5,4,-6];

sys=tf(num,den);

figure(1);pzmap(sys);

t=0:0.02:10;

h=impulse(num,den,t);

figure(2);plot(t,h)

title('Impulse Response')

-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2

00.20.40.60.8-1.5-1

-0.5

0.5

1

1.5

Pole-Zero Map

Real Axis I m a g i n a r y A x i s 012345678910

020

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Impulse Response

北京理工大学信号与系统实验报告5-连续时间系统的复频域分析

北京理工大学信号与系统实验报告5-连续时间系统的复频域分析

实验5连续时间系统的复频域分析 (综合型实验) 一、实验目的 1)掌握拉普拉斯变换及其反变换的定义并掌握MATLAB 实现方法。 2)学习和掌握连续时间系统函数的定义及复频域分析方法。 3)掌握系统零极点的定义,加深理解系统零极点分布与系统特性的关系。 二、实验原理与方法 1.拉普拉斯变换 连续时间信号x(t)的拉普拉斯变换定义为 (s)(t)e st X x dt +∞ --∞ = ? (1) 拉普拉斯反变换为1 (t)(s)e 2j st j x X ds j σσπ+∞ -∞ =? (2) MATLAB 中相应函数如下: (F) L laplace = 符号表达式F 拉氏变换,F 中时间变量为t ,返回变量为s 的结果表达式。 (F,t)L laplace =用t 替换结果中的变量s 。 () F ilaplace L =以s 为变量的符号表达式L 的拉氏反变换,返回时间变量为t 的结果表达式。 (,) F ilaplace L x =用x 替换结果中的变量t 。

的连续时间系统,其系统函数为s 的有理函数 110 110 ...(s)...M M M M N N N N b s b s b H a s a s a ----+++= +++ (7) 3.连续时间系统的零极点分析 系统的零点指使式(7)的分子多项式为零的点,极点指使分母多项式为零的点,零点使系统的值为零,极点使系统的值为无穷大。通常将系统函数的零极点绘在s 平面上,零点用O 表示,极点用?表示,这样得到的图形为零极点分布图。可以通过利用MATLAB 中的求多项式根的roots 函数来实现对(7)分子分母根的求解,调用格式如下: r=roots(c),c 为多项式的系数向量,返回值r 为多项式的根向量。 求取零极点以及绘制系统函数的零极点分布图可以采用pzmap 函数,调用格式如下: pzmap(sys)绘出由系统模型sys 描述的系统的零极点分布图。 [p,z]=pzmap(sys)这种调用方式返回极点与零点,不绘出零极点分布图。 还有两个专用函数tf2zp 和zp2tf 可实现系统的传递函数模型和零极点增益模型的转换。调用格

实验五 信号与系统的复频域分析

实验五 信号与系统的复频域分析 王靖 08通信 12号 实验目的 (1)掌握利用MA TLAB 进行连续时间信号与系统的复频域分析。 (2)掌握利用MA TLAB 进行离散系统的复频域分析。 实验环境 安装MATLAB7.0以上版本的计算机 实验内容 1. 利用help 命令了解以下命令的基本用法 residue ,roots ,pzmap ,cart2pol ,residuez ,tf2zp ,zplane 2. 部分分式展开的MATLAB 实现 用部分分式展开法求X(s)的反变换。 2321 ()452s X s s s s +=+++ 步骤一:建立新的m 文件,保存并命名为program1.m 。 步骤二:输入以下命令,理解每条命令的含义。 %program1,部分分式展开法求反变换 [10 1];[1452];[,,](,) n u m d en r p k resid u e n u m d en === 步骤三:保存程序并运行,记录得到的结果。 如右图所示 步骤四:由得到的结果可以直接获得X(s)展开表示式 25 4 2 ()21(1)X s s s s =-++++: 步骤五:由此可得到X(s)反变换的原函数,记录。 X(t)=(5exp(-2*t)-4exp(-t)+2texp(-t)) 思考:将其转换成极坐标形式,应该如何使用cart2pol 命令?离散系统的部分分式展开,如何使用命 令residuez ,得到的结果如何利用? 将笛卡尔坐标转化为极坐标用 [angle,mag]=cart2pol(real(r),imag(r)) [r,p,k] = residuez(nun,,den)

