判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)</p><p>　　題目： 判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性 </p><p>　　學(xué)院（系）：</p><p>　　年級(jí)專(zhuān)業(yè)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名：</p><p>　　指導(dǎo)教師

2、：</p><p>　　教師職稱(chēng)：</p><p>　　電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書(shū)</p><p>　　課程名稱(chēng)： 數(shù)字信號(hào)處理課程設(shè)計(jì) </p><p>　　基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系 指導(dǎo)教師： <

3、/p><p>　　說(shuō)明：1、此表一式四份，系、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。</p><p>　　2、學(xué)生那份任務(wù)書(shū)要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 摘要4</b></p><p>　

4、　第二章 基本原理5</p><p>　　第三章 MATLAB程序設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1應(yīng)用zplane函數(shù)求解系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布6</p><p>　　3.2應(yīng)用stepz函數(shù)求單位階躍序列的系統(tǒng)響應(yīng)7</p><p>　　第四章 MATLAB仿真結(jié)果分析7</p><p>　　4.1系統(tǒng)

5、零極點(diǎn)分布及穩(wěn)定性判斷7</p><p>　　4.2單位階躍序列的系統(tǒng)響應(yīng)及穩(wěn)定性判斷9</p><p>　　第五章 心得體會(huì)10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　第一章 摘要</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理

6、（Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP）是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過(guò)去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　分析信號(hào)的方法有兩種，一種是時(shí)域分析法，一種是頻域分析法。頻域分析法是研究控制系統(tǒng)的一種經(jīng)典方法，是在頻域內(nèi)

7、應(yīng)用圖解分析法評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的一種工程方法。該方法是以輸入信號(hào)的頻率為變量，對(duì)系統(tǒng)的性能在頻率域內(nèi)進(jìn)行研究的一種方法。頻域分析法不必直接求解系統(tǒng)的微分方程，而是間接地揭示系統(tǒng)的時(shí)域性能，它能方便的顯示出系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，并可以進(jìn)一步指明如何設(shè)計(jì)校正。這種分析方法有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠估計(jì)到影響系統(tǒng)性能的頻率范圍。將系統(tǒng)的單位取樣響應(yīng)進(jìn)行Z變換，即得到系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)，它表征系統(tǒng)的復(fù)頻域特性。根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)分布可以分析系統(tǒng)的因果穩(wěn)定

8、性。</p><p>　　本課題主要是根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)求出系統(tǒng)的零極點(diǎn)分布圖并且求解輸入為單位階躍序列時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)并判斷穩(wěn)定性。首先收集所需資料，并熟悉MATLAB軟件的操作。利用MATLAB軟件繪制出系統(tǒng)零極點(diǎn)的分布圖，并利用所學(xué)知識(shí)，根據(jù)零極點(diǎn)在單位圓的分布，判斷系統(tǒng)的因果穩(wěn)定性，即極點(diǎn)在單位圓內(nèi)，則該系統(tǒng)穩(wěn)定，極點(diǎn)在單位圓外，則該系統(tǒng)為非穩(wěn)定系統(tǒng)。再求解輸入為單位階躍序列時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)并根據(jù)響應(yīng)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。&

9、lt;/p><p>　　關(guān)鍵字：頻域分析、零極點(diǎn)、穩(wěn)定性、階躍響應(yīng)。</p><p><b>　　第二章 基本原理</b></p><p>　　系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指對(duì)任意有界的輸入信號(hào)，系統(tǒng)都能得到有界的系統(tǒng)響應(yīng)?；蛘呦到y(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)滿(mǎn)足絕對(duì)可和的條件。系統(tǒng)的穩(wěn)定性由其差分方程的系數(shù)決定。因果系統(tǒng)的充要條件是其單位取樣響應(yīng)為因果序列，系統(tǒng)穩(wěn)定的充要

10、條件是其單位取樣響應(yīng)絕對(duì)可和，也就是說(shuō)收斂域包含無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)為因果系統(tǒng)，收斂域包含單位圓時(shí)，系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)函數(shù)的極點(diǎn)在圖上的分布來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性,如果極點(diǎn)在單位圓內(nèi)，則該系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng),如果極點(diǎn)在單位圓外，則該系統(tǒng)為非穩(wěn)定系統(tǒng)。實(shí)際中檢查系統(tǒng)是否穩(wěn)定，不可能檢查系統(tǒng)對(duì)所有有界的輸入信號(hào)，輸出是否都是有界輸出，或者檢查系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)滿(mǎn)足絕對(duì)可和的條件。可行的方法是在系統(tǒng)的輸入端加入單位階躍序列，如果系統(tǒng)的輸出趨近一個(gè)常數(shù)

