信號與系統實驗指導全部實驗答案-2023修改整理

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00.511.522.53-2-1.5-1-0.50

0.5

1

1.52正弦信號

-20-15-10-505101520

-0.4

-0.200.20.40.60.81抽樣信

號

-0.500.511.522.53

00.5

11.5

2矩形脈沖信

號

-1

012345

-0.5

0.5

1

1.5

單位躍階信號

試驗一延續(xù)時光信號的MATLAB表示

試驗目的1．把握MATLAB語言的基本操作，學習基本的編程功能；2．把握MATLAB產生常用延續(xù)時光信號的編程辦法；

3．觀看并認識常用延續(xù)時光信號的波形和特性。試驗原理：

1.延續(xù)信號MATLAB實現原理

從嚴格意義上講，MATLAB數值計算的辦法并不能處理延續(xù)時光信號。然而，可用延續(xù)信號在等時光間隔點的取樣值來近似表示延續(xù)信號，即當取樣時光間隔足夠小時，這些離散樣值能夠被MATLAB處理，并且能較好地近似表示延續(xù)信號。

MATLAB提供了大量生成基本信號的函數。比如常用的指數信號、正余弦信號等都是MATLAB的內部函數。為了表示延續(xù)時光信號，需定義某一時光或自變量的范圍和取樣時光間隔，然后調用該函數計算這些點的函數值，最后畫出其波形圖。

試驗內容：

0123-2-1

1

2實

部012

3

-1

12

虛

部0123012取

模0123

-50

5

相角00.2

0.40.6

0.81

-1-0.50

0.51

方波信號

試驗編程：

（1）t=0:0.01:3;

K=2;a=-1.5;w=10;ft=K*exp((a+i*w)*t);A=real(ft);B=imag(ft);C=abs(ft);D=angle(ft);

subplot(2,2,1),plot(t,A),gridon;title('實部');subplot(2,2,2),plot(t,B),gridon;title('虛部');subplot(2,2,3),plot(t,C),gridon;title('取模');subplot(2,2,4),plot(t,D),gridon;title('相角');

（2）

t=0:0.001:3;

y=square(2*pi*10*t,30);

plot(t,y);

axis([0,1,-1,1]);title('方波信號');

-2-1.5-1-0.500.511.52

00.51

1.5t(s)

y(s)

門函數

（3）t=-2:0.01:2;

y=uCT(t+0.5)-uCT(t-0.5);plot(t,y),gridonaxis([-2,2,0,1.5]);

xlabel('t(s)'),ylabel('y(s)')

title('門函數')

試驗二延續(xù)時光LTI系統的時域分析

試驗目的

1．運用MATLAB符號求解延續(xù)系統的零輸入響應和零狀態(tài)響應；2．運用MATLAB數值求解延續(xù)系統的零狀態(tài)響應；3．運用MATLAB求解延續(xù)系統的沖激響應和階躍響應；4．運用MATLAB卷積積分法求解系統的零狀態(tài)響應。

0123

45678

0.51t

零輸入響應

123

45678

0.1

0.2

t

零狀態(tài)響應

123

45678

0.511.5t

徹低響應

012

3

45678

00.050.10.150.20.25t(s)

y(t)

零狀態(tài)響應

試驗內容：

0.511.5

22.5

33.54

-202

4t(s)h(t)

沖擊響應

00.511.5

22.5

33.54

0.5

1

t(s)

s(t)

階躍響

應

012340.2

0.4

0.6

0.811.2f1(t)

t

01

234

-1

012f2(t)

t

0123

45678

0.20.4

0.6f(t)=f1(t)*f2(t)

t

試驗編程：(1)

ts=0;te=8;dt=0.01;sys=tf([1,16],[1,2,32]);t=ts:dt:te;f=exp(-2*t);y=lsim(sys,f,t);plot(t,y),gridon;

xlabel('t(s)'),ylabel('y(t)')title('零狀態(tài)響應')

0123

45678

-0.2

-0.100.1

0.2

0.30.40.50.6

t(s)

y(t)

零狀態(tài)響

應

0123

45678

0.1

0.20.3

0.4t(s)h(t)

沖激響

應

01

23

45678

00.20.4

0.60.8t(s)

s(t)

階躍響應

(2)

t=0:0.01:8;

sys=tf([1],[1,3,2]);h=impulse(sys,t);s=step(sys,t);

subplot(2,1,1);plot(t,h),gridonxlabel('t(s)'),ylabel('h(t)')title('沖激響應')

subplot(2,1,2);plot(t,s),gridonxlabel('t(s)'),ylabel('s(t)')title('階躍響應')

-10

-8-6-4

-20246810

012

3ω(rad/s)

|H(ω)|

H(w)的頻率特性

-10

-8

-6

-4

-2

0246810

-4-202

4ω(rad/s)

|phi(ω)|

H(w)的相頻特性

0.511.52

0.51

Time(sec)矩形脈沖信號

u1t(t)

