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文檔簡介
信號與系統(tǒng)MATLAB第一次實驗報告一、實驗目的1.熟悉MATLAB軟件并會簡單的使用運算和簡單二維圖的繪制。2.學會運用MATLAB表示常用連續(xù)時間信號的方法3.觀察并熟悉一些信號的波形和特性。4.學會運用MATLAB進行連續(xù)信號時移、反折和尺度變換。5.學會運用MATLAB進行連續(xù)時間微分、積分運算。6.學會運用MATLAB進行連續(xù)信號相加、相乘運算。7.學會運用MATLAB進行連續(xù)信號的奇偶分解。二、實驗任務 將實驗書中的例題和解析看懂,并在MATLAB軟件中練習例題,最終將作業(yè)完成。三、實驗內容1.MATLAB軟件基本運算入門。1). MATLAB軟件的數(shù)值計算:算數(shù)運算向量運算:1.向量元素要用” ”括起來,元素之間可用空格、逗號分隔生成行向量,用分號分隔生成列向量。2.x=x0:step:xn.其中x0位初始值,step表示步長或者增量,xn為結束值。矩陣運算:1.矩陣” ”括起來;矩陣每一行的各個元素必須用”,”或者空格分開;矩陣的不同行之間必須用分號”;”或者ENTER分開。2.矩陣的加法或者減法運算是將矩陣的對應元素分別進行加法或者減法的運算。3.常用的點運算包括”.*”、”./”、”.”、”.”等等。舉例:計算一個函數(shù)并繪制出在對應區(qū)間上對應的值。2).MATLAB軟件的符號運算:定義符號變量的語句格式為”syms 變量名”2.MATLAB軟件簡單二維圖形繪制1).函數(shù)y=f(x)關于變量x的曲線繪制用語:plot(x,y)2).輸出多個圖像表順序:例如m和n表示在一個窗口中顯示m行n列個圖像,p表示第p個區(qū)域,表達為subplot(mnp)或者subplot(m,n,p)3).表示輸出表格橫軸縱軸表達范圍:axis(xmax,xmin,ymax,ymin)4).標上橫軸縱軸的字母:xlabel(x),ylabel(y)5).命名圖像就在subplot寫在同一行或者在下一個subplot前:title()6).輸出:grid on舉例1:舉例2: 3.matlab程序流程控制1).for循環(huán):for循環(huán)變量=初值:增量:終值 循環(huán)體 End2).while循環(huán)結構:while 邏輯表達式 循環(huán)體 End3).If分支:(單分支表達式)if 邏輯表達式 程序模塊 End (多分支結構的語法格式) if 邏輯表達式1 程序模塊1Else if 邏輯表達式2 程序模塊2 else 程序模塊n End 4).switch分支結構 Switch 表達式 Case 常量1 程序模塊1 Case 常量2 程序模塊2 Otherwise 程序模塊nEnd4.典型信號的MATLAB表示1).實指數(shù)信號: y=k*exp(a*t) 舉例:2).正弦信號:y=k*sin(w*t+phi)3).復指數(shù)信號:舉例:4).抽樣信號5).矩形脈沖信號:y=square(t,DUTY) (width默認為1)6).三角波脈沖信號:y=tripuls(t,width,skew)(skew的取值在-1+1之間,若skew取值為0則對稱)周期三角波信號或鋸齒波:Y=sawtooth(t,width)5.單位階躍信號的MATLAB表示6.信號的時移、反折和尺度變換:Xl=fliplr(x)實現(xiàn)信號的反折7.連續(xù)時間信號的微分和積分運算1).連續(xù)時間信號的微分運算: 語句格式:diff(function,variable,n) Function:需要進行求導運算的函數(shù),variable:求導運算的獨立變量,n:求導階數(shù)2).連續(xù)時間信號的積分運算: 語句格式:int(function,variable,a,b) Function:被積函數(shù) variable:積分變量 a:積分下限 b:積分上限 (a&b默認是不定積分)8.信號的相加與相乘運算9.信號的奇偶分解四、小結 這一次實驗讓我能夠教熟悉的使用這個軟件,并且能夠輸入簡單的語句并輸出相應的結果和波形圖,也在一定程度上鞏固了c語言的一些語法。五、作業(yè)2-3-(1): 3.利用MATLAB命令產(chǎn)生幅度為1、周期為1、占空比為0.5的一個周期矩形脈沖信號。3.3-1.(1)3.試用MATLAB命令出3-7所示的偶分量和奇分量。 信號與系統(tǒng)MATLAB第二次實驗報告一、 實驗目的1.學會運用MATLAB實現(xiàn)連續(xù)時間信號的卷積。2.學會運用MATLAB符號運算法求連續(xù)時間信號的卷積。3.學會運用MATLAB數(shù)值計算法求連續(xù)時間信號的卷積。二、實驗任務能夠獨立的編輯出卷積函數(shù)的matlab代碼,并且能夠輸出對應卷積的圖形。學會使用符號運算法和數(shù)值計算法計算卷積。三、 實驗內容1. MATLAB符號運算法求連續(xù)時間信號的卷積。