实验十 连续时间系统的模拟(硬件实验)
实验十 连续时间系统的模拟(硬件实验)
一、 目的
学习根据给定的连续系统的传输函数，用基本运算单元组成模拟装置。
二、 原理
1． 线性系统的模拟
系统的模拟就是用基本运算单元组成的模拟装置来模拟实际的系统。这些实际的系统可以是电的或非电的物理量系统，也可以是社会、经济和军事等非物理量系统。模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，但是两者之间的微分方程完全相同，输入输出关系即传输函数也完全相同。模拟装置的激励和响应是电物理量，而实际系统的激励和响应不一定是电物理量，但它们之间的关系是一一对应的。所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统，最终达到在一定条件下确定最佳参数的目的。对于那些用数学手段较难处理的高阶系统来说，系统模拟就更为有效。 2． 传输函数的模拟
若已知实际系统的传输函数为：
10111()()()n n n
n
n n
a s a s a Y s H s F s s
b s b --+++==+++ （1） 分子、分母同乘以n s -得：
11011111()
()()()1()
n n n n a a s a s P s Y s H s F s b s b s Q s ------+++===
+++ （2） 式中1()P s -和1()Q s -分别代表分子、分母的s 负幂次方多项式。因此：
111
()()()()
Y s P s F s Q s --=?
（3）
令：11
()()
X F s Q s -=
（4）
则111()()n n F s XQ s X b s X b s X ---==++
+ （5）
1
1()n n X F s b s X b s X --??=-+
+?? (6)
1101()()n n Y s P s X a X a s X a s X ---==+++ (7)
根据式（6）可以画出如图1所示的模拟框图。在该图的基础上考虑式（7）就可以画出如图2所示系统模拟框图。在连接模拟电路时，1s -用积分器，1b -、2b -、3b -及0a 、1a 、2a 均用标量乘法器，负号可用倒相器，求和用加法器。值得注意的问题是，积分运算单元有积分
时间常数τ，即积分运算单元的实际传递函数为1/s τ-，所示标量乘法器的标量12,,
,n b b b ---应分别乘以12,,
,n τττ。同理，01,,
,n a a a 应分别乘以012,,,
,n ττττ。此外，
本实验采用的积分器是反相积分器，即传递函数为1/s τ--，所以01,,,n a a a 还应分别乘以
012(1),(1),(1),
,(1)n ----，同理，12,,
,n b b b 也应分别乘12(1),(1),
,(1)n ---。对于图3(a)所示
的电路，其电压传输函数为： 21
1()1
()1()1u s H S u s s RC
-=
=
+ （8） 如RC 值等于积分器的时间常数τ，则可以用图3(b)所示的模拟装置来模拟，该装置只用了一个加法器和一个积分时间常数为τ的反相积分器。
附：用信号流图法，有
10111()()()n n n
n
n n
a s a s a Y s H s F s s
b s b --+++==+++ 整理成梅森(Mason)公式形式，得：
10111()
()()1n n n n
n a s a s a Y s H S F s b s b s ---+++==??----??
（9） 由Mason 公式的含义，可画出此系统的信号流图如图4所示，其中和可以用加法器实现，1
s -可以用积分器实现，常数01,,,n a a a 及12,,,n b b b 可以用标量乘法器实现。因此，根据此信号的流图可画出图2所示的模拟系统的方框图。
图3－1 模拟框图
图3－2 系统模拟框图
图3－3 一阶RC 电路模拟 (a) 一阶RC 电路；(b) 模拟电路
1U 2
5.1R K =Ω
5.1R K =Ω
0.047C F
μ=
图3－4 系统信号流图
图3－5 RC 低通电路
图3－6 运算单元连接方式，
其中该连接方式中的四个运放可采用LM324实现。LM324芯片的管脚如图7所示。
图3－7 LM324芯片的管脚图
三、实验内容
用基本运算单元模拟图5所示的RC低通电路的传输特性。在运算单元连接方式中，反τ=，与图5中的RC值一致。实验时分别测量RC电路及其模相积分器的时间常数0.24ms
拟装置的幅频特性，并比较两者是否一致。
四、实验仪器
1．GDS-806C数字存储示波器；
EE1640C系列函数信号发生器/计数器；
2．LM324芯片、相应的电阻、电容和面包板。
五、实验报告需解决的问题
1.求出RC低通电路的传输函数()
H s，画出系统的模拟框图；
RC低通电路的系统函数如下： H(s)=(a^2)/(s^2+3*a*s+a^2) 其中a=1/RC,值为4170。用基本运算单元模拟图画出RC低通电路的传输特性。在运算单元连接方式中，反相积分器的时间常数为0.24ms，实验时分别测量RC电路及其模拟装置的幅频特性，并比较两者是否一致。
系统的模拟框图：
1．选择特定的激励信号（正弦波、方波、三角波），确定系统的响应；
实验时，我们选用的是正弦波，所测的幅频特性实验数据如下列所示：
从这两条曲线图我们可以分析得出有源和无源低通滤波器的曲线大致的相同，其中有源滤波器的稍微比无源的高些，可以得出有源滤波器的截止频率比无源的截止频率稍微的高一些。
六、实验总结与思考
这次硬件实验和上次的硬件实验有很多的相似之处，实验室所遇到的主要的问题是将各个硬件电路正确连接后，接入实验所需的正弦信号，在示波器上并不能得到我们所期望的波形图，可能是外界的干扰太大，这时候要耐心地调处正常的波形图出来，如果波形图出现失真的，那将会导致实验结果的不准确，甚至是错误。还有一点要注意，在滤波器幅频特性实验时要注意临界值附近的频率测量多次，以达到更好的效果，这样能够得到更好的幅频特性曲线，从而与理论情况相比较。