-10

010

0.5

1

ω(rad/s)矩形脈沖頻譜

X(ω)

0.511.5

2

0.5

1

Time(sec)

響應的時域波形

u2(t

)

-10

010

0.5

1

ω(rad/s)

響應的頻譜

U2(ω)

試驗三延續(xù)時光LTI系統的頻率特性及頻域分析

試驗目的

1．運用MATLAB分析延續(xù)系統的頻率特性；2．運用MATLAB舉行延續(xù)系統的頻域分析。試驗內容：

02468101214161820

-10

-505

10Time(sec)

f(t)輸入信號的波形

02468101214161820

-2

-101

2Time(sec)

y(t)

穩(wěn)態(tài)響應的波形

試驗編程：（1）

w1=1;w2=10;A=5;B=2;t=0:0.01:20;

H1=1/(-w1^2+3*j*w1+2);H2=1/(-w2^2+3*j*w2+2);f=5*cos(w1*t)+2*cos(w2*t);

y=A*abs(H1)*cos(w1*t+angle(H1))+B*abs(H2)*cos(w2*t+angle(H2));subplot(211),plot(t,f),gridon;xlabel('Time(sec)'),ylabel('f(t)');title('輸入信號的波形');

subplot(212),plot(t,y),gridon;xlabel('Time(sec)'),ylabel('y(t)');title('穩(wěn)態(tài)響應的波形')

-3

-2-10123

-2-1.5

-1-0.5

00.5

11.5

2

零點極點

試驗四延續(xù)時光LTI系統的零極點分析

試驗目的

1．運用MATLAB求解系統函數的零極點；

2．運用MATLAB分析系統函數的零極點分布與其時域特性的關系；3．運用MATLAB分析系統函數的零極點分布與其系統穩(wěn)定性的關系。試驗原理

1.系統函數及其零極點的求解

系統零狀態(tài)響應的拉普拉斯變換與激勵的拉普拉斯變換之比稱為系統函數H(s)，即

mm-10mm-110nn-1nn-110

()

()()

m

j

j

jn

i

iibs

bsbsbsbYsHsFsasasasaas

==++++==

=

++++∑∑

在延續(xù)時光LTI系統的復頻域分析中，系統函數起著非常重要的作用，它反映了系統的固有特性。

系統函數H(s)通常是一個有理分式，其分子和分母均為可分解因子形式的多項式，各項因子表明白H(s)零點和極點的位置，從零極點的分布狀況可確定系統的性質。H(s)零極點的計算可應用MATLAB中的roots函數，分離求出分子和分母多項式的根即可。

試驗內容：

-2-101

2

-2-1.5-1-0.500.511.52

Pole-ZeroMapRealAxisImaginaryAxi

s

00.511.522.5

2

4

6

8

10

12

14

ImpulseResponse

Time(sec)

Amplitude

-2

-101

2

-8-6-4-202468Pole-ZeroMapRealAxisImaginaryAxi

s

00.511.522.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0.5

1

1.5

ImpulseResponse

Time(sec)

Amplitude

p=

-2.0000+1.0000i-2.0000-1.0000iz=

2

-2-10

1

2

-2-1.5-1-0.5

00.51

1.5

2Pole-ZeroMap

RealAxis

ImaginaryAxis

010203040

-1

-0.8-0.6-0.4-0.200.2

0.40.60.81ImpulseResponse

Time(sec)

Amplitude

試驗編程：b1=[1];a1=[1,-1];

sys1=tf(b1,a1);subplot(121)pzmap(sys1)axis([-2,2,-2,2])subplot(122)impulse(b1,a1)figureb2=[1];

a2=[1,-2,50];sys2=tf(b2,a2);subplot(121)pzmap(sys2)axis([-2,2,-8,8])subplot(122)impulse(b2,a2)figureb3=[1];a3=[1,0,1];sys3=tf(b3,a3);subplot(121)pzmap(sys3)

axis([-2,2,-2,2])subplot(122)impulse(b3,a3)

-2

02-8-6-4

-2024

6

8Pole-ZeroMap

RealAxis

ImaginaryAxis

0246

-0.08-0.06-0.04

-0.02

00.020.04

0.06

0.08

0.1

0.12ImpulseResponse

Time(sec)

Amplitude

代碼：b=[1];a=[1,2,50];sys2=tf(b,a);subplot(121)pzmap(sys2)axis([-2,2,-8,8])subplot(122)impulse(b,a)

-2

02

-8-6-4

-2

0246

8Pole-ZeroMap

RealAxis

ImaginaryAxis

051015

-1-0.5

0.5

11.5

2

ImpulseResponse

Time(sec)

Amplitude

代碼：b=[1,4,3];a=[1,1,7,2];sys2=tf(b,a);subplot(121)pzmap(sys2)axis([-2,2,-8,8])subplot(122)impulse(b,a)

試驗五典型