信号与系统实验报告matlab实验报告

信号与系统实验报告目录软件部分一、连续时间系统的时域分析1二、傅里叶变换2三、拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析3四、离散时间系统的时域分析4五、Z变换、离散时间系统的Z域分析5六、SIMULINK仿真6硬件部分一、周期信号的频谱测试7二、模拟滤波器频率特性测试8三、连续时间系统的模拟9一、连续时间系统的时域分析问题引入已知某系统微分方程为2TEDTRTDTR分别用两种方法计算其冲激响应HT和阶跃响应GT，对比理论结果进行验证。运行代码A1,1,1B1,1SYSTFB,AT000110FIGURESUBPLOT2,2,1STEPSYSSUBPLOT2,2,2X_STEPZEROSSIZETX_STEPT01X_STEPT01/2LSIMSYS,X_STEP,TTITLESTEPRESPONSESUBPLOT2,2,3IMPULSESYS,TSUBPLOT2,2,4X_DELTAZEROSSIZETX_DELTAT0100LSIMSYS,X_DELTA,TTITLEIMPULSERESPONSESETGCA,YLIM,051运行结果结果分析二、傅里叶变换问题引入如图所示锯齿波信号，分别取一个周期的抽样数据和10,1TX五个周期的数据，计算其傅里叶变换和，比50,TXX较有何不同并解释原因。运行代码（1）一个周期T1N100TLINSPACE0,TT/N,NFSAWTOOTHT2PI,0OMG10PIK100OMGLINSPACEOMG/2,OMG/2OMG/K,KF0OMGFORK1KFORN1NFKFKT/NFNEXPJOMGKTNENDENDFS0TFORN1NFORK1KFSNFSNOMG/2/PI/KFKEXPJOMGKTNENDENDFIGURESUBPLOT1,2,1PLOTOMG,FTITLEFOURIERTRANSFORMXLABELFREQUENCYSUBPLOT1,2,2PLOTT,FSTITLEFOURIERINVERSIONXLABELTIMESEC（2）五个周期T5N100TLINSPACE0,TT/N,NFSAWTOOTHT2PI,0OMG10PIK100OMGLINSPACEOMG/2,OMG/2OMG/K,KF0OMGFORK1KFORN1NFKFKT/NFNEXPJOMGKTNENDENDFS0TFORN1NFORK1KFSNFSNOMG/2/PI/KFKEXPJOMGKTNENDENDFIGURESUBPLOT1,2,1PLOTOMG,FTITLEFOURIERTRANSFORMXLABELFREQUENCYSUBPLOT1,2,2PLOTT,FSTITLEFOURIERINVERSIONXLABELTIMESEC运行结果（1）一个周期（2）五个周期结果分析两个函数的时域频域图像略有不同，五个周期的函数由于其频率分布比较集中，故而其傅里叶变换图像跳变比较大，而一个周期的频率分布较分散所以傅里叶变换图较平滑三、拉普拉斯变换、连续时间系统的S域分析问题引入1对下面两个系统函数65421STH1T分别用RESIDUE计算冲激响应理论值，再和用LSIM仿真得到的冲激响应比较是否相同。2已知激励信号，零状态响应，ETETTTTR321绘制此系统的冲激响应HT，频率响应HJ和零、极点分布图，利用ISSTABLE函数判断其稳定性。第一题运行代码B4,5A1,5,6T00125R,P,KRESIDUEB,AFIGURE1SUBPLOT1,2,1TITLEIMPULSERESPONSEXLABELTIMESECYLABELAMPLITUDEIMPULSEB,ASUBPLOT1,2,2Y7EXP3T3EXP2TPLOTT,YTITLERESIDUEXLABELTIMESECYLABELAMPLITUDEC1,0,2D1,0,1X00140L,M,NRESIDUEC,DFIGURE2SUBPLOT2,1,1TITLEIMPULSERESPONSEXLABELTIMESECYLABELAMPLITUDEIMPULSEC,DSETGCA,XLIM,040SETGCA,YLIM,1,1SUBPLOT2,1,2Y205