进行实验操作前，最好是能够做到将实验的原理完全的弄清楚，以便能够正确的分析出实验过程中可能遇到的各种实验问题，做实验时要有一种科学的实验态度，做到善始善终。
实验二 连续时间系统的模拟实验报告
信号与系统 实验报告 （信号与系统实验箱） HD-XH-II型 实验二连续时间系统的模拟 学院 专业班级 姓名学号 指导教师 实验报告评分：_______
连续时间系统的模拟 一、实验目的 1.了解用集成运算放大器构成基本运算单元—标量乘法器，加法和计分器，以及它们的组合全加积分器的方法。 2.掌握用以上基本运算单元以及它们的组合构成模拟系统，模拟一阶和二阶连续时间系统的原理和方法，并用实验测定模拟系统的特性。 二、实验内容及步骤 1.一阶模拟系统阶跃响应的观测 （1）对图9-5（c）的实际的电路，在输入端TP901处输入幅度Uim=0.2V，频率=200HZ的方波，观测输入波形及输出（TP903处）响应波形，比较输入波形与输出波形的周期和幅度，测量时间常数τ和放大倍数A。 （2）输入幅度Uim=0.2V的正弦波信号，由低频（20HZ左右）开始，缓慢改变正弦波信号频率，测出低通滤波器的截止频率f0. 2．二阶模拟系统频率特性测试 对图9-6（c）的实际电路，在输入端TP905处输入幅度Uim=0.2V正弦波，改变正弦波的信号频率，此时，应注意保持输入电压不变，记录相应的输出（TP907处）电压值，画出扶贫特性曲线，测定系统的放大倍数A，中心频率f0及其频带宽度Bw，计
算品质因素Q。 三、实验过程 一阶模拟系统 一阶模拟系统输入波形： 输出波形：
（1）放大倍数A=Rf/R1=10K/1K=10 H(s)=(a^2)/(s^2+3*a*s+a^2) 其中a=1/RC,值为4170。 以log f为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制滤波器的幅频特性曲线。再以log f为横坐标，Φ（ω）为纵坐标，绘制滤波器的相频特性曲线。 RC低通滤波器幅频响应曲线图如下：
系统仿真综合实验指导书(2011.6)
系统仿真综合实验指导书 电气与自动化工程学院 自动化系 2011年6月
前言 电气与自动化工程学院为自动化专业本科生开设了控制系统仿真课程，为了使学生深入掌握MATLAB语言基本程序设计方法，运用MATLAB语言进行控制系统仿真和综合设计，同时开设了控制系统仿真综合实验，30学时。为了配合实验教学，我们编写了综合实验指导书，主要参考控制系统仿真课程的教材《自动控制系统计算机仿真》、《控制系统数字仿真与CAD》、《反馈控制系统设计与分析——MATLAB语言应用》及《基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用》。
实验一MATLAB基本操作 实验目的 1．熟悉MATLAB实验环境，练习MATLAB命令、m文件、Simulink的基本操作。 2．利用MATLAB编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。 3．利用Simulink建立系统的数学模型并仿真求解。 实验原理 MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。MATLAB有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。 1．命令窗口（The Command Window） 当MATLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。 在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m-文件。 2．m-文件编辑窗口（The Edit Window） 我们可以用m-文件编辑窗口来产生新的m-文件，或者编辑已经存在的m-文件。在MATLAB 主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m-文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m-文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m-文件。 3．图形窗口（The Figure Window） 图形窗口用来显示MATLAB程序产生的图形。图形可以是2维的、3维的数据图形，也可以是照片等。 MATLAB中矩阵运算、绘图、数据处理等内容参见教材《自动控制系统计算机仿真》的相关章节。 Simulink是MATLAB的一个部件，它为MATLAB用户提供了一种有效的对反馈控制系统进行建模、仿真和分析的方式。 有两种方式启动Simulink:
信号与系统实验总结1
实验总结 班级：10电子班学号：1039035 姓名：田金龙这学期的实验都有：信号的时域分析、线性时不变系统的时域分析、连续时间信号系统的频域分析、连续时间在连续时间信号的频域LTI系统的复频域分析、连续时间LTI系统的频域分析。在这学期的学习中学习了解到很多关于信号方面的处理方法加上硬件动手的实践能力，让我对课堂上所学到的知识有了更深层次的理解也加深了所学知识的印象。下面则是对每次实验的分析和总结： 实验一：信号的时域分析 在第一次试验中进行信号的时域分析还有的就是学会使用MATLAB软件来利用它实现一些相关的运算并且绘制出相关的信号图。在时域分析中掌握连续时间信号和离散时间信号的描述方法，并能够实现各种信号的时域变化和运算。了解单位阶跃信号和单位冲激信号的拓展函数，以便于熟悉这两种函数在之后的程序中的应用。在能够对简单信号的描述的前提下，通过一些简单的程序，实现信号的分析，时域反相，时域尺度变换和周期信号的描述。 clear, close all dt=0.01; t=-2:dt:2; x=u(t); plot(t,x) title('u signal u(t)') grid on 连续时间信号的时域分析后，则是离散时间信号的仿真。通过对连续时间信号的描述和对离散时间信号的描述，发现它们的不同之处在于对时间的定义和对函数的图形描述。在离散时间信号的图形窗口描述时，使用的是stem（n，x）函数。 在硬件实验中，使用一些信号运算单元，加法器，减法器，倍乘器，反相器，积分器和微分器。输入相应的简单信号，观察通过不同运算单元输出的信号。 实验二：线性时不变系统的时域分析 在线性时不变系统的时域分析中主要研究的就是信号的卷积运算，学会进行信号的卷积