北京理工大学信号与系统实验实验5连续时间系统地复频域分析报告报告材料

实验5 连续时间系统的复频域分析 一、实验目的 1.掌握拉普拉斯变换及其反变换的定义,并掌握MATLAB 实现方法。 2.学习和掌握连续时间系统系统函数的定义及复频域分析方法。 3.掌握系统零极点的定义,加深理解系统零极点分布与系统特性的关系。 二、实验原理与方法 1.拉普拉斯变换 连续时间信号)(t x 的拉普拉斯变换定义为 )1.....(..........)()(dt e t x s X st ? +∞ ∞ --= 拉普拉斯反变换定义为 )2....(..........)(21)(ds e s X j t x j j st ?∞ +∞ -=σσπ 在MATLAB 中,可以采用符号数学工具箱的laplace 函数和ilaplace 函数进行拉氏变换和反拉氏变换。 L=laplace(F)符号表达式F 的拉氏变换,F 中时间变量为t ,返回变量为s 的结果表达式。 L=laplace(F,t)用t 替换结果中的变量s 。 F=ilaplace(L)以s 为变量的符号表达式L 的拉氏反变换,返回时间变量为t 的结果表达式。 F=ilaplace(L,x)用x 替换结果中的变量t 。 除了上述ilaplace 函数,还可以采用部分分式法,求解拉普拉斯逆变换,具体原理如下: 当 X (s )为有理分式时,它可以表示为两个多项式之比: )3.(..........)()()(0 110 11a s a s a b s b s b s D s N s X N N N N M M M M +?+++?++==---- 式(3)可以用部分分式法展成一下形式 )4.....(.............)(2211N N p s r p s r p s r s X -++-+-= 通过查常用拉普拉斯变换对,可以由式(1-2)求得拉普拉斯逆变换。 利用 MATLAB 的residue 函数可以将 X (s )展成式(1-2)所示的部分分式展开式,该 函数的调用格式为:[r,p,k] = residue(b,a) 其中b 、a 为分子和分母多项式系数向量,r 、p 、k 分别为上述展开式中的部分分式系数、极点和直项多项式系数。 2.连续时间系统的系统函数

实验六-信号与系统复频域分析

实验六信号与系统复频域分析 一、实验目的 1.学会用MATLAB进行部分分式展开; 2.学会用MATLAB分析LTI系统的特性; 3.学会用MATLAB进行Laplace正、反变换。 4.学会用MATLAB画离散系统零极点图; 5.学会用MATLAB分析离散系统的频率特性; 二、实验原理及内容 1.用MATLAB进行部分分式展开 用MATLAB函数residue可以得到复杂有理分式F(s)的部分分式展开式,其调用格式为 其中,num,den分别为F(s)的分子和分母多项式的系数向量,r为部分分式的系数,p为极点,k为F(s)中整式部分的系数,若F(s)为有理真分式,则k为零。 例6-1 用部分分式展开法求F(s)的反变换 解:其MATLAB程序为 format rat; num=[1,2]; den=[1,4,3,0]; [r,p]=residue(num,den) 程序中format rat是将结果数据以分数形式显示

F(s)可展开为 210.536()13 F s s s s --=++++ 所以,F(s)的反变换为 3211()()326t t f t e e u t --??=--???? 2.用MATLAB 分析LTI 系统的特性 系统函数H (s )通常是一个有理分式,其分子和分母均为多项式。计算H (s )的零极点可以应用MATLAB 中的roots 函数,求出分子和分母多项式的根,然后用plot 命令画图。 在MATLAB 中还有一种更简便的方法画系统函数H (s )的零极点分布图,即用pzmap 函数画图。其调用格式为 pzmap(sys) sys 表示LTI 系统的模型,要借助tf 函数获得,其调用格式为 sys=tf(b,a) 式中,b 和a 分别为系统函数H (s )的分子和分母多项式的系数向量。 如果已知系统函数H (s ),求系统的单位冲激响应h(t)和频 率响应H ω(j )可以用以前介绍过的impulse 和freqs 函数。 例6-2 已知系统函数为 321221 s s s +++H(s)= 试画出其零极点分布图,求系统的单位冲激响应h(t)和频率响应H ω(j ),并判断系统是否稳定。 解:其MATLAB 程序如下: num=[1];

(实验三)连续时间LTI系统的频域分析汇总

实验三 连续时间LTI 系统的频域分析 一、实验目的 1、掌握系统频率响应特性的概念及其物理意义; 2、掌握系统频率响应特性的计算方法和特性曲线的绘制方法,理解具有不同频率响应特性的滤波器对信号的滤波作用; 3、学习和掌握幅度特性、相位特性以及群延时的物理意义; 4、掌握用MA TLAB 语言进行系统频响特性分析的方法。 基本要求:掌握LTI 连续和离散时间系统的频域数学模型和频域数学模型的MATLAB 描述方法,深刻理解LTI 系统的频率响应特性的物理意义,理解滤波和滤波器的概念,掌握利用MATLAB 计算和绘制LTI 系统频率响应特性曲线中的编程。 二、实验原理及方法 1 连续时间LTI 系统的频率响应 所谓频率特性,也称为频率响应特性,简称频率响应(Frequency response ),是指系统在正弦信号激励下的稳态响应随频率变化的情况,包括响应的幅度随频率的变化情况和响应的相位随频率的变化情况两个方面。 上图中x(t)、y(t)分别为系统的时域激励信号和响应信号,h(t)是系统的单位冲激响应,它们三者之间的关系为:)(*)()(t h t x t y =,由傅里叶变换的时域卷积定理可得到: )()()(ωωωj H j X j Y = 3.1 或者: ) () ()(ωωωj X j Y j H = 3.2 )(ωj H 为系统的频域数学模型,它实际上就是系统的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换。即 ? ∞ ∞ --= dt e t h j H t j ωω)()( 3.3 由于H(j ω)实际上是系统单位冲激响应h(t)的傅里叶变换,如果h(t)是收敛的,或者说 是绝对可积(Absolutly integrabel )的话,那么H(j ω)一定存在,而且H(j ω)通常是复数,