IEXPIX05IEXPIXPLOTX,Y2TITLERESIDUEXLABELTIMESECYLABELAMPLITUDE运行结果L005000I005000IM010000I010000IN1R7000030000P3000020000K系统一的冲激响应系统二的冲激响应第二题运行代码SYMSSHILAPLACE151/S24/S3B15,45,2A1,5,6FIGURESUBPLOT2,1,1PZMAPB,ASUBPLOT2,1,2IMPULSEB,AFIGURE2FREQSB,A运行结果结果分析四、离散时间系统的时域分析问题引入已知某系统差分方程为YN05YN102YN201YN3XN03XN1试求其冲激响应和阶跃响应，并判断该系统是否稳定。A1,05,02,01B1,03N010HI,TIMPZB,A,NGI,TSTEPZHISUBPLOT2,1,1STEMN,HITITLE单位样值响应SUBPLOT2,1,2STEMN,GITITLE阶跃响应运行结果结果分析由图像可知这个系统是稳定的。五、Z变换、离散时间系统的Z域分析问题引入已知某因果离散系统的差分方程为YN3YN1YN2XN试求（1）系统的样值响应HN（2）若XNNN2UNUN6,求响应YN。运行代码SYMSNZXN2NHEAVISIDENHEAVISIDEN6XZTRANSXH1/13Z1Z2YHXHIZTRANSHYIZTRANSY运行结果H212NCOSNPI/2ASINH3/2I/IN1N131/23/2131/2/2N1/131N131/2131/2/23/2N1/13Y126971N131/2131/2/23/2N1/39320KRONECKERDELTAN2,093KRONECKERDELTAN3,021KRONECKERDELTAN4,03521KRONECKERDELTAN,0213412NCOSNPI/2ASINH3/2I/3IN126971N131/23/2131/2/2N1/391065KRONECKERDELTAN1,0SIMULINK仿真实验目的学会使用SIMULINK实现建模、仿真和动态系统分析。问题引入图A所示RC低通网络，在输入端加入矩形脉冲如图B所示，利用傅立叶分析方法求输出端电压。图中E1V，05S。模型图模型函数设置STEP设置STEP1设置系统函数设置结果输出实验一周期信号的频谱测试实验目的1、掌握周期信号频谱的测试方法；2、了解典型信号频谱的特点，建立典型信号的波形与频谱之间的关系。实验原理及方法1、信号的频谱可分为幅度谱、相位谱和功率谱，分别是将信号的基波和各次谐波的振幅、相位和功率按频率的高低依次排列而成的图形。2、连续时间信号的频谱具有离散性、谐波性、收敛性。例如正弦波、周期矩形脉冲、三角波的幅度谱分别如图11，12，13所示012345671080604020020406081TSINTNC1图11A正弦波信号图11B相应的幅度谱NC145321图12A周期矩形脉冲图12B相应的幅度谱因此，信号的频谱测试方法可用频谱分析仪直接测量亦可用逐点选频测量法进行测量。本实验使用GDS806C型号的数字存储示波器直接测试幅度谱。用示波器直接测试，就是将其与EE1460C函数信号发生器连好。分别输入相应频率和幅度的正弦波,三角波和矩形波，此时示波器将显示按频率由低到高的各输入信号的谐波分量。GDS806C数字存储示波器测频谱的方法，就是将MATH键按下，F1键选择FFT快速傅立叶转换功能可以将一个时域信号转换成频率构成，显示器出现一条红颜色的频谱扫描线。当示波器输入了不同信号的波形时就显示它们相应的频谱,参数的测量由调试水平（即频率）与垂直（即增益）游标获取，从而得到输入信号的频谱图。实验原理图TUTU图14实验原理图实验设备GDS806C数字存储示波器和EE1640函数信号发生器/计数器实验内容及步骤1、测试正弦波的幅度频谱将信号源、示波器、按图14连接好；信号源CH1的输出波形调为正弦波，输出频率自选，输出信号幅度自选，并记录幅度与频率的参数测出前五次谐波分量将其数据填入表一。表一正弦波前五次谐波的幅度谱FNC2、测试三角波的幅度频谱在实验步骤1的基础上将信号源CH1的输出波形调为三角波T，频率自选,幅度自选并记录幅度和周期的参数测出前五次谐波分量。