信号与系统实验
《信号与系统及MATLAB实现》实验指导书
前言 长期以来，《信号与系统》课程一直采用单一理论教学方式，同学们依靠做习题来巩固和理解教学内容，虽然手工演算训练了计算能力和思维方法，但是由于本课程数学公式推导较多，概念抽象，常需画各种波形，作题时难免花费很多时间，现在，我们给同学们介绍一种国际上公认的优秀科技应用软件MA TLAB，借助它我们可以在电脑上轻松地完成许多习题的演算和波形的绘制。 MA TLAB的功能非常强大，我们此处仅用到它的一部分，在后续课程中我们还会用到它，在未来地科学研究和工程设计中有可能继续用它，所以有兴趣的同学，可以对MA TLAB 再多了解一些。 MA TLAB究竟有那些特点呢？ 1．高效的数值计算和符号计算功能，使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来； 2．完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化； 3．友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，易于学习和掌握； 4．功能丰富的应用工具箱，为我们提供了大量方便实用的处理工具； MA TLAB的这些特点，深受大家欢迎，由于个人电脑地普及，目前许多学校已将它做为本科生必须掌握的一种软件。正是基于这些背景，我们编写了这本《信号与系统及MA TLAB实现》指导书，内容包括信号的MA TLAB表示、基本运算、系统的时域分析、频域分析、S域分析、状态变量分析等。通过这些练习，同学们在学习《信号与系统》的同时，掌握MA TLAB的基本应用，学会应用MA TLAB的数值计算和符号计算功能，摆脱烦琐的数学运算，从而更注重于信号与系统的基本分析方法和应用的理解与思考，将课程的重点、难点及部分习题用MA TLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现，加深对信号与系统的基本原理、方法及应用的理解，为学习后续课程打好基础。另外同学们在进行实验时，最好事先预习一些MA TLAB的有关知识，以便更好地完成实验，同时实验中也可利用MA TLAB的help命令了解具体语句以及指令的使用方法。
实验七 连续时间系统的模拟(硬件实验)
实验七 连续时间系统的模拟(硬件实验) 一、 目的 学习根据给定的连续系统的传输函数，用基本运算单元组成模拟装置。 二、 原理 1． 线性系统的模拟 系统的模拟就是用基本运算单元组成的模拟装置来模拟实际的系统。这些实际的系统可以是电的或非电的物理量系统，也可以是社会、经济和军事等非物理量系统。模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，但是两者之间的微分方程完全相同，输入输出关系即传输函数也完全相同。模拟装置的激励和响应是电物理量，而实际系统的激励和响应不一定是电物理量，但它们之间的关系是一一对应的。所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统，最终达到在一定条件下确定最佳参数的目的。对于那些用数学手段较难处理的高阶系统来说，系统模拟就更为有效。 2． 传输函数的模拟 若已知实际系统的传输函数为： 10111()()()n n n n n n a s a s a Y s H s F s s b s b --+++==+++ （1） 分子、分母同乘以n s -得： 11011111() ()()()1() n n n n a a s a s P s Y s H s F s b s b s Q s ------+++===+++ （2） 式中1()P s -和1()Q s -分别代表分子、分母的s 负幂次方多项式。因此： 111 ()()()() Y s P s F s Q s --=? （3） 令：11 ()() X F s Q s -= （4） 则111()()n n F s XQ s X b s X b s X ---==+++ （5） 11()n n X F s b s X b s X --??=-++?? (6) 1101()()n n Y s P s X a X a s X a s X ---==+++ (7) 根据式（6）可以画出如图3-1所示的模拟框图。在该图的基础上考虑式（7）就可以画出如图3-2所示系统模拟框图。在连接模拟电路时，1s -用积分器，1b -、2b -、3b -及0a 、1a 、2a 均用标量乘法器，负号可用倒相器，求和用加法器。值得注意的问题是，积分运算单元有积 分时间常数τ，即积分运算单元的实际传递函数为1/s τ-，所示标量乘法器的标量 12,,,n b b b --- 应分别乘以12,,,n τττ 。同理，01,,,n a a a 应分别乘以012,,,,n ττττ 。此外， 本实验采用的积分器是反相积分器，即传递函数为1/s τ--，所以01,,,n a a a 还应分别乘以 012(1),(1),(1),,(1)n ---- ，同理，12,,,n b b b 也应分别乘12(1),(1),,(1)n --- 。对于图3-3(a)
系统仿真实验报告
中南大学系统仿真实验报告 指导老师胡杨 实验者 学号 专业班级 实验日期 2014.6.4 学院信息科学与工程学院