例4-2:syms tao;t=sym(t,positive);xt1=sym(Heaviside(t)-Heaviside(t-1);xt2=sym(Heaviside(t)-Heaviside(t-1);xt_tao=subs(xt1,t,tao)*subs(xt2,t,t-tao);yt=int(xt_tao,tao,0,t);yt=simplify(yt);ezplot(yt,0,2);grid on2MATLAB數(shù)值計算法求連續(xù)時間信號的卷積。1).可調用MATLAB中的conv( )函數(shù)近似地數(shù)值求解連續(xù)信號的卷積積分。 2).例4-3:dt=0.01;t=-1:dt:2.5;f1=uCT(t)-uCT(t-2);f2=exp(-3*t).*uCT(t);f=conv(f1,f2)*dt;n=length(f);tt=(0:n-1)*dt-2;subplot(221);plot(t,f1);axis(-1,2.5,-1,2);title(f1(t);xlabel(t);grid on;subplot(222);plot(t,f2);axis(-1,3,-1,2);title(f2(t);xlabel(t);grid on;subplot(212);plot(tt,f);title(f(t)=f1(t)*f2(t);xlabel(t);grid on; /稍復雜可以利用ctsconv函數(shù)求,簡單許多。/以下程序和上面程序出來的圖一樣 /簡化了大部分編程內容 dt=0.01;t1=-1:dt:2.5; /-1是賦值下限,2.5是賦值上限f1=uCT(t1)-uCT(t1-2); /f1函數(shù)的輸入 uCT是u(t)函數(shù)t2=t1;f2=exp(-3*t2).*uCT(t2); t,f=ctsconv(f1,f2,t1,t2,dt); /直接調用cstconv函數(shù)進行卷積的運算/ctsconv( )函數(shù)括號里面要放進兩個參與卷積的函數(shù)、自變量以及dt。 3).例4-4:dt=0.01;t1=-0.5:dt:2.5;f1=uCT(t1)-uCT(t1-1);t2=t1;f2=uCT(t2)-uCT(t2-1);t,f=ctsconv(f1,f2,t1,t2,dt); 四、 實驗小結這一章節(jié)的實驗著重練習卷積函數(shù)的編程,對于卷積函數(shù)的輸出值以及輸出圖形這兩類。五、 實驗作業(yè)作業(yè):dt=0.01;t1=0:dt:3;f1=uCT(t1)+2*uCT(t1-1)-2*uCT(t1-2)-uCT(t1-3);t2=t1;f2=uCT(t2)-uCT(t2-2);t,f=ctsconv(f1,f2,t1,t2,dt);第三次實驗報告一、 實驗目的1 學會運用MATLAB符號求解連續(xù)系統(tǒng)的零輸入響應和零狀態(tài)響應。2 學會運用MATLAB數(shù)值求解連續(xù)系統(tǒng)的零狀態(tài)響應。3 學會運用MATLAB求解連續(xù)系統(tǒng)的沖激響應和階躍響應。4 學會運用MATLAB卷積積分求解系統(tǒng)的零狀態(tài)響應。二、 實驗任務能夠熟練地利用MATLAB軟件輸入一個微分方程隨即輸出其零輸入狀態(tài)、零響應狀態(tài)、沖激響應、階躍響應。分別利用符號求解法、數(shù)值求解法、卷積積分法。三、實驗內容1.連續(xù)時間系統(tǒng)零輸入響應和零狀態(tài)響應的符號求解。利用dsolve函數(shù)可以求解系統(tǒng)微分方程的零輸入響應與零狀態(tài)響應??蓪崿F(xiàn)常系數(shù)微分方程的符號求解,格式:Dsolve(eq1,eq2,cond1,cond2,);微分或導數(shù)的輸入是用Dy,D2y,D3y來表示一階導數(shù)、二階導數(shù)參數(shù)cond1,cond2表示各初始條件或起始條件。2.連續(xù)時間系統(tǒng)零狀態(tài)響應的數(shù)值求解。提供了對LTI系統(tǒng)的零狀態(tài)響應進行數(shù)值仿真的函數(shù)lsim,該函數(shù)可以求解零初始條件下微分方程的數(shù)值解,其語句為:Y=lsim(sys,f,t);t :計算系統(tǒng)響應的時間抽樣向量f :系統(tǒng)的輸入信號向量sys :LTI系統(tǒng)模型,用來表示微分方程、差分方程或者狀態(tài)方程sys的格式:sys=tf(b,a)例題:ts=0;te=5;dt=0.01;sys=tf(6,1,5,6);t=ts:dt:te;f=10*sin(2*pi*t).*uCT(t);y=lsim(sys,f,t);plot(t,y);grid onxlabel(time(sec),ylabel(y(t);title(零狀態(tài)響應)3.連續(xù)時間系統(tǒng)沖激響應和階躍響應的求解對于連續(xù)LTI系統(tǒng)的沖激響應和階躍響應的數(shù)值解,可分別用函數(shù)impulse和step來求解。