连续系统的时域、频域分析

1 学生实验报告学生实验报告 实实验验课课程程 信信号号与与系系统统E ED DA A 实实验验地地点点 东东 1 1 教教 4 41 14 4 学学院院 专专业业 学学 号号 姓姓 名名 2 实验题目实验题目连续系统的时域 频域分析 实验时间实验时间实验台号实验台号 操作成绩操作成绩报告成绩报告成绩 一 实验目的一 实验目的 1 1 学习利用 学习利用 MatlabMatlab 软件实现系统时域输入软件实现系统时域输入 输出分析法 求解微分方程 输出分析法 求解微分方程 2 2 观察和掌握各种常用信号卷积后的结果 观察和掌握各种常用信号卷积后的结果 3 3 利用 利用 MatlabMatlab 实现系统的冲激响应和阶跃响应分析实现系统的冲激响应和阶跃响应分析 4 4 利用 利用 MatlabMatlab 实现信号的频谱分析实现信号的频谱分析 二 实验性质二 实验性质 验证性实验 三 预习内容三 预习内容 系统时域输入 输出分析方法 信号卷积 系统的阶跃响应和冲激响应的概念 信号的时域和频域的关系 4 4 实验内容实验内容 1 1 系统时域输入 系统时域输入 输出分析法输出分析法 某系统的输入 输出描述方程为 2 1 txty dt tdy 给出运行结果 理解 Matlab 软件实现 系统时域输入 输出分析方法 说明函数 lsim 用法 程序 t 0 10 确定信号时间范围 x ones 1 length t 定义输入信号形式 3 b 1 方程描述 a 1 0 5 s lsim b a x t 方程求解 plot t s y 系统输出信号波形绘制 lsim 函数的用法 对于线性时不变系统 任意输入 输出时间响应 系统方程为状态 方程时 可以得到状态轨迹 2 信号卷积 根据 PPT 中的实验 2 2 和 2 3 内容完成课堂练习 写出程序及运行结 果 用 Matlab 实现卷积运算 thtf 其中 2 2 tethtttf t 对比说明信号分别输入系统时的输出有什么区别并分析原因 2 2 thth tf 和 2t hth p 0 01 nf 0 p 4 4 f 2 heaviside nf heaviside nf 2 nh 0 p 6 h exp nh nh 0 y conv f h t 0 length y 1 subplot 3 1 1 stairs nf f title f t axis 0 6 0 2 1 subplot 3 1 2 plot nh h title h t axis 0 6 0 1 1 subplot 3 1 3 plot 0 01 t y title y t f t h t p 0 01 nf 0 p 4 f 2 heaviside nf heaviside nf 2 nh 0 p 6 5 h exp 2 nh 2 nh 0 y conv f h t 0 length y 1 subplot 3 1 1 stairs nf f title f t axis 0 6 0 2 1 subplot 3 1 2 plot nh h title h t axis 0 6 0 1 1 subplot 3 1 3 plot 0 01 t y title y t f t h t 区别 h t 横轴缩短一半 y t 纵轴横轴缩短一半 原因 t 扩大 2 倍 横轴缩短 其卷积缩小到原来的 4 倍 故纵轴缩小 2 倍 3 系统的冲激响应和阶跃响应分析 已知二阶系统方程 1 1 t LC tu LC tu L R tu cc 1 FCHLR3 1 1 4 2 FCHLR1 1 2 3 FCHLR1 1 1 4 FCHLR1 1 0 根据不同情况下的实验结 果分析系统参数变化时系统输出有什么变化规律 6 程序 R input 电阻 R 以交互方式输入电阻 R 的值 L input 电感 L 以交互方式输入电阻 L 的值 C input 电容 C 以交互方式输入电阻 C 的值 b 1 L C a 1 R L 1 L C impulse b a 7 8 分析 电阻增大 峰值降低 曲线坡度变缓 电容变大 峰值变小 坡度变缓 电阻为 0 发 生错误 4 信号的频谱分析 根据 PPT 中程序 2 6 和 2 7 完成课堂作业 写出程序及运行结果 用 Matlab 分析信号 t t tf sin 以及的频谱 根据结果分析信号时域变 t t tf 2 2sin 化与信号频谱变化间关系 关系 时域与频域成反比 m32 mm32 m symssyms t t w w f f ft ft 定义符号变量定义符号变量 f sin t t f sin t t 信号信号 ft f exp j w t ft f exp j w t 计算被积函数计算被积函数 F int ft t 2 2 F int ft t 2 2 计算傅立叶变换计算傅立叶变换 F w F w 9 F simple F FF simple F F 化简化简 subplot 2 1 1 ezplot f 2subplot 2 1 1 ezplot f 2 2 2 绘制信号绘制信号 axis 3axis 3 3 3 0 0 1 1 title sin t t1 1 title sin t t 信号信号 subplot 2 1 2 ezplot abs F 8 0 01 8 subplot 2 1 2 ezplot abs F 8 0 01 8 绘制信号的频谱绘制信号的频谱 title sin t ttitle sin t t 信号的频谱信号的频谱 10 m32 mm32 m symssyms t t w w f f ft ft 定义符号变量定义符号变量 f sin 2 t 2 t f sin 2 t 2 t 信号信号 ft f exp j w t ft f exp j w t 计算被积函数计算被积函数 F int ft t 2 2 F int ft t 2 2 计算傅立叶变换计算傅立叶变换 F w F w F simple F FF simple F F 化简化简 subplot 2 1 1 ezplot f 2subplot 2 1 1 ezplot f 2 2 2 绘制信号绘制信号 axis 3axis 3 3 3 0 0 1 1 title sin t t1 1 title sin t t 信号信号