目录 实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算 (3) 实验二MATLAB绘图命令 (7) 实验三MATLAB程序设计 (9) 实验四MATLAB的符号计算与SIMULINK的使用 (13) 实验五MATLAB在控制系统分析中的应用 (17) 实验六连续系统数字仿真的基本算法 (30)
实验一MATLAB中矩阵与多项式的基本运算 一、实验任务 1．了解MATLAB命令窗口和程序文件的调用。 2．熟悉如下MATLAB的基本运算： ①矩阵的产生、数据的输入、相关元素的显示； ②矩阵的加法、乘法、左除、右除； ③特殊矩阵：单位矩阵、“1”矩阵、“0”矩阵、对角阵、随机矩阵的产生和运算； ④多项式的运算：多项式求根、多项式之间的乘除。 二、基本命令训练 1．eye(m) m=3; eye(m) ans = 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2．ones(n)、ones(m,n) n=1;m=2; ones(n) ones(m,n) ans = 1 ans = 1 1
3．zeros(m,n) m=1,n=2; zeros(m,n) m = 1 ans = 0 0 4．rand(m,n) m=1;n=2; rand(m,n) ans = 0.8147 0.9058 5．diag(v) v=[1 2 3]; diag(v) ans = 1 0 0 0 2 0 0 0 3 6．A\B 、A/B、inv(A)*B 、B*inv(A) A=[1 2;3 4];B=[5 6;7 8]; a=A\B b=A/B c=inv(A)*B d=B*inv(A) a = -3 -4 4 5 b = 3.0000 -2.0000 2.0000 -1.0000
信号与系统实验报告1
学生实验报告 （理工类） 课程名称：信号与线性系统专业班级：M11通信工程 学生学号：1121413017 学生姓名：王金龙 所属院部：龙蟠学院指导教师：杨娟
20 11 ——20 12 学年第 1 学期 金陵科技学院教务处制 实验报告书写要求 实验报告原则上要求学生手写，要求书写工整。若因课程特点需打印的，要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。纸张一律采用A4的纸张。 实验报告书写说明 实验报告中一至四项内容为必填项，包括实验目的和要求；实验仪器和设备；实验内容与过程；实验结果与分析。各院部可根据学科特点和实验具体要求增加项目。 填写注意事项 （1）细致观察，及时、准确、如实记录。 （2）准确说明，层次清晰。 （3）尽量采用专用术语来说明事物。 （4）外文、符号、公式要准确，应使用统一规定的名词和符号。 （5）应独立完成实验报告的书写，严禁抄袭、复印，一经发现，以零分论处。 实验报告批改说明 实验报告的批改要及时、认真、仔细，一律用红色笔批改。实验报告的批改成绩采用百分制，具体评分标准由各院部自行制定。 实验报告装订要求
实验批改完毕后，任课老师将每门课程的每个实验项目的实验报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的实验大纲。
实验项目名称：常用连续信号的表示 实验学时： 2学时 同组学生姓名： 无 实验地点： A207 实验日期： 11.12.6 实验成绩： 批改教师： 杨娟 批改时间： 一、实验目的和要求 熟悉MATLAB 软件；利用MATLAB 软件，绘制出常用的连续时间信号。 二、实验仪器和设备 586以上计算机，装有MATLAB7.0软件 三、实验过程 1. 绘制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?=； 2. 绘制指数信号at Ae t (f =），其中A=1，0.4a -=； 3. 绘制矩形脉冲信号，脉冲宽度为2； 4. 绘制三角波脉冲信号，脉冲宽度为4；斜度为0.5； 5. 对上题三角波脉冲信号进行尺度变换，分别得出)2t (f ，)2t 2(f -； 6. 绘制抽样函数Sa （t ）,t 取值在-3π到+3π之间； 7. 绘制周期矩形脉冲信号，参数自定； 8. 绘制周期三角脉冲信号，参数自定。 四、实验结果与分析 1．制正弦信号)t Asin t (f 0?ω+=（），其中A=1，πω2=，6/π?= 实验代码： A=1;
信号与系统综合实验项目doc信号与系统综合实验项目(竞
信号与系统综合实验项目doc 信号与系统综合实验项目 (竞 实 验 指 导 项目一 用MATLAB 验证时域抽样定理 目的： 通过MATLAB 编程实现对时域抽样定理的验证，加深抽样定理的明白得。同时训练应用运算机分析咨询题的能力。 任务： 连续信号f(t)=cos(8*pi*t)+2*sin(40*pi*t)+cos(24*pi*t)，通过理想抽样后得到抽样信号fs(t)，通过理想低通滤波器后重构信号f(t)。 方法： 1、确定f(t)的最高频率fm 。关于无限带宽信号，确定最高频率fm 的方法：设其频谱的模降到10-5左右时的频率为fm 。 2、确定Nyquist 抽样间隔T N 。选定两个抽样时刻：T S 过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验 实验一 过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三 串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四 比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五 解耦控制系统 . (19) 实验一 过程控制系统建模 指导内容：（略） 作业题目一： 常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。 