实验八 系统的复频域分析

实验八系统的复频域 分析

一、实验目的 1、掌握系统的复频域分析方法。 2、掌握测试系统的频率响应的方法。 二、预习内容 1、系统频响的方法。(见第四章波特图的介绍) 三、实验原理 1. N 阶系统系统的传递函数 用微分方程描述的N 阶系统为: 根据零状态响应(起始状态为零),则对其进行拉氏变换有: 则系统传递函数可表达为: 用差分方程描述的N 阶系统为: 根据零状态响应(起始状态为零),则对其进行拉氏变换有: 则系统传递函数可表达为: 2.根据系统传递函数的零极点图分析系统 零点:传递函数分子多项式的根。 极点:传递函数分母多项式的根。 根据零极点图的不同分布分析系统。 3.涉及到的Matlab 函数 (1)freqz 函数:实验六中出现过,可用来求单位圆上的有理z 变换的值。调用格式:同实验六 (2)zplane 函数:得到有理z 变换的零极点图。 调用格式:zplane(num,den)

其中,num和 den是按z ?1 的升幂排列的、z 变换分子分母多项式系数的行向量。 (3)roots 函数:求多项式的根。 调用格式:r=roots(c), c 为多项式系数向量;r 为根向量。 四、实验内容 1.系统零极点的求解 (1)求解系统和的零极点,验 证下面程序的运行结果,根据系统零极点图分析系统性质。 b=[1,0,-1]; a=[1,2,3,2]; zr=roots(b); pr=roots(a); plot(real(zr),imag(zr),'go',real(pr),imag(pr),'mx','markersize',12,'linewidth',2); grid; legend('零点','极点'); figure; zplane(b,a); (2)参考上述程序,绘制系统和 的零极点图,并分析系统性质。与用zplane 函数直接绘制系统零极点图(注:圆心的圆圈并非系统的零点)做比较。

连续时间LTI系统的频率特性及频域分析

实验报告 实验项目名称:运用Matlab进行连续时间信号卷积运算 (所属课程:信号与系统) 学院:电子信息与电气工程学院 专业: 10电气工程及其自动化 姓名: xx 学号: 201002040077 指导老师: xxx

一、实验目的 1、学会运用MATLAB 分析连续系统的频率特性。 2、掌握相关函数的调用。 二、实验原理 1、一个连续LTI 系统的数学模型通常用常系数线性微分方程描述,即 )()()()()()(01 )(01)(t e b t e b t e b t r a t r a t r a m m n n +'++=+'++ (1) 对上式两边取傅里叶变换,并根据FT 的时域微分性质可得: )(])([)(])([0101ωωωωωωE b j b j b R a j a j a m m n n +++=+++ 101)()()()()(a j a j a b j b j b j E j R j H n n m m ++++++==ωωωωωωω H ( j ω )称为系统的频率响应特性,简称系统频率响应或频率特性。一般H ( j ω )是复函数,可表示为: )()()(ω?ωωj e j H j H = 其中, )(ωj H 称为系统的幅频响应特性,简称为幅频响应或幅频特性;)(ω?称为系统的相频响应特性,简称相频响应或相频特性。H ( j ω )描述了系统响应的傅里叶变换与激励的傅里叶变换间的关系。H ( j ω )只与系统本身的特性有关,与激励无关,因此它是表征系统特性的一个重要参数。 MATLAB 信号处理工具箱提供的freqs 函数可直接计算系统的频率响应的数值解,其语句格式为:H=freqs(b,a,w)其中,b 和a 表示H ( j ω )的分子和分母多项式的系数向量;w 为系统频率响应的频率范围,其一般形式为w1:p:w2,w1 为频率起始值,w2 为频率终止值,p 为频率取值间隔。 H 返回w 所定义的频率点上系统频率响应的样值。注意,H 返回的样值可能为包含实部和虚部的复数。因此,如果想得到系统的幅频特性和相频特性,还需要利用abs 和angle 函数来分别求得。

连续系统的复频域分析

实验四:连续系统的复频域分析 一、实验目的: 1、掌握连续与离散时间系统的正反复频域与Z域变换 2、掌握利用MATLAB进行零极点分析,进一步了解零极点对整个系统的影响 3、掌握simulink环境下系统建模与仿真以及系统求解。 二、实验内容: 1、已知某连续系统的系统函数为: (1)利用[r, p, k]=residue(num, den),求H(s)的极零点以及多项式系数; (2)画出系统的零极点分布图,判断系统得稳定性。 (3)求h(t),判断系统得稳定性。 2、已知某离散系统的系统函数为:, (1)利用[r, p, k]=residuez(num, den)求H(z)的极零点以及多项式系数; (2)画出零极点分布图,判断系统得稳定性。 (3)求单位函数响应用impz(b, a),判断系统是否稳定; 3、已知线性时不变微分方程 在Simulink环境下搭建起系统的仿真模型,并查看仿真结果曲线。(1)写出传递函数H(s),绘出系统模拟框图; (2)当f(t)分别为,,的零状态响应;且当与课本P81的结果进行比较(3)方程的初值为, ,求全响应; 4、已知某信号,n(t)为正态噪声干扰且服从N(0,0.22)分布,对此信号进行采样,采样间隔为0.001s,之后对此信号进行Botterworth低通滤波,从信号中过滤10HZ的输出信号,试对系统进行建模与仿真。 三、实验数据处理与结果分析: 第一题:题1_1:

>> num=[2,5]; den=[1,1,3,2]; [r,p,k]=residue(num,den) r = -0.5750 - 0.7979i -0.5750 + 0.7979i 1.1499 p =-0.1424 + 1.6661i -0.1424 - 1.6661i -0.7152 k =[]

第6章 连续信号的复频域分析

第六章 连续信号的复频域分析 在复频域分析方法中,用复指数信号e st 作为基本信号,将系统的输入信号分解为复指数信号的叠加,然后同样根据线性时不变系统的特性求解系统的输出响应,并进一步分析系统的性能。 连续信号和系统的复频域分析是基于另外一种数学工具,即拉普拉斯变换。本章首先介绍连续信号的拉普拉斯变换及反变换,下一章介绍连续系统的复频域分析。 6.1 基本要求 1.基本要求 ? 掌握双边和单边拉普拉斯变换的定义; ? 了解拉普拉斯变换的零极点及收敛域; ? 掌握单边拉普拉斯变换的性质; ? 熟练掌握单边拉普拉斯反变换的两种典型方法; ? 了解信号的拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系。 2.重点和难点 ? 单边拉普拉斯变换的性质 ? 单边拉普拉斯反变换 6.2 知识要点 1.拉普拉斯变换的定义 (1)双边拉普拉斯变换及反变换 ?∞ ∞--=t t f s F st d e )()( (6-1) ?∞+∞ -= σσs s F t f st d e )(πj 21)( (6-2) (2)单边拉普拉斯变换及反变换 ?∞--=0 d e )()(t t f s F st (6-3) 0,d e )(πj 21)(≥=?∞+∞ -t s s F t f st σσ (6-4)

信号的拉氏变换是信号的复频域描述(复频域表达式),对这些定义说明如下几点: (1)式(6-3)中积分下限取为0- 是考虑到信号f (t )中可能会含有δ(t )。如果给定信号中没有δ(t ),计算时可以将积分下限设为0。 (2)拉氏反变换的定义只需做一般了解,实际求反变换时,一般不用该定义直接计算。 (3)注意到式(6-2)和式(6-4)的区别,说明单边拉氏反变换的结果都为因果信号。 (4)本课程重点掌握单边拉氏变换的定义、性质及反变换。 2.拉普拉斯变换的零极点和收敛域 信号的拉普拉斯变换一般都是有理分式,可以表示为 11011)()()(a s a s b s b s b s D s N s F n n n m m m m ++++++==---- 令F (s )的分子多项式N (s )=0,可以得到一系列根z i (i = 1,2,…,m )。当s = z i 时,F (s )=0,因此将这些根称为F (s )的零点。同样,令F (s )的分母多项式D (s )=0,可以得到一系列根p j (j = 1,2,…,n ),称为F (s )的极点。 [s ]平面是一个复平面,其上每个点都代表s 的一个取值。在[s ]平面上分别用“ ”和“?”将所有的零点和极点表示出来,称为信号拉氏变换的零极点图。 为使信号f (t )的拉普拉斯变换F (s )存在所允许的σ = Re[s ]的取值范围称为该信号的拉普拉斯变换的收敛域。显然,收敛域实质上就是函数F (s )的定义域,并且该定义域只与其复数自变量s 的实部有关,因此在s 平面上表现为这样一个连续的区域,该区域以平行于虚轴的直线为边界。 3.典型信号的拉氏变换 (1)δ(t )?1 (2)t n e -at u (t ) ? 1 )(!++n a s n 根据这一对拉氏变换还可以得到单边指数信号、单位阶跃信号、单位斜变信号等的拉氏变换。 (3)e -at cos ω0tu (t ) ?20 2)(ω+++a s a s e -at sin ω0tu (t ) ?2 020 )(ωω++a s 当a =0时,由以上两对变换得到正弦信号和余弦信号的拉氏变换。 4.单边拉氏变换的性质 教材P.148表6.2.1总结了单边拉氏变换的常用性质。学习这部分内容时需要密切注意与傅里叶变换各性质的区别和联系,特别是大多数性质都有附加条件。具体再总结如下: (1) 大多数性质中所涉及到的信号都必须是因果信号。 (2) 时移性质:t 0>0;尺度变换性质:a >0。 (3) 终值定理要求F (s )的所有极点中,最多只有一个极点等于零(位于[s ]平面的坐标原点),其余极点实部都必须小于零(位于左半平面2、3象限)。 4.单边拉氏反变换 单边拉氏反变换是已知信号的复频域表达式求信号的时域表达式,反变换结果一定都为