語句分別是:Y=impulse(sys,t)Y=step(sys,t)t:表示計算系統(tǒng)響應的時間抽樣點向量,sys表示LTI系統(tǒng)例題:t=0:0.0001:4;sys=tf(1,16,1,2,32);h=impulse(sys,t);g=step(sys,t);subplot(211);plot(t,h),grid onxlabel(time(sec),ylabel(time(h(t);title(沖激響應);subplot(212);plot(t,g),grid onxlabel(time(sec),ylabel(timeg(t);title(階躍響應)4.利用卷積積分法求系統(tǒng)的零狀態(tài)響應四、實驗小結本次實驗,學會使用軟件求微分方程的求解方程,引入了兩個新函數(shù)impulse求沖激響應和step求階躍響應,同時注意cond函數(shù)的使用。一般在程序的后面會有simplify(f),f即為輸出的函數(shù),如果yt=yzi+yzs,若想要輸出yt,則也可以表示為yt=simplify(yzi+yzs).五、實驗作業(yè)T1.(1):ts=0;te=5;dt=0.01;sys=tf(1,1,4,3);t=ts:dt:te;f=1*uCT(t);y=lsim(sys,f,t);plot(t,y),grid onxlabel(time(sec),ylabel(y(t)title(零狀態(tài)響應)T2.(1):eq=D2y+3*Dy+2*y=0;cond=y(0)=1,Dy(0)=2;yzi=dsolve(eq,cond);yzi=simplify(yzi)eq1=D2y+3*Dy+2*y=Dx+3*x;eq2=x=exp(-3*t)*Heaviside(t);cond=y(-0.01)=0,Dy(-0.01)=0;yzs=dsolve(eq1,eq2,cond);yzs=simplify(yzs.y)yt=simplify(yzi+yzs)subplot(311);ezplot(yzi,0,8);title(零輸入響應);grid onsubplot(312);ezplot(yzs,0,8);title(零狀態(tài)響應);grid onsubplot(313);ezplot(yt,0,8);title(完全響應);grid on第四次MATLAB實驗報告一、 實驗目的1. 學會運用MATLAB分析傅里葉級數(shù)展開,深入理解傅里葉級數(shù)的物理含義。2. 學會運用MATLAB分析周期信號的頻譜特性。3. 學會運用MATLAB求連續(xù)時間信號的傅里葉變換。4. 學會運用MATLAB求連續(xù)時間信號的頻譜圖。5. 學會運用MATLAB分析連續(xù)時間的傅里葉變換的性質。二、 實驗任務能熟練運用MATLAB編程輸入一個函數(shù)隨即輸出其函數(shù)對應的傅里葉變換之后的函數(shù)以及圖形。利用MATLAB三、實驗內容四、實驗小結五、實驗作業(yè)t=-1:0.001:1;omega=2*pi;y=square(2*pi*t,50);plot(t,y),grid onxlabel(t),ylabel(square signal)axis(-1,1,-1.5,1.5);n_max=(1,3,5,11,47);N=length(n_max);for k=1:N n=1:2:n_max(k); b=4./(pi*n); x=b*sin(omega*n*t); figure; plot(t,y); hold on; plot(t,x); hold off; xlabel(t),ylabel(part); axis(-1,1,-2,2),grid on title(max=,num2str(n_max(k);endt=-1:0.001:1;omega=2*pi;y=-(sawtooth(pi*5)/2+0.5)+1;plot(t,y),grid onxlabel(t),ylabel(triangel signal)axis(-1,1,-1.5,1.5);n_max=(1,3,5,11,47);N=length(n_max);for k=1:N n=1:2:n_max(k); c=n.2; b=4./(pi*n); x=b*cos(omega*n*t)+0.5; figure; plot(t,y); hold on; plot(t,x); hold off; xlabel(t),ylabel(part); axis(-1,1,-2,2),grid on title(max=,num2str(n_max(k);endft=sym(exp(-2*t)*Heaviside(t);Fw=fourier(ft);subplot(211);ezplot(abs(Fw);title(fudu);grid onphase=atan(imag(Fw)/real(Fw);subplot(212);ezplot(phase);title(xiangwei);grid on作業(yè):ft=sym(sin(pi*t)/(pi*t)2);Fw=fourier(ft);subplot(211);ezplot(abs(Fw),tit
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