作业题目二： 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶 系统的理解，分别进行下列仿真： （1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线； （2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。 信号与系统实验 姓名： 年级： 学号： 河南大学通信工程系 200 年月 目录 实验系统概述 (2) 1.1概述 (2) 1.2电路组成概述 (2) 1.3JH5004信号产生模块的使用方法 (5) 实验一常用信号的分类与观察 (8) 实验二信号的基本运算单元 (14) 实验三信号的合成 (19) 实验四线性时不变系统 (22) 实验五ＡＭ调制与解调 (26) 实验六信号的抽样与恢复（ＰＡＭ） (30) 实验系统概述 1.1 概述 在信号与系统课程主要包含确定信号经过线性时不变系统所涉及的基本概念与基本分析方法。JH5004实验系统紧密围绕当前“信号与系统”课程的核心内容，根据当今技术发展的特点，提供了一系列具有特色的实验项目。 1.2 电路组成概述 在JH5004“信号与系统”实验箱中，主要由以下功能模块组成： 1、基本运算单元； 2、信号的合成； 3、线性时不变系统； 4、零输入响应与零状态响应； 5、二阶串联谐振、二阶并联谐振； 6、有源与无源滤波器； 7、PAM传输系统 8、FDM传输系统； 9、PAM抽样定理； 在该硬件平台中模块化功能很强，其电路布局见图1.2.1所示。对于每一个模块，在PCB板上均有电路图与之对应。每个测试模块都能单独开设实验，便于教学与学习。 在实验箱中，可开设以下实验项目： 实验一、常用信号的分类与观察 实验二、信号的基本运算单元 实验三、信号的合成 实验四、线性时不变系统的测量 实验五、零输入响应与零状态响应分析 实验六、AM调制与解调 实验七、FDM传输系统 实验八、信号的抽样与恢复（PAM） 实验九、模拟滤波器实验 实验十、反馈系统的基本特性测量 实验二-连续时间系统的模拟实验报告 信号与系统 实验报告 （信号与系统实验箱） HD-XH-II型 实验二连续时间系统的模拟 学院 专业班级 姓名学号 指导教师 实验报告评分：_______ 连续时间系统的模拟 一、实验目的 1.了解用集成运算放大器构成基本运算单元—标量乘法器，加法和计分器，以及它们的组合全加积分器的方法。 2.掌握用以上基本运算单元以及它们的组合构成模拟系统，模拟一阶和二阶连续时间系统的原理和方法，并用实验测定模拟系统的特性。 二、实验内容及步骤 1.一阶模拟系统阶跃响应的观测 （1）对图9-5（c）的实际的电路，在输入端TP901处输入幅度Uim=0.2V，频率=200HZ的方波，观测输入波形及输出（TP903处）响应波形，比较输入波形与输出波形的周期和幅度，测量时间常数τ和放大倍数A。 （2）输入幅度Uim=0.2V的正弦波信号，由低频（20HZ左右）开始，缓慢改变正弦波信号频率，测出低通滤波器的截止频率f0. 2．二阶模拟系统频率特性测试 对图9-6（c）的实际电路，在输入端TP905处输入幅度 Uim=0.2V正弦波，改变正弦波的信号频率，此时，应注意保持输入电压不变，记录相应的输出（TP907处）电压值，画出扶贫特性曲线，测定系统的放大倍数A，中心频率f0及其频带宽度Bw，计算品质因素Q。 三、实验过程 一阶模拟系统 一阶模拟系统输入波形： 输出波形： （1）放大倍数A=Rf/R1=10K/1K=10 H(s)=(a^2)/(s^2+3*a*s+a^2) 其中a=1/RC,值为4170。 以log f为横坐标，Vo/Vi为纵坐标，绘制滤波器的幅频特性曲线。再以log f为横坐标，Φ（ω）为纵坐标，绘制滤波器的相频特性曲线。 RC低通滤波器幅频响应曲线图如下： 成都理工大学 核技术与自动化工程学院电气工程及其自动化专业 信号系统实验报告 学院：核技术与自动化工程学院专业 : 电气工程及其自动化 姓名：薛成成 学号：201106050228 指导老师：李琳琳 实验一MATLAB应用基础 一、实验性质 验证性实验 二、实验目的 1.掌握MATLAB编程及绘图的基本知识， 2.能表示在信号与系统中常用的连续及离散时间信号。 三、实验内容与步骤 （1）画出x(t)=cos(2*t)的波形，并判断x(t)是否为周期信号，若是周期信号，确定其周期。同时画出cos(2*t)*u(t)的波形。 （1）画出x（t）cos(2*t)的波形，并判断x（t）是否为周期信号，若是周期信号，确定其周期。同时画出cos（2*t）*u(t)的波形。 解： 在MATLAB中输入虾类命令: >>t=2:0.01:10; >> y=cos(2*t); >> plot(t,y) 实验二线性非时变系统的时域分析 一、实验性质 验证性试验 二、实验目的 掌握在时域中对连续和离散时间线性非时变系统响应进行分析的方法。 三、实验内容与步骤 （1）已知系统的微分方程如下，用MATLAB画出该系统的冲激响应及该系统在输入信号e(t)=exp(-2*t) 时的零状态响应的波形。（改变取样的时间间隔p观察仿真的效果） 实验程序及图像如下： >> a=[1 3 2]; >> b=[3]; >> impulse(b,a) （1） >> p=0.01;t=0:p:10; >> x=exp(-2*t); >> lsim(b,a,x,t); （2） P=0..01 >> p=0.1;t=0:p:10; >> x=exp(-2*t); >> lsim(b,a,x,t); （3）P=0.1 (2)已知离散系统的差分方程为：y(n)+y(n-1)+0.25y(n-2)=x(n)用MATLAB画出该系统的单位函数响应，写出相 广州大学 综合设计性实验 报告册 实验项目选频网络的设计及应用研究 学院物电学院年级专业班电子131 姓名朱大神学号成绩 实验地点电子楼316 指导老师 《综合设计性实验》预习报告 实验项目：选频网络的设计及应用研究 一 引言： 选频网络在信号分解、振荡电路及其收音机等方面有诸多应用。