实验4:连续系统的频域分析

实验4:连续系统的频域分析 一、实验目的 (1)掌握连续时间信号的傅里叶变换和傅里叶逆变换的实现方法。 (2)掌握傅里叶变换的数值计算方法和绘制信号频谱的方法。 二、实验原理 1.周期信号的分解 根据傅里叶级数的原理,任何周期信号都可以分解为三角级数的组合——称为 ()f t 的傅里叶级数。在误差确定的前提下,可以由一组三角函数的有限项叠加而得到。 例如一个方波信号可以分解为: 11114111 ()sin sin 3sin 5sin 7357E f t t t t t ωωωωπ?? = ++++ ??? 合成波形所包含的谐波分量越多,除间断点附近外,它越接近于原波形,在间断点附近,即使合成的波形所含谐波次数足够多,也任存在约9%的偏差,这就是吉布 斯现象(Gibbs )。 2.连续时间信号傅里叶变换的数值计算 由傅里叶变换的公式: ()()lim ()j t j n n F j f t e dt f n e ωωττωττ∞ ∞ ---∞ →=-∞ ==∑ ? 当 ()f t 为时限信号时,上式中的n 取值可以认为是有限项N ,则有: ()(),0k N j n n F k f n e k N ωτττ-==≤≤∑,其中2k k N π ωτ = 3.系统的频率特性 连续LTI 系统的频率特性称为频率响应特性,是指在正弦信号激励作用下稳态响应随激励信号频率的变化而变化的情况,表示为 () ()() Y H X ωωω= 三、实验内容与方法 1.周期信号的分解 【例1】用正弦信号的叠加近似合成一个频率为50Hz 的方波。 MATLAB 程序如下: clear all; fs=10000; t=[0:1/fs:0.1]; f0=50;sum=0; subplot(211) for n=1:2:9 plot(t,4/pi*1/n*sin(2*pi*n*f0*t),’k ’); hold on; end title(‘信号叠加前’); subplot(212) for n=1:2:9;

用Matlab进行信号与系统的时、频域分析

课程实验报告 题目:用Matlab进行 信号与系统的时、频域分析 学院 学生姓名 班级学号 指导教师 开课学院 日期 用Matlab进行信号与系统的时、频域分析 一、实验目的 进一步了解并掌握Matlab软件的程序编写及运行; 掌握一些信号与系统的时、频域分析实例; 了解不同的实例分析方法,如:数值计算法、符号计算法; 通过使用不同的分析方法编写相应的Matlab程序; 通过上机,加深对信号与系统中的基本概念、基本理论和基本分析方法的理解。 二、实验任务 了解数值计算法编写程序,解决实例; 在Matlab上输入三道例题的程序代码,观察波形图; 通过上机实验,完成思考题; 完成实验报告。 三、主要仪器设备

硬件:微型计算机 软件:Matlab 四、 实验内容 (1) 连续时间信号的卷积 已知两个信号)2()1()(1---=t t t x εε和)1()()(2--=t t t x εε,试分别画出)(),(21t x t x 和卷积)()()(21t x t x t y *=的波形。 程序代码: T=0.01; t1=1;t2=2; t3=0;t4=1; t=0:T:t2+t4; x1=ones(size(t)).*((t>t1)-(t>t2)); x2=ones(size(t)).*((t>t3)-(t>t4)); y=conv(x1,x2)*T; subplot(3,1,1),plot(t,x1); ylabel('x1(t)'); subplot(3,1,2),plot(t,x2); ylabel('x2(t)'); subplot(3,1,3),plot(t,y(1:(t2+t4)/T+1)); ylabel('y(t)=x1*x2'); xlabel('----t/s'); (2)已知两个信号)()(t e t x t ε-=和)()(2/t te t h t ε-=,试用数值计算法求卷积,并分别画出)(),(t h t x 和卷积)()()(t h t x t y *=的波形。 程序代码: t2=3;t4=11; T=0.01; t=0:T:t2+t4; x=exp(-t).*((t>0)-(t>t2)); h=t.*exp(-t/2).*((t>0)-(t>t4)); y=conv(x,h)*T; yt=4*exp(-t)+2*t.*exp(-1/2*t)-4*exp(-1/2*t); subplot(3,1,1),plot(t,x); ylabel('x(t)'); subplot(3,1,2),plot(t,h); ylabel('h(t)'); subplot(3,1,3),plot(t,y(1:(t2+t4)/T+1),t,yt,'--r'); legend('by numberical','Theoretical'); ylabel('y=x*h'); xlabel('----t/s'); (3)求周期矩形脉冲信号的频谱图,已知s T s A 5.0,1.0,1===τ

信号与系统报告 实验5 连续系统的复频域分析实验

信号与系统 实验报告 实验五连续系统的复频域分析 实验五连续系统的复频域分析 一、实验目的 1. 深刻理解拉普拉斯变换、逆变换的定义,掌握用MATLAB实现拉普拉斯变换、逆变换的方法。 2会求几种基本信号的拉氏变换。 3 掌握用MATLAB绘制连续系统零、极点的方法。 4 求解系统函数H(s)。 二

1已知连续时间信号f(t)=sin(t)u(t)、求出该信号的拉普拉斯变换,并用MATLAB 绘制拉普拉斯变换的曲面图。 syms t; ft=sin(t)*heaviside(t); Fs=Laplace(ft); a=-0.5:0.08:0.5; b=-2:0.08:2; [a,b]=meshgrid(a,b); c=a+i*b; d=ones(size(a)); c=c.*c; c=c+d; c=1./c; c=abs(c); mesh(a,b,c); surf(a,b,c) axis([-0.5,0.5,-2,2,0,10]) colormap(hsv

) 2求[(1-e^(-at))]/t的拉氏变换。 syms t s a f1=(1-exp(-a*t))/t; F=laplace(f1,t,s) F = log(s+a)-log(s) 3求F(s)=-log(s)+ log(s+a)的拉氏逆变换syms t s a F =log(s+a)-log(s); f1=ilaplace(F,s,t) f1 = (1-exp(-a*t))/t

