毕业论文基于matlab的测控实验说明书

基于MATLAB的测控实验实验一 函数信号发生实验一 实验目的1掌握基于matlab产生基本信号的方法；2掌握基于matlab绘制信号曲线的方法。 二 实验设备1计算机1台；2MATLAB软件1套；3打印机1台。三 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独立完成实验。四 实验原理利用Matlab软件的信号处理工具箱中的专用函数产生信号并绘出波形。1产生正弦波t=0:0.01:3*pi;y=sin(2*t);plot(t,y);2产生叠加随机噪声的正弦波t=0:0.01:3*pi;y=10*sin(2*t);s=y+randn(size(t);plot(t,s);3产生周期方波t=0:0.01:1;y=square(4*pi*t);plot(t,y);4产生周期锯齿波t=(0:0.001:2.5);y=sawtooth(2*pi*30*t);plot(t,y);axis(0 0.2 -1 1);5产生Sinc函数x=linspace(-5,5);y=sinc(x);plot(x,y);6产生指数函数波形x=linspace(0,1,100);(或x=0:0.01:1;)y=exp(-x);plot(x,y);五 实验内容自选五个基本函数，随机设定x坐标的数值序列，利用MATLAB计算出各个函数的y坐标的数值序列，并利用plot()函数绘制各个函数的曲线图。六 实验报告1提交信号生成的MATLAB程序及其曲线图；2总结MATLAB绘制曲线的方法；3写出实验心得体会或者对本实验的改进意见。实验二 信号时域分析实验一 实验目的1掌握基于matlab信号时域运算的方法；2理解信号尺度变换及卷积运算的原理。 二 实验设备1计算机1台；2MATLAB软件1套；3打印机1台。三 实验要求1预习实验原理；2根据实验内容编写程序（M文件），上机运行；3独立完成实验。四 实验原理1信号时域的加、减、乘运算要进行加、减、乘运算的信号，时间坐标t的数据序列长度必须相同，否则无法进行运算。t=0:0.01:2;f1=exp(-3*t);f2=0.2*sin(4*pi*t);f3=f1+f2;f4=f1.*f2;subplot(2,2,1);plot(t,f1);title(f1(t);subplot(2,2,2);plot(t,f2);title(f2(t);subplot(2,2,3);plot(t,f3);title(f1+f2);subplot(2,2,4);plot(t,f4);title(f1*f2);2信号时域的反褶、移位、尺度变换运算由f(t)到f(-at+b)(a0)的一般步骤为。例如将f(t)=sin(t)/t通过反褶、移位和度变换到f(-2t+3)。syms t;f=sym(sin(t)/t);%定义符号函数f(t)=sin(t)/tf1=subs(f,t,t+3); %对f进行移位f2=subs(f1,t,2*t);%对f1进行尺度变换f3=subs(f2,t,-t); %对f2进行反褶subplot(2,2,1);ezplot(f,-8,8); %ezplot是符号函数绘图命令grid on;subplot(2,2,2);ezplot(f1,-8,8);grid on;subplot(2,2,3);ezplot(f2,-8,8);grid on;subplot(2,2,4);ezplot(f3,-8,8);grid on;3.信号时域的卷积运算在MATLAB中，Y=conv(x,h)是实现x,h二个序列的卷积。若x,h二个序列都是从n=0开始，那么Y序列的长度为x,h序列的长度之和再减1。%两个方波信号的卷积y1=ones(1,20),zeros(1,20);y2=ones(1,10),zeros(1,20);y=conv(y1,y2);n1=1:length(y1);n2=1:length(y2);L=length(y)subplot(3,1,1);plot(n1,y1);axis(1,L,0,2);subplot(3,1,2);plot(n2,y2);axis(1,L,0,2);n=1:L;subplot(3,1,3);plot(n,y);axis(1,L,0,20);%两个方波信号的卷积t=0:0.01:1;y1=exp(-6*t);y2=exp(-3*t);y=conv(y1,y2);l1=length(y1)l2=length(y2)l=length(y)subplot(3,1,1);plot(t,y1);subplot(3,1,2);plot(t,y2);t1=0:0.01:2;subplot(3,1,3);plot(t1,y);五 实验内容1自选两个基本函数，随机设定时间坐标t的数值序列，利用MATLAB根据这两个函数生成两个信号，然后最这两个信号进行时域的加、乘、卷积运算，并利用plot()函数绘制这两个信号的曲线图和运算所得信号的曲线图。2自选一个基本函数，随机设定时间坐标t的数值序列，利用MATLAB根据这个函数生成一个信号，然后最这个信号进行时域的反褶、平移、尺度变换运算，并利用plot()函数绘制这个信号的曲线图和运算所得信号的曲线图。3计算出各个函数的y坐标的数值序列，并利用plot()函数绘制各个函数的曲线图。