比如，利用选频网络可以挑选出一个周期信号中的基波和高次谐波。选频网络的类型和结构有很多，本实验将通过设计有源带通滤波器实现选频。 二 实验目的： （1）熟悉选频网络特性、结构及其应用，掌握选频网络的特点及其设计方法。 （2）学会使用交流毫伏表和示波器测定选频网络的幅频特性和相频特性。 （3）学会使用Multisim 进行电路仿真。 三 实验原理： 带通滤波器： 这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低和比上限频率高的信号均加以衰减和抑制。 典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成，如图1所示。 电路性能参数可由下面各式求出。 通带增益：CB R R R R A f vp 144+= 其中B 为通频带宽。 中心频率：)1 1(121 3 12 20R R C R f += π 通带宽度：)2 1(14 321R R R R R C B f -+= 品质因数：B f Q 0 = 此电路的优点是，改变f R 和4R 的比值，就可以改变通带宽度B 而不会影响中心频率0f 。 四 实验内容： 设计一个中心频率Hz f 20000=，品质因数5>Q 的带通滤波器。 五 重点问题： （1）确定带通滤波器的中心频率、上限频率及下限频率。 （2）验证滤波器是否能筛选出方波的三次谐波。 六 参考文献： [1]熊伟等.Multisim 7 电路设计及仿真应用.北京：清华大学出版社，2005. [2]吴正光，郑颜.电子技术实验仿真与实践.北京：科学出版社，2008. [4]童诗白等.模拟电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社， 2001. 图1 二阶带通滤波器 离散系统与连续时间系统的根本差别是：离散系统（图3）有采样开关存在，而连续系统则无。连续信号经过采样开关变成离散信号（图4），采样开关起这理想脉冲发生器的作用，通过它将连续信号调制成脉冲序列。 图3 离散系统方块图 图4 离散型时间函数 调制之后的信号中，包含与脉冲频率相关的高频频谱（图5），相邻两频谱不相重叠的条件是： max 2f f s 其中： s f ---采样开关的采样频率 m ax f ---连续信号频谱中的最高频率 这就是采样定理，通常选择采样频率时取四倍连续信号的最大频率。实验中，信号源产生频率可调的周期性信号，计算机通过A/D 板将信号采集入内存，通过软件示波器显示出来，调整采样频率，可以得到不同的采样结果，以波形图直观显示出来。由此，可考察波形失真程度。 三、实验使用的仪器设备及实验装置 1. 装有LabVIEW 软件和PCI-1200数据采集卡的计算机一台 2. 频率计或信号发生器一台 3. 外接端子板、数据采集板、计算机、组态软件 基于LabVIEW 的信号测试系统主要包括信号发生器、DAQ 数据采集卡和计算机软件三部分组成。A/D 数据采集采用NI 公司PCMCIA 接口的PCI-1200型多功能数据采集卡；L abVIEW 7.1软件。 将PCI-1200数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲的PCI 插槽中，接好各种附件，其驱动程序就是NI-DAQ 。附件包括一条50芯的数据线，一个型号为CB-50LP 的转接板，转接板直接与外部信号连接。 图5 信号频谱图 四、具体实验步骤 （一）通过LabVIEW进行模拟信号的数据采集 1. 安装数据采集卡，根据数据采集卡接线指示（图6）连接线路，并检查测试。 2. 熟悉LabVIEW软件中与数据采集相关的控件与设置项。 3. 编制DAQ程序，并调试数据采集组态。 4. 应用该组态软件进行波形数据采集并存储，信号种类设置为正弦波，分别设置 信号发生器频率为50，100Hz，观察并记录波形变化。 5. 设置信号种类为方波或锯齿波，重复上述实验。 （二）采样定理验证实验 1. 按图8连接线路，并检查测试。 2. 熟悉GeniDAQ软件中与数据采集相关的控件与设置项。 3. 编制、调试数据采集组态。 4. 应用该组态软件进行波形数据采集并存储，信号种类设置为正弦波，分别设置 信号发生器频率为50，100Hz，采集频率设置为50、100、150、200、300、500Hz，观察并记录波形变化，体验采样定理的正确性。 五、实验准备及预习要求 1．认真阅读实验指导书，在老师答疑和同学讨论的基础上，完成实验准备任务： 1).了解数据采集及其硬件（A/D变换器和数据采集卡）选择的基本知识； 2).熟悉G语言编程环境和虚拟仪器的含义； 1.理解采样定理的意义； 第一章控制系统及仿真概述 控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科。这门学科的产生及发展差不多是与计算机的发明及发展同步进行的。它包含控制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理。计算机仿真基于计算机的高速而精确的运算，以实现各种功能。 第一节控制系统仿真的基本概念 1．系统： 系统是物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体，这个整体叫做系统。 “系统”是一个很大的概念，通常研究的系统有工程系统和非工程系统。 工程系统有：电力拖动自动控制系统、机械系统、水力、冶金、化工、热力学系统等。 非工程系统：宇宙、自然界、人类社会、经济系统、交通系统、管理系统、生态系统、人口系统等。 2．模型： 模型是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象。通过模型对原型系统进行研究，将具有更深刻、更集中的特点。 模型分为物理模型和数学模型两种。数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型。 