信號與系統(tǒng)的課程設(shè)計——lti連續(xù)系統(tǒng)時域和頻域分析仿真

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p><b>　　2項目概況1</b></p><p><b>　　3正文2</b></p><p>　　3.1設(shè)計的目的和意義2</p>

2、;<p>　　3.1.1設(shè)計目的2</p><p>　　3.1.2 設(shè)計意義2</p><p>　　3.2設(shè)計的目標(biāo)與總體方案2</p><p>　　3.2.1 設(shè)計目標(biāo)2</p><p>　　3.2.2設(shè)計的總體方案2</p><p>　　3.3設(shè)計方法及內(nèi)容2</p><

3、;p>　　3.3.1 單位沖激響應(yīng)，階躍響應(yīng)2</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)及全響應(yīng)4</p><p>　　3.3.3繪制系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)圖7</p><p>　　3.3.4繪制系統(tǒng)的零極點圖并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性8</p><p><b>　　3.4 結(jié)論9</b>&

4、lt;/p><p><b>　　4致謝10</b></p><p><b>　　5參考文獻10</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　信號與系統(tǒng)課程設(shè)計是學(xué)習(xí)《信號與系統(tǒng)》課程必要的教學(xué)環(huán)節(jié)。由于該課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，需要通過實踐了鞏固基礎(chǔ)知識，為

5、使學(xué)生取得最現(xiàn)代化的設(shè)計技能和研究方法，課程設(shè)計訓(xùn)練也就成為了一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過一個模擬信號的一系列數(shù)據(jù)處理，達到進一步完善對信號與系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)的效果。</p><p>　　《信號與系統(tǒng)》課程同時也是一門實用性較強、涉及面較廣的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程是將學(xué)生從電路分析的知識領(lǐng)域引入信號處理與傳輸領(lǐng)域的關(guān)鍵性課程,對后續(xù)專業(yè)課起著承上啟下的作用. 該課的基本方法和理論大量應(yīng)用于計算機信息處理的各個領(lǐng)域,特別是通信、

6、數(shù)字語音處理、數(shù)字圖像處理、數(shù)字信號分析等領(lǐng)域,應(yīng)用更為廣泛。</p><p>　　近年來，計算機多媒體教序手段的運用逐步普及，大量優(yōu)秀的科學(xué)計算和系統(tǒng)仿真軟件不斷涌現(xiàn)，為我們實現(xiàn)計算機輔助教學(xué)和學(xué)生上機實驗提供了很好的平臺。通過對這些軟件的分析和對比，我們選擇MATLAB語言作為輔助教學(xué)工具，借助MATLAB強大的計算能力和圖形表現(xiàn)能力，將《信號與系統(tǒng)》中的概念、方法和相應(yīng)的結(jié)果，以圖形的形式直觀地展現(xiàn)給我們，

7、大大的方便我們迅速掌握和理解老師上課教的有關(guān)信號與系統(tǒng)的知識。</p><p>　　此次課程設(shè)計是在MATLAB軟件下進行LTI連續(xù)系統(tǒng)分析仿真，有助于我對該連續(xù)信號的分析和理解。MATLAB 強大的功能為此次求系統(tǒng)零狀態(tài)響應(yīng)、系統(tǒng)零輸入響應(yīng)等各種信號求解提供很好的視覺效果，對我們有很大的學(xué)習(xí)幫助。</p><p><b>　　項目概況</b></p>

8、<p>　　我這次做的信號與系統(tǒng)課程設(shè)計的任務(wù)是在MATLAB軟件下進行LTI連續(xù)系統(tǒng)時域和頻域分析。技術(shù)內(nèi)容是：根據(jù)時域分析原理，利用MATLAB軟件求解其單位沖激響應(yīng)，階躍響應(yīng)。要求建立仿真模型，同時調(diào)用函數(shù)建立m文件實現(xiàn)求解。對于設(shè)計的系統(tǒng)給定一般激勵信號，求解所設(shè)計的系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)及全響應(yīng)。繪制系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)圖,繪制系統(tǒng)的零極點圖，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)的零極點與時域特性的關(guān)系，零極點與系統(tǒng)穩(wěn)定

9、性的關(guān)系。技術(shù)指標(biāo)是：沖激響應(yīng)函數(shù)impulse(b,a)，階躍響應(yīng)step(b,a)，零狀態(tài)lsim(b,a,x,t)零輸入狀態(tài)step(sys,t)幅頻和相頻特性freqh(b,a,h)繪制系統(tǒng)零極點圖zplane(b,a)。在做課程設(shè)計中首先是對MATLAB軟件的了解和認(rèn)識，掌握一些MATLAB軟件的基本常用函數(shù)的用法，對MATLAB軟件進行程序操作。這次試驗使我增加對仿真軟件MATLAB的感性認(rèn)識，熟悉MATLAB軟件平臺的使用