六 实验报告1提交信号生成的MATLAB程序及其曲线图；2总结MATLAB绘制曲线的方法；3写出实验心得体会或者对本实验的改进意见。实验三 信号频域分析实验一 实验目的1掌握用matlab软件绘制信号频谱的方法;2通过实验，加深理解采样定理;3理解傅里叶变换的性质。二 实验设备1计算机1台；2MATLAB软件1套；3打印机1台。三 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独立完成实验。四 实验原理1MATLAB中的快速傅里叶变换matlab提供fft函数来计算信号x(n)的快速离散傅里叶变换 (FFT)。格式y=fft(x)计算信号x的快速离散傅里叶变换y时，若x的数据长度为2的整数次幂时，用算速度较快的基-2算法,否则采用较慢的分裂算法。格式y=fft(x,N) 计算信号x的N点快速离散傅里叶变换时,若x的数据长度大于N,截断x,若x的数据实际长度小于N，则自动补一些零，使之长度等于N.。运用MATLAB进行快速傅里叶变换时，幅值大小与选择点数N有关,但不影响分析结果；若N点序列x(n)(n=0,1,N-1)是在采样频率fs(Hz)下获得,它的快速离散傅里叶变换(FFT)也是N点序列，即X(k)(k=0,1,N-1),则第k点所对应的实际频率f=kfs/N。2MATLAB中的频谱分析一被噪声污染的信号,很难看出它所包含的频率分量, 在MATLAB中可以通过用快速傅里叶变换(FFT)来分析信号频率成分，实现信号的频谱分析。例如一个由50Hz和150Hz正弦信号构成的信号,受到均值为零、均方差为0.5的高斯随机信号的于扰,数据采样率fs=500Hz，通过FFT来分析其信号频率成分,用matlab实现如下: fs=500; %采样频率fs=500Hz.t=0:1/fs:1; %采样周期为1/fs.%产生信号f(t)f=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*150*t); subplot(3,1,1);plot(t,f);title(原始信号);y=f+0.5*randn(1,length(t); %加噪subplot(3,1,2);plot(t,y);title(受噪声污染的信号);N=256; Y=fft(y,N); %对加噪信号进行FFTk=0:N-1;f=fs*k/N;subplot(3,1,3);plot(f,abs(Y);title(FFT(幅度谱); 由频谱图可见,在50Hz和150Hz各出现很长的谱线，表明含噪信号y中含有这二个频率的信号。在350Hz和450Hz处也出现很长的谱线，这并不是说y中也含350Hz和450Hz的信号，这是由于采样信号的频谱是以采样频率fs为间隔周期出现而造成的。在这一过程中需要注意的是当采样频率fs2fm=2*150=300 Hz时，满足奈奎斯特采样定理条件，不会产生频谱混迭现象；当fs=0)，在离散系统中t=kT, （k=0,2,3,）, 则在MATLAB程序中可以写成: k=0:50; u=(k*T); 如：T=0.2s, k=50,则有k=0:50; u=(k*0.2);（4）加速度输入：u(k)= （k=0,1,2,3,） 如: k=10, T=0.2s 时，MATLAB程序为：k=0:10; u=0.5*(0.2*k).2;四 实验内容1已知系统矩阵为A=，试用化矩阵A为对角线规范型方法求系统的状态转移矩阵。（提示：先用eig()函数求A的特征值，然后求非奇异变换阵P及P-1,最后求矩阵指数）2已知系统矩阵A=，试用化矩阵A为约当规范型方法求系统的状态转移矩阵。（提示：P，D=Jordan(A)）3已知系统矩阵A=,输入矩阵B=，且,C=1 0,单输入u(t)为单位阶跃函数，试求系统的状态响应和输出响应。（提示：用lsim命令，格式为：y,x=lsim(A,B,C,D,输入表达式，初始状态)）4给定线性定常系统，且采样周期T=0.1秒，要求建立其时间离散化模型。 （提示：G，H=c2d(A，B，T)）5给定线性定常离散时间系统，且已知，试求x(k)和y(k)（提示：y,x=dlsim(G,H,C,D,输入表达式,初始状态)）。6对于如下状态空间方程：，求系统的阶跃响应y(k),x1(k)和x2(k)。五 实验步骤1打开MATLAB,设置MATLAB工作目录；2根据实验内容，在MATLAB命令窗口输入响应命令或者建立M文件；3保存相应的MATLAB命令内容或者M文件以及实验结果。六 实验报告1按照实验报告的要求来填写相关内容。2提交实验的MATLAB命令及结果。实验七 控制系统时域特性分析一 实验目的1理解掌握一阶、二阶系统在各种典型输入信号作用下的动态特性，熟悉系统在各种典型输入信号作用下的响应曲线；2掌握二阶系统的瞬态响应，理解二阶系统的两个重要参数和对系统动态特性的影响,定量分析和时间常数与超调量、过渡时间的关系，观察系统开环增益变化对稳态误差的影响；3正确理解时域响应的性能指标，掌握利用MATLAB进行时域特性分析的方法。二 实验设备1计算机1台；2MATLAB软件1套；3打印机1台。三 实验要求1了解典型输入信号，理解时间响应的概念，理解掌握时间响应分析和性能指标的计算。2对于一阶惯性环节：（1）重点掌握当输入信号为单位阶跃信号时，对应的响应曲线特点；掌握当系统参数T改变时，对应的响应曲线变化特点，以及对系统的性能的影响。（2）基本掌握当输入信号分别改为单位脉冲信号、单位速