3．系统仿真： 系统仿真，就是通过对系统模型的实验，研究一个存在的或设计中的系统。更多的情况是指以系统数学模型为基础，以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法。 要对系统进行研究，首先要建立系统的数学模型。对于一个简单的数学模型，可以采用分析法或数学解析法进行研究，但对于复杂的系统，则需要借助于仿真的方法来研究。 那么，什么是系统仿真呢？顾名思义，系统仿真就是模仿真实的事物，也就是用一个模型（包括物理模型和数学模型）来模仿真实的系统，对其进行实验研究。用物理模型来进行仿真一般称为物理仿真，它主要是应用几何相似及环境条件相似来进行。而由数学模型在计算机上进行实验研究的仿真一般则称为数字仿真。我们这里讲的是后一种仿真。 数字仿真是指把系统的数学模型转化为仿真模型，并编成程序在计算机上投入运行、实验的全过程。通常把在计算机上进行的仿真实验称为数字仿真，又称计算机仿真。 电 子 科 技 大 学 实 验 报 告 学生姓名：xxx 学 号：2901305032 指导教师：崔琳莉 一、实验室名称：信号与系统实验室 二、实验项目名称：表示信号、系统的MATLAB 函数、工具箱 三、实验原理： 利用MATLAB 强大的数值处理工具来实现信号的分析和处理，首先就是要学会应用MATLAB 函数来构成信号。常见的基本信号可以简要归纳如下： 1、 单位抽样序列 ???=01)(n δ 00 ≠=n n 在MATLAB 中可以利用zeros()函数实现。 ;1)1(); ,1(==x N zeros x 如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n -δ即： ?? ?=-01)(k n δ 0≠=n k n 2、单位阶跃序列 ???01)(n u 00<≥n n 在MATLAB 中可以利用ones()函数实现。 );,1(N ones x = 3、正弦序列 )/2sin()(?π+=Fs fn A n x 采用MATLAB 实现 )/***2sin(*1 :0fai Fs n f pi A x N n +=-= 4、复正弦序列 n j e n x ?=)( 采用MATLAB 实现 )**ex p(1 :0n w j x N n =-= 5、指数序列 n a n x =)( 采用MATLAB 实现 n a x N n .^1 :0=-= 四、实验目的： 1、加深对常用离散信号的理解； 2、熟悉表示信号的基本MATLAB 函数。 五、实验内容： MATLAB 仿真 六、实验器材（设备、元器件）： 计算机、MATLAB 软件。 七、实验步骤： 1、 编制程序产生上述5种信号（长度可输入确定），并绘出其图形。 2、 在310≤≤n 内画出下面每一个信号： 中南大学 信号与系统试验报告 姓名: 学号: 专业班级:自动化 实验一 基本信号的生成 1．实验目的 ● 学会使用MATLAB 产生各种常见的连续时间信号与离散时间信号； ● 通过MATLAB 中的绘图工具对产生的信号进行观察，加深对常用信号的 理解； ● 熟悉MATLAB 的基本操作，以及一些基本函数的使用，为以后的实验奠 定基础。 2．实验内容 ⑴ 运行以上九个例子程序，掌握一些常用基本信号的特点及其MATLAB 实现方法；改变有关参数，进一步观察信号波形的变化。 ⑵ 在 k [10:10]=- 范围内产生并画出以下信号： a) 1f [k][k]δ=； b) 2f [k][k+2]δ=； c) 3f [k][k-4]δ=； d) 4f [k]2[k+2][k-4]δδ=-。 源程序： k=-10:10; f1k=[zeros(1,10),1,zeros(1,10)]; subplot(2,2,1) stem(k,f1k) title('f1[k]') f2k=[zeros(1,8),1,zeros(1,12)]; subplot(2,2,2) stem(k,f2k) title('f2[k]') f3k=[zeros(1,14),1,zeros(1,6)]; subplot(2,2,3) stem(k,f3k) title('f3[k]') f4k=2*f2k-f3k; subplot(2,2,4) stem(k,f4k) title('f4[k]') ⑶ 在 k [0:31]=范围内产生并画出以下信号： a) ()()k k 144f [k]sin cos π π=； b) ()2k 24f [k]cos π =； c) ()()k k 348f [k]sin cos π π=。 请问这三个信号的基波周期分别是多少？ 源程序： k=0:31; f1k=sin(pi/4*k).*cos(pi/4*k); subplot(3,1,1) stem(k,f1k) title('f1[k]') f2k=(cos(pi/4*k)).^2; subplot(3,1,2) stem(k,f2k) title('f2[k]') f3k=sin(pi/4*k).*cos(pi/8*k); subplot(3,1,3) stem(k,f3k) title('f3[k]') 其中f1[k]的基波周期是4, f2[k]的基波周期是4, f3[k]的基波周期是16。 实验名称：连续时间系统的模拟 教材名称：电工电子实验技术（下册） 页码：P146 实验目的： 1、学习如何根据给定的连续系统的传输函数，用基本的运算单元组成模拟 装置。 2、掌握将Multisim 软件用于系统模拟的基本方法。 实验任务： 1、直接测量图9－9和图9－10的幅频、相频传输特性，并测出相应的数据。 测点自定，但是半功率点和谐振点必须在其中。 2、根据预习时计算出的传输函数H （S ）分别搭建图9－9和图9－10的系 统模拟测试电路，分别测量幅频和相频特性，并按直接测量时所选的测点进行测量。 3、分别比较图9－9和图9－10 直接测量的传输特性与系统模拟测出的传 输特性数据，如有差异，找出原因并纠正。 