4已知某连续系统的系统函数为: H(s)=(s^2+3s+2)/(8s^4+2s^3+3s^2+5)试用MATLAB求出该系统的零极点,画出零极点分布图。 b=[1 3 2]; a=[8 2 3 0 5]; zs=roots(b); ps=roots(a); hold on plot(real(zs),imag(zs),'o'); plot(real(ps),imag(ps),'x'); grid axis([-2.5,1,-1,1]) 5已知H(s)=(s+1)/(s^2+s+1),绘制阶跃响应图形,冲激响应图形,频率激响应图形。 syms t s H=(s+1)/(s^2+s+1); f1=ilaplace(H,s,t); f2=heaviside(t);

连续系统的复频域分析及MATLAB 实现 - 信号与系统实验报告

计算机与信息工程学院设计性实验报告 一、实验目的 1.掌握用matlab 分析系统时间响应的方法 2.掌握用matlab 分析系统频率响应的方法 3.掌握系统零、极点分布与系统稳定性关系 二、实验原理 1.系统函数H(s) 系统函数:系统零状态响应的拉氏变换与激励的拉氏变换之比. H(s)=R(s)/E(s) 在matlab 中可采用多种方法描述系统,本文采用传递函数(系统函数)描述法. 在matlab 中, 传递函数描述法是通过传递函数分子和分母关于s 降幂排列的多项式系数来表示的.例如,某系统传递函数如下 )1(8 .03.11 )(2+++=s s s s H 则可用如下二个向量num 和den 来表示: num=[1,1];den=[1,1.3,0.8] 2.用matlab 分析系统时间响应 1)脉冲响应 y=impulse(num,den,T) T:为等间隔的时间向量,指明要计算响应的时间点. 2)阶跃响应 y=setp(num,den,T) T 同上. 3)对任意输入的响应 y=lsim(num,den,U,T) U:任意输入信号. T 同上. 3.用matlab 分析系统频率响应特性 频响特性: 系统在正弦激励下稳态响应随信号频率变化的特性. ()()() ()j s j H j H s H j e φωω ωω=== |H(j ω)|:幅频响应特性. ?(ω):相频响应特性(或相移特性).

Matlab 求系统频响特性函数freqs 的调用格式: h=freqs(num,den,ω) ω:为等间隔的角频率向量,指明要计算响应的频率点. 4.系统零、极点分布与系统稳定性关系 系统函数H(s)集中表现了系统的性能,研究H(s)在S 平面中极点分布的位置,可很方面地判断系统稳定性. 1) 稳定系统: H(s)全部极点落于S 左半平面(不包括虚轴),则可以满足 0)]([lim =∞ →t h t 系统是稳定的. 2)不稳定系统: H(s)极点落于S 右半平面,或在虚轴上具有二阶以上极点,则在足够长时间后,h(t)仍继续增长, 系统是不稳定的. 3)临界稳定系统: H(s)极点落于S 平面虚轴上,且只有一阶,则在足够长时间后,h(t)趋于一个非零数值或形成一个等幅振荡. 系统函数H(s)的零、极点可用matlab 的多项式求根函数roots()求得. 极点:p=roots(den) 零点:z=roots(num) 根据p 和z 用plot()命令即可画出系统零、极点分布图,进而分析判断系统稳定性. 三、实验内容 设()(1)(2) s H s s p s p = -- 设①p1=-2,p2=-30; ②p1=-2,p2=3 1. 针对极点参数①②, 画出系统零、极点分布图, 判断该系统稳定性. 2. 针对极点参数①②,绘出系统的脉冲响应曲线,并观察t →∞时, 脉冲响应变化趋势. 3. 针对极点参数①, 绘出系统的频响曲线. 四、实验要求 1.预习实验原理; 2.对实验内容编写程序(M 文件),上机运行; 3.绘出实验内容的各相应曲线或图。 五、实验设备 1.装MATLAB 软件的计算机 1台

理工大学信号与系统实验报告连续时间系统的复频域分析

理工大学信号与系统实验报告连续时间系统的 复频域分析 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

实验5连续时间系统的复频域分析 (综合型实验) 一、实验目的 1)掌握拉普拉斯变换及其反变换的定义并掌握MATLAB 实现方法。 2)学习和掌握连续时间系统函数的定义及复频域分析方法。 3)掌握系统零极点的定义,加深理解系统零极点分布与系统特性的关系。 二、实验原理与方法 1.拉普拉斯变换 连续时间信号x(t)的拉普拉斯变换定义为(s)(t)e st X x dt +∞ --∞ =? (1) 拉普拉斯反变换为1 (t)(s)e 2j st j x X ds j σσπ+∞ - ∞ = ? (2) MATLAB 中相应函数如下: (F)L laplace = 符号表达式F 拉氏变换,F 中时间变量为t ,返回变量为s 的结果表达式。 (F,t)L laplace =用t 替换结果中的变量s 。 ()F ilaplace L =以s 为变量的符号表达式L 的拉氏反变换,返回时间变量 为t 的结果表达式。 (,)F ilaplace L x =用x 替换结果中的变量t 。 拉氏变换还可采用部分分式法,当(s)X 为有理分式时,它可以表示为两个多项式之比: 110 1 10 ...(s)(s)(s)...M M M M N N N N b s b s b N X D a s a s a ----+++==+++ (3)