11、（包括零），就可以斷定系統(tǒng)是穩(wěn)定的。當(dāng)輸入為單位階躍序列時(shí)，可利用MATLAB畫(huà)出系統(tǒng)的響應(yīng)，并根據(jù)響應(yīng)曲線(xiàn)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。</p><p>　　第三章 MATLAB程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1應(yīng)用zplane函數(shù)求解系統(tǒng)函數(shù)零極點(diǎn)分布</p><p>　　要獲得系統(tǒng)函數(shù)H(z)的零極點(diǎn)分布圖，可直接應(yīng)用zplane函數(shù)，其語(yǔ)句格式為zplane(B,A)

12、。其中，B與A分別表示H（z）的分子和分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量。它的作用是在Z平面上畫(huà)出單位圓、零點(diǎn)與極點(diǎn)，即可判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。</p><p>　　本課題中系統(tǒng)函數(shù)為：</p><p>　　對(duì)應(yīng)的分子多項(xiàng)式系數(shù)為</p><p>　　B=[1,5,-50]</p><p>　　對(duì)應(yīng)的分母多項(xiàng)式系數(shù)為</p><p>　　

13、A=[ 2,-2.98,0.17,2.3418,-1.5147]</p><p>　　故MATLAB中的源程序?yàn)椋?lt;/p><p>　　B=[1,5,-50];</p><p>　　A=[2,-2.98,0.17,2.3418,-1.5147];</p><p>　　zplane(B,A);</p><p><b

14、>　　grid on;</b></p><p>　　legend('零點(diǎn)','極點(diǎn)');</p><p>　　title('零極點(diǎn)分布圖');</p><p>　　x=roots(A);</p><p>　　y=roots(B);</p><p><

15、;b>　　abs(x);</b></p><p>　　程序中g(shù)rid on表示畫(huà)出網(wǎng)格線(xiàn)，legend()表示圖示，title()表示標(biāo)題，roots()表示對(duì)特征系數(shù)求解，即求出系統(tǒng)的零極點(diǎn)，abs()表示求模。</p><p>　　3.2應(yīng)用stepz函數(shù)求單位階躍序列的系統(tǒng)響應(yīng)</p><p>　　要獲得系統(tǒng)函數(shù)H(z)的單位階躍序列的系統(tǒng)響

16、應(yīng)，可直接應(yīng)用stepz函數(shù)，其語(yǔ)句格式為stepz(B,A)。如前所述，B與A分別表示H（z）的分子和分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量。它的作用是畫(huà)出系統(tǒng)的單位階躍序列輸入的系統(tǒng)相應(yīng)曲線(xiàn)。</p><p>　　MATLAB源程序?yàn)椋?lt;/p><p>　　B=[1,5,-50];</p><p>　　A=[2,-2.98,0.17,2.3418,-1.5147];</p&

17、gt;<p>　　stepz(B,A,N);</p><p><b>　　grid on;</b></p><p>　　title('單位階躍序列輸入的系統(tǒng)響應(yīng)');</p><p><b>　　程序中N為</b></p><p>　　第四章 MATLAB仿真結(jié)果分析

18、</p><p>　　4.1系統(tǒng)零極點(diǎn)分布及穩(wěn)定性判斷</p><p>　　經(jīng)在運(yùn)行MATLAB中運(yùn)行程序后，得到如下結(jié)果：</p><p>　　單位圓區(qū)域放大后如下圖：</p><p>　　系統(tǒng)的零點(diǎn)為：-10.0000，5.0000。</p><p>　　系統(tǒng)極點(diǎn)為：-0.9000+j0.000，0.7000+j0

19、.6000，0.7000-j0.6000，0.9900+j0.0000；其模分別為0.9000，0.9220，0.9220，0.9900，均小于1。</p><p>　　由圖及分析結(jié)果可知系統(tǒng)極點(diǎn)全部分布在單位圓內(nèi)，故系統(tǒng)因果穩(wěn)定。</p><p>　　4.2單位階躍序列的系統(tǒng)響應(yīng)及穩(wěn)定性判斷</p><p>　　當(dāng)輸入為單位階躍序列時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)如下圖所示：<

20、;/p><p><b>　　N=100時(shí)：</b></p><p><b>　　N=400時(shí)：</b></p><p>　　由圖可知系統(tǒng)的輸出最后趨近于一個(gè)常數(shù)，故系統(tǒng)是穩(wěn)定的。</p><p><b>　　第五章 心得體會(huì)</b></p><p>　　通

21、過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多的東西，不僅鞏固了所學(xué)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上學(xué)不到的東西,初步熟悉了MATLAB這個(gè)平臺(tái)的使用方法。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)理解不夠深刻，掌握

22、的不夠牢固，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識(shí)。在此衷心感謝指導(dǎo)我的課程設(shè)計(jì)的王老師，是你讓我有了新的進(jìn)步，謝謝你們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 謝平,王娜,林洪彬.信號(hào)處理原理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009.</p><p>　　[2] 阮沈青.MATLAB程