实验一_系统响应及系统稳定性实验报告

1、一、实验目的 (1) 掌握求系统响应的方法 (2) 掌握时域离散系统的时域特性 (3) 分析、观察及检验系统的稳定性 二、实验原理与方法 在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应。已知输入信号， 可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应， 本 实验仅在时域求解。在计算机上适合用递推法求差分方程的解，最简单的方法是 采用MATLA语言的工具箱函数filter 函数。也可以用MATLA语言的工具箱函 数conv函数计算输入信号和系统的单位脉冲响应的线性卷积， 求出系统的响应。 系统的稳定性是指对任意有界的输入信号，系统都能得到有界的系统响应。 或者系统的单位脉

2、冲响应满足绝对可和的条件。系统的稳定性由其差分方程的系 数决定。实际中检查系统是否稳定，不可能检查系统对所有有界的输入信号，输 出是否都是有界输出，或者检查系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。可行 的方法是在系统的输入端加入单位阶跃序列，如果系统的输出趋近一个常数(包 括零)，就可以断定系统是稳定的。系统的稳态输出是指当n-x时，系统的输出。 如果系统稳定，信号加入系统后，系统输出的开始一段称为暂态效应，随n的加 大，幅度趋于稳定，达到稳态输出。注意在以下实验中均假设系统的初始状态为 零。 二、实验内容及步骤 (1) 编制程序，包括产生输入信号、单位脉冲响应序列的子程序，用filter 函数

3、 或conv函数求解系统输出响应的主程序。程序中要有绘制信号波形的功能。 程序代码 xn=o nes(1,32); hn=; yn=con v(h n,xn); n=0:le ngth( yn)-1; subplot(2,2,1);stem( n,yn,.) title(a)y(n)波形);xlabel(n);ylabel(y(n) (2) 给定一个低通滤波器的差分方程为 y(n) 0.05x( n) 0.05x( n 1)0.9y( n 1) 输入信号Xi(n) R8(n) X2(n) u(n) 分别求出系统对X1( ) R8()和X2(n) U(门)的响应序列，并画出其波形 求出系统的单位

4、冲响应，画出其波形。 %内容1：调用filter解差分方程，由系统对u(n)的响应判断稳定性 %= A=1,;B=,;%系统差分方程系数向量B和A x1n=1 1 1 1 1 1 1 1 zeros(1,50);%产生信号 x1(n)=R8(n) x2n=ones(1,128);沪生信号 x2(n)=u(n) hn=impz(B,A,58); %求系统单位脉冲响应h(n) %调用函数tstem绘图 subplot(2,2,1);y=h( n);tstem(h n,y); title(a)系统单位脉冲响应h( n);box on yin=filter(B,A,x1 n);%求系统对 x1(n)的

5、响应 y1(n) subplot(2,2,2);y=y1( n);tstem(y1 n, y); title(b) 系统对 R8(n)的响应 y1(n);box on y2n=filter(B,A,x2n);%求系统对 x2(n)的响应 y2(n) subplot(2,2,4);y=y2( n);tstem(y2 n,y); title(c) 系统对 u(n)的响应 y2(n);box on ()至統对的响应刃(n) (a)统单位麻冲响应(b)系銃对RB(n)的响应y1(n) (3) 给定系统的单位脉冲响应为 hi( n)尺。(n) h2(n)(n) 2.5 (n 1)2.5 (n 2) (n

6、 3) 用线性卷积法分别求系统h1(n)和h2(n)对x1(n)乓5)的输出响应，并画出波 形。 %内容3 :调用conv函数计算卷积 x1 n=1 1 1 1 1 1 1 1 ;沪生信号 x1(n)=R8(n) h1n=o nes(1,10) zeros(1,10); h2n=1 1 zeros(1,10); y21 n=con v(h1 n,x1n); y22 n=co nv(h2 n,x1 n); figure(2) subplot(2,2,1);y=h1(n);tstem(h1 n,y);%调用函数 tstem 绘图 title(d)系统单位脉冲响应h1( n);box on subp

7、lot(2,2,2);y=y21( n);tstem(y21 n, y); title(e) h1(n)与 R8(n)的卷积 y21(n);box on subplot(2,2,3);y=h2(n);tstem(h2n,y);%调用函数 tstem 绘图 title(f)系统单位脉冲响应h2( n);box on subplot(2,2,4);y=y22( n);tstem(y22 n, y); title(g) h2(n)与 R8(n)的卷积 y22(n);box on (4) 给定一谐振器的差分方程为 y(n)=(n-1)(n-2)+b0 x(n)-b0 x(n-2) 令 b0 =1/10

8、0. 49 ，谐振器的谐振频率为 rad 。 实验方法检查系统是否稳定。 输入信号为 u(n) 时，画出系统输出波形 y31(n) 给定输入信号为 x(n)=sin+sin ，求出系统的输出响应 y32(n) ，并画出其波形 %内容 4：谐振器分析 %= un=ones(1,256); %产生信号 u(n) n=0:255; xsin=sin*n)+sin*n);%产生正弦信号 A=1,;B=1/,0,-1/;%系统差分方程系数向量 B 和 A y31n=filter(B,A,un);%谐振器对 u(n) 的响应 y31(n) y32n=filter(B,A,xsin); %谐振器对 u(n)

9、 的响应 y31(n) figure(3) subplot(2,1,1);y=y31(n);tstem(y31n,y); title(h) 谐振器对 u(n) 的响应 y31(n);box on subplot(2,1,2);y=y32(n);tstem(y32n,y); title(i)谐振器对正弦信号的响应 y32(n);box on )谐振器对正弦信号的11向应y32(n) 四、实验结果分析 由各实验结果的截图可看出，每个图都直观地反映了我们想要求得的单位脉冲响 应、给定信号作用后的输出响应，都符合预期结果。 五、思考题 (1) 如果输入信号为无限长序列，系统的单位脉冲响应是有限长序列，可否用 线性卷积法求系统的响应如何求 答：可以。把输入信号进行分段，分别进行卷积，最后将各段卷积结果相加 即可。 (2) 如果信号经过低通滤波器，把信号的高频分量滤掉，时域信号会有何变 化用前面第一个实验结果进行分析说明。 答：时域信号的剧烈变化将被平滑，由实验内容(1)的内容可见，经过系 统的低通滤波使输入信号和输出的阶跃变化变得缓慢上升与下降。 六、实