上式可以采用部分分式法展成以下形式 1212(s)...N N r r r X s p s p s p = +++--- (4) 再通过查找常用拉氏变换对易得反变换。 利用residue 函数可将X(s)展成(4)式形式,调用格式为: [r,p,k]residue(b,a)=其中b 、a 为分子和分母多项式系数向量,r 、p 、k 分 别为上述展开式中的部分分式系数、极点和直项多项式系数。 2.连续时间系统的系统函数 连续时间系统的系统函数是指系统单位冲激响应的拉氏变换 (s)(t)e st H h dt +∞ --∞ = ? (5) 连续时间系统的系统函数还可以由系统输入与输出信号的拉氏变换之比得到。 (s)(s)/X(s)H Y = (6) 单位冲激响应(t)h 反映了系统的固有性质,而(s)H 从复频域反映了系统的固有性质。由(6)描述的连续时间系统,其系统函数为s 的有理函数 110 1 10 ...(s)...M M M M N N N N b s b s b H a s a s a ----+++=+++ (7) 3.连续时间系统的零极点分析 系统的零点指使式(7)的分子多项式为零的点,极点指使分母多项式为零的点,零点使系统的值为零,极点使系统的值为无穷大。通常将系统函数的零极点绘在s 平面上,零点用O 表示,极点用?表示,这样得到的图形为零极点分布图。可以通过利用MATLAB 中的求多项式根的roots 函数来实现对(7)分子分母根的求解,调用格式如下:

实验三连续时间LTI系统的频域分析报告

实验三 连续时间LTI 系统的频域分析 一、实验目的 1、掌握系统频率响应特性的概念及其物理意义; 2、掌握系统频率响应特性的计算方法和特性曲线的绘制方法,理解具有不同频率响应特性的滤波器对信号的滤波作用; 3、学习和掌握幅度特性、相位特性以及群延时的物理意义; 4、掌握用MATLAB 语言进行系统频响特性分析的方法。 基本要求:掌握LTI 连续和离散时间系统的频域数学模型和频域数学模型的MATLAB 描述方法,深刻理LTI 系统的频率响应特性的物理意义,理解滤波和滤波器的概念,掌握利用MATLAB 计算和绘制LTI 系统频率响应特性曲线中的编程。 二、实验原理及方法 1 连续时间LTI 系统的频率响应 所谓频率特性,也称为频率响应特性,简称频率响应(Frequency response ),是指系统在正弦信号激励下的稳态响应随频率变化的情况,包括响应的幅度随频率的变化情况和响应的相位随频率的变化情况两个方面。 x(t)、y(t)分别为系统的时域激励信号和响应信号,h(t)是系统的单位冲激响应,它们三者之间的关系为:)(*)()(t h t x t y =,由傅里叶变换的时域卷积定理可得到: )()()(ωωωj H j X j Y = 3.1 或者: ) ()()(ωωωj X j Y j H = 3.2 )(ωj H 为系统的频域数学模型,它实际上就是系统的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换。即

?∞ ∞--= dt e t h j H t j ωω)()( 3.3 由于H(j ω)实际上是系统单位冲激响应h(t)的傅里叶变换,如果h(t)是收敛的,或者说是绝对可积(Absolutly integrabel )的话,那么H(j ω)一定存在,而且H(j ω)通常是复数,因此,也可以表示成复数的不同表达形式。在研究系统的频率响应时,更多的是把它表示成极坐标形式: )()()(ω?ωωj e j H j H = 3.4 上式中,)j (ωH 称为幅度频率相应(Magnitude response ),反映信号经过系统之后,信号各频率分量的幅度发生变化的情况,)(ω?称为相位特性(Phase response ),反映信号经过系统后,信号各频率分量在相位上发生变换的情况。)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数。 对于一个系统,其频率响应为H(j ω),其幅度响应和相位响应分别为)(ωj H 和)(ω?,如果作用于系统的信号为t j e t x 0 )(ω=,则其响应信号为 t j e j H t y 0)()(0ωω= t j j e e j H 00)(0)(ωω?ω=))((000)(ω?ωω+=t j e j H 3.5 若输入信号为正弦信号,即x(t) = sin(ω0t),则系统响应为 ))(sin(|)(|)sin()()(00000ω?ωωωω+==t j H t j H t y 3.6 可见,系统对某一频率分量的影响表现为两个方面,一是信号的幅度要被)(ωj H 加权,二是信号的相位要被)(ω?移相。 由于)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数,所以,系统对不同频率的频率分量造成的幅度和相位上的影响是不同的。

连续时间信号与系统的频域分析

第3章连续时间信号与系统的频域分析3.1 学习要求 1、掌握周期信号的频谱及其特点; 2、了解周期信号的响应问题; 3、掌握非周期信号的频域描述——傅立叶变换; 4、熟练掌握傅立叶变换的性质与应用; 5、掌握系统的频域特性及响应问题; 6、了解系统的无失真传输和理想滤波。 3.2 本章重点 1、频谱的概念及其特性; 2、傅里叶变换及其基本性质; 3、响应的频域分析方法; 4、系统频率响应的概念。 3.3 知识结构