将测量数据填入表二。表二三角波前五次谐波的幅度谱NC14532167图13A三角波13B相应的幅度谱FNC3、测试周期矩形脉冲的幅度频谱（1）将信号源的输出线接“脉冲”输出端，信号频率,幅度和脉宽自选，测出信号的前5次谐波分量，填入表三表三周期矩形脉冲前五次谐波的幅度谱FNC2改变脉冲宽度,周期与幅度不变,同上1填入表四表四FNC3改变周期,脉宽与幅度不变，同上2填入表五表五FNC实验数据处理分析1由测量数据分别图正弦波的幅度频谱三角波的幅度频谱周期矩形脉冲的幅度频谱改变脉冲宽度改变周期2说明理论分析计算与实测数据的误差及产生的原因答有仪器本身带来的误差和读数带来的误差。实验二模拟滤波器频率特性测试实验目的1、掌握低通无源滤波器的设计；2、学会将无源低通滤波器向带通、高通滤波器的转换；3、了解常用有源低通滤波器、高通滤器、带通滤波器、带阻滤波器的结构与特性；实验原理模拟滤波器根据其通带的特征可分为（1）低通滤波器允许低频信号通过，将高频信号衰减；（2）高通滤波器允许高频信号通过，将低频信号衰减；（3）带通滤波器允许一定频带范围内的信号通过，将此频带外的信号衰减；（4）带阻滤波器阻止某一频带范围内的信号通过，而允许此频带以外的信号衰减；各种滤波器的频响特性图图2一1低通滤波器图2一2高通滤波器图2一3带通滤波器图2一4带阻滤波器在这四类滤波器中，又以低通滤波器最为典型，其它几种类型的滤波器均可从它转化而来。1、系统的频率响应特性是指系统在正弦信号激励下系统的稳态响应随激励信号频率变化的情况。用矢量形式表示JHJE其中HJ为幅频特性，表示输出信号与输入信号的幅度比随输入信号频率的变化关系；为相频特性，表示输出信号与输入信号的相位差随输入信号频率的变化关系。2、HJ可根据系统函数HS求得HJHSSJ因此，对于给定的电路可根椐S域模型先求出系统函数HS，再求HJ，然后讨论系统的频响特性。3、频响特性的测量可分别测量幅频特性和相频特性，幅频特性的测试采用改变激励信号的频率逐点测出响应的幅度，然后用描图法描出幅频特性曲线；相频特性的测量方法亦可改变激励信号的频率用双踪示波器逐点测出输出信号与输入信号的延时，根椐下面的公式推算出相位差2T当响应超前激励时为正，当响应落后激励时为负。实验原理图B函数发生生生生器CH1示波器RRR/2CC2CINPUTAIN1IN2OUT1OUT2GNDGND图2一5实验电路图中R38K，C3900PF，红色框内为实验板上的电路。实验仪器函数发生器一台，双踪示波器一台，实验板一块实验内容及步骤将信号源CH1的信号波形调为正弦波，信号的幅度调为VPP6V。1、RC高通滤波器的频响特性的测量将信号源的输出端A接实验板的IN1端，滤波后的信号OUT1接示波器的输入B。根据被测电路的参数及系统的频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十次以上幅度保持VIPP6V，逐个测量输出信号的峰峰值大小VOPP及输出信号与输入信号的相位差，并将测量数据填入表一表一VIV6666666666FHZVOV2RC低通滤波器的频响特性的测量将信号源的输出A接实验板的IN2，滤波后的输出信号OUT2接示波器的输入B。根据被测电路的参数及系统的幅频特性，将输入信号的频率从低到高逐次改变十次以上幅度保持VIPP6V，逐个测量输出信号的峰峰值大小VOPP及，并将测量数据填入表二表二VIV6666666666FHZVOV实验数据处理以F为横坐标，VOVI为纵坐标，绘制滤波器的幅频特性曲线RC高通滤波器的幅频特性RC低通滤波器的幅频特性实验三连续时间系统的模拟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。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图31所示二阶RC低通电路，可以用图32所示由运算放大器构成的有源低通滤波电路来模拟。1U2U51RK51RK047CF图31RC低通电路ALBN6UAPES9GDP入8HDR图32运算单元连接方式其中运放可采用LM324。LM324芯片的管脚如图7所示。图37LM324芯片的管脚图实验仪器1GDS806C数字存储