设计提示： 1、先写出传输函数，再转换成标准形式。 设计过程： 图9－9传输函数： ()622 2232 61222 11110()1()3113101()()311110()V s RC S S H s V s SCR SCR SRC RC S S S ??====?++++?++? 其中：31110RC K uF -=?= 图9－10传输函数： ()29122 113571.4()1113571.41()11 1.7810R V s R L S S H s R V s R LS CS SL LC S S S ?? ==== ++++?++?? 其中：9203571.45.611 1.78105.60.1R L mH LC mH uF Ω ====?? 实验电路图及实验结果： 半功率点频率59.5 Φ= =；相位差59.5O f Hz φ＝－ 特性曲线同直接测量，半功率点频率59.5 f Hz =。52o 信号与系统实验报告 信号与系统实验报告 姓名： 学号： 软件部分： 表示信号与系统的MATLAB 函数、工具箱 一、实验项目名称：表示信号、系统的MATLAB 函数、工具箱 二、实验目的与任务： 目的：1、加深对常用离散信号的理解； 2、熟悉表示信号的基本MATLAB 函数。 任务：基本MATLAB 函数产生离散信号；基本信号之间的简单运算；判 断信号周期。 三、实验原理： 利用MATLAB 强大的数值处理工具来实现信号的分析和处理，首先就是要学会应用MATLAB 函数来构成信号。 四、实验内容及步骤： 常见的基本信号可以简要归纳如下： 实验内容(一)、 编制程序产生上述5种信号（长度可输入确定），并绘出其图形。 其中5种信号分别为单位抽样序列、单位阶跃序列、正弦序列、指数序列和复正弦序列。 实验内容（二）、 在[0,31]出下列图像 1223[]sin( )cos() 4 4 []cos ( ) 4[]sin()cos() 48 n n x n n x n n n x n πππππ=== 五、项目需用仪器设备名称：计算机、MATLAB 软件。 六、所需主要元器件及耗材：无 七、实验程序及数据 函 数 程序图片 单位冲击函数x=zeros(1,10); x(1)=1; stem(x) 单位阶跃函数x=ones(1,30); plot(x) 正弦序列n=0:30-1; x=sin(2*pi*n/10); stem(x) x=cos(1/4*pi*n).*cos(1/4*pi*n) ; stem(x) 复正弦序列n=0:29; x=exp(j*5*n); stem(x) 指数序列n=0:10; x=2.^n; stem(x) 信号与系统综合设计实验项目 实 验 指 导 项目一 用MATLAB 验证时域抽样定理 目的： 通过MATLAB 编程实现对时域抽样定理的验证，加深抽样定理的理解。同时训练应用计算机分析问题的能力。 任务： 连续信号f(t)=cos(8*pi*t)+2*sin(40*pi*t)+cos(24*pi*t)，经过理想抽样后得到抽样信号fs(t)，通过理想低通滤波器后重构信号f(t)。 方法： 1、确定f(t)的最高频率fm 。对于无限带宽信号，确定最高频率fm 的方法：设其频谱的模降到10-5左右时的频率为fm 。 2、确定Nyquist 抽样间隔T N 。选定两个抽样时间：T S 实验三 连续时间系统的模拟 一、 实验目的 学习根据给定的连续系统的传输函数，用基本运算单元组成模拟装置。 二、 实验原理 1． 线性系统的模拟 系统的模拟就是用基本运算单元组成的模拟装置来模拟实际的系统。这些实际的系统可以是电的或非电的物理量系统，也可以是社会、经济和军事等非物理量系统。模拟装置可以与实际系统的内容完全不同，但是两者之间的微分方程完全相同，输入输出关系即传输函数也完全相同。模拟装置的激励和响应是电物理量，而实际系统的激励和响应不一定是电物理量，但它们之间的关系是一一对应的。所以，可以通过对模拟装置的研究来分析实际系统，最终达到在一定条件下确定最佳参数的目的。对于那些用数学手段较难处理的高阶系统来说，系统模拟就更为有效。 2． 传输函数的模拟 若已知实际系统的传输函数为： 10111()()()n n n n n n a s a s a Y s H s F s s b s b --+++==+++ （1） 分子、分母同乘以n s -得： 11011111() ()()()1() n n n n a a s a s P s Y s H s F s b s b s Q s ------+++=== +++ （2） 式中1()P s -和1()Q s -分别代表分子、分母的s 负幂次方多项式。因此： 111 ()()()() Y s P s F s Q s --=? （3） 令：11 ()() X F s Q s -= （4） 则111()()n n F s XQ s X b s X b s X ---==++ + （5） 1 1()n n X F s b s X b s X --??=-+ +?? (6) 1101()()n n Y s P s X a X a s X a s X ---==+++ (7) 根据式（6）可以画出如图1所示的模拟框图。在该图的基础上考虑式（7）就可以画出如图2所示系统模拟框图。在连接模拟电路时，1s -用积分器，1b -、2b -、3b -及0a 、1a 、2a 均用标量乘法器，负号可用倒相器，求和用加法器。值得注意的问题是，积分运算单元有积分 时间常数τ，即积分运算单元的实际传递函数为1/s τ-，所示标量乘法器的标量12,, ,n b b b ---应分别乘以12,, ,n τττ。同理，01,, ,n a a a 应分别乘以012,,, ,n ττττ。此外， 本实验采用的积分器是反相积分器，即传递函数为1/s τ--，所以01,,,n a a a 还应分别乘以过程控制系统仿真实验指导
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