3.4内容摘要 3.4.1信号的正交分解 两个矢量1V 和2V 正交的条件是这两个矢量的点乘为零,即: o 1212cos900?=?=V V V V 若有一个定义在区间()12,t t 的实函数集{}()(1,2,,)i g t i n =L ,在该集合中所有的函数满足 ?????=≠===??2 1 21,,2,1,0)()(,,2,1)(2t t j i t t i i n j j i dt t g t g n i k dt t g ΛΛ 则称这个函数集为区间()12,t t 上的正交函数集。式中i k 为常数,当1i k =时,称此函数集为归一化正交函数集。 若实函数集{}(),1,2,,i g t i n =L 是区间()12,t t 内的正交函数集,且除()i g t 之外 {}(),1,2,,i g t i n =L 中不存在()x t 满足下式 2 1 20()t t x t dt <<∞?且2 1 ()()0t i t x t g t dt =? 则称函数集{}(),1,2,,i g t i n =L 为完备正交函数集。 若在区间()12,t t 上找到了一个完备正交函数集{}(),1,2,,i g t i n =L ,那么,在此区间的信号()x t 可以精确地用它们的线性组合来表示 11221 ()()()()()n n i i i x t C g t C g t C g t C g t ∞ ==++++=∑L L 各分量的标量系数为 2 1 21 2 ()()d ()d t i t i t i t x t g t t C g t t = ?? 系数i C 只与()x t 和()i g t 有关,而且可以互相独立求取。 3.4.2周期信号的傅里叶级数 1、三角形式的傅里叶级数 0001 ()(cos sin )n n n x t a a n t b n t ωω∞ ===++∑

实验八 连续系统的复频域分析

a=-0.5:0.08:0.5; b=-2:0.08:2; [a,b]=meshgrid(a,b); d=ones(size(a)); c=a+i*b; c=c.*c; c=c+d; c=1./c c=abs(c); surf(a,b,c); axis=([-0.5,0.5,-2,2,0.15]); title('单边正弦信号拉氏变换图'); colormap(hsv); 2. a=0:0.5:5; b=-20:0.1:20; [a,b]=meshgrid(a,b); c=a+i*b; c=(1-exp(-2*c)./c); c=abs(c) mesh(a,b,c); sufr(a,b,c); view(-10,20); axis([-0.5:-20,20,0.2]); title('拉氏变换S域像函数'); w=-20:0.1:20; Fw=(2*sin(w).*exp(i*w)); plot(w,abs(Fw)) title=('傅里叶变换'); xlabel('频率w'); 3. a=[1,2,-3,2,1]; b=[1,4]; sjdt(a,b); a=[1,5,16,30]; b=[5,20,25,0]; sjdt(a,b); 4. a=[8,2,3,15]; b=[1,3,2]; [p,q]=sjdt(a,b); 5.

a=[1,0]; b=[1]; impulse(b,a) a=[1,2]; b=[1]; impulse(b,a) a=[1,-2]; b=[1]; impulse(b,a) a=[1,1,16,25]; b=[1]; impulse(b,a) a=[1,0,16]; b=[1]; impulse(b,a) a=[1,-1,16,25]; b=[1]; impulse(b,a) 6. q=[0,0]; p=[-100,100]; f1=0; f2=1000; k=0.1; splxy(f1,f2,k,p,q) q=[0,0]; f1=0; f2=1000; k=0.1; p=[-500,-1000]; splxy(f1,f2,k,p,q) q=[0,0]; f1=0; f2=1000; k=0.1; p=[-2000,-4000]; splxy(f1,f2,k,p,q) 7. 8

系统的复频域分析实验报告

实验六 系统的复频域分析 信号)(t x 的拉普拉斯变换 ?∞ ∞--=dt e t x s X st )()( (6.1) 是连续时间傅立叶变换地推广。连续时间傅立叶变换在研究连续时间信号与系统中是很有用的。然而,许多信号不存在傅立叶变换而存在拉普拉斯变换,这使得拉普拉斯变换成为线性时不变系统分析的一种有用方法。对一大类信号来说,它们的拉普拉斯变换可以表示为s 的多项式之比,即 ) () ()(s D s N s X = 这里)(s N 和)(s D 分别称作分子和分母多项式。能表示成多项式之比的变换称为有理变换,这里作为满足线性常系数微分方程的LTI 系统的系统函数中常常出现。除了一个标量因子外,有理变换是完全由多项式)(s N 和)(s D 的根决定的,这些根分别称为零点和极点。由于这些根在LTI 系统的研究中起着重要的作用,所以它们以零极点图的方式展现出来的是很方便的。这一章将用拉普拉斯变换在复频域研究LTI 系统的一些性质。 §6.1 MATLAB 函数lsim (用于系统函数) 目的 用lsim 仿真由系统函数表征的因果LTI 系统的输出。 相关知识 第二章所讨论的是如何用lsim 命令仿真一个输出满足一个线性常系数微分方程的因果LTI 连续时间系统。因为系统函数唯一地表征了关联系统输入和输出的微分方程。所以由系统函数表征的因果LTI 系统的输出也能够用lsim 仿真。如果系统函数给出如下形式: ) ()1()1()()1()1()(N a s N a s a M b s M b s b s H N M +-+++-++= (6.2) 那么,对输入地系统)(t x 的系统输出就能用lsim(b,a,x,t)仿真,其中MATLAB 向量b 和a 包含了分子分母s 多项式的系数。

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