10、和MATLAB編程方法及常用語句；了解MATLAB的編程方法和特點；掌握利用MATLAB分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)的方法。初步掌握線性系統(tǒng)的設(shè)計方法，培</p><p><b>　　正文</b></p><p>　　3.1設(shè)計的目的和意義</p><p><b>　　3.1.1設(shè)計目的</b></p><p>

11、;　　通過本設(shè)計后，熟悉信號的變換和運算能力，具有對信號的時域和頻域的分析能力，知道信號的發(fā)送、傳輸和接受的過程，要會根據(jù)信號的傳輸指標(biāo)要求，設(shè)計能完成某種功能的電路系統(tǒng)，并且整個系統(tǒng)物理可實現(xiàn)性和對信號的不失真?zhèn)鬏斶M行檢驗。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　(1)熟悉信號的轉(zhuǎn)換和運算，并能對信號進行分析；</p>&

12、lt;p>　　(2)會根據(jù)信號的傳輸和課題的要求，設(shè)計完成某功能的子系統(tǒng)；</p><p>　　(3)通過實驗，熟悉信號的時域和頻域的分析方法并掌握分析結(jié)果的方法；</p><p>　　(4)在計算機上能模擬信號與系統(tǒng)分析的基本流程，進行系統(tǒng)分析。</p><p>　　3.1.2 設(shè)計意義</p><p>　　鞏固已經(jīng)學(xué)過的知識，加深對

13、知識的理解和應(yīng)用，加強學(xué)科間的橫向聯(lián)系，學(xué)會應(yīng)用Matlab對實際問題進行仿真，為學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課打下堅實的基礎(chǔ)；在學(xué)習(xí)信號與系統(tǒng)課程的同時，也掌握了Matlab的應(yīng)用，將課程中的重點、難點通過Matlab形象、直觀的仿真實現(xiàn)，從而加深對信號與系統(tǒng)基本原理、方法及應(yīng)用的理解，以培養(yǎng)主動獲得知識和獨立解決問題的能力，同時也增強鍛煉動手、實踐能力。</p><p>　　3.2設(shè)計的目標(biāo)與總體方案</p>

14、<p>　　3.2.1 設(shè)計目標(biāo)</p><p>　?。?）熟悉MATLAB軟件平臺； </p><p>　　（2）掌握MATLAB編程方法、常用語句和可視化繪圖技術(shù)； </p><p>　?。?）編程實現(xiàn)常用信號及其運算MATLAB實現(xiàn)方法。</p><p>　?。?）通過MATLAB軟件對LTI連續(xù)系統(tǒng)進行分析仿真。</p

15、><p>　　3.2.2設(shè)計的總體方案</p><p>　　(1)閱讀題目，明確題目中要考察的知識點，復(fù)習(xí)相應(yīng)的知識點，讀懂題目中要求設(shè)計的目的。</p><p>　　(2)查找相關(guān)知識點，如何用MATLAB實現(xiàn)，并理解相應(yīng)程序。</p><p>　　(3)初步進行編程，不懂的地方及時解決。</p><p>　　(4)運用

16、MATLAB數(shù)值求解連續(xù)系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)、沖激響應(yīng)和階躍響應(yīng)，繪制系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)及系統(tǒng)的零極點圖。</p><p>　　3.3設(shè)計方法及內(nèi)容</p><p>　　MATLAB（Matrix Laboratory）是美國Math Works公司產(chǎn)品，Matrix Laboratory意為“矩陣實驗室”，最初的MATLAB只是一個數(shù)學(xué)計算工具。但現(xiàn)在的MATLAB已經(jīng)遠(yuǎn)不僅僅是

17、一個“矩陣實驗室”，它已經(jīng)成為一個集概念設(shè)計、算法開發(fā)、建模仿真，實時實現(xiàn)于一體的集成環(huán)境，它擁有許多衍生子集工具。</p><p>　　MATLAB現(xiàn)已被廣泛于數(shù)學(xué)、通信、信號處理、自動控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖形處理等許多不同學(xué)科的研究中。</p><p>　　3.3.1 單位沖激響應(yīng)，階躍響應(yīng)</p><p>　　一個LTI系統(tǒng)，當(dāng)其初始狀態(tài)為零時，輸入為單位沖擊函數(shù)

18、所引起的響應(yīng)稱為單位沖擊響應(yīng)，簡稱沖擊響應(yīng)。一個LTI系統(tǒng)，當(dāng)其初始狀態(tài)為零時，輸入為單位階躍函數(shù)所引起的響應(yīng)稱為單位階躍響應(yīng)，簡稱階躍響應(yīng)。</p><p><b>　　若一個二階系統(tǒng)：</b></p><p>　　用step(a,b)和impulse(a,b)命令求系統(tǒng)階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)，并將其畫出來。</p><p><b>　

19、　源程序為:</b></p><p>　　clear all;</p><p><b>　　a=[3];</b></p><p>　　b=[2 4 1];</p><p>　　step(a,b);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p&g

20、t;　　impulse(a,b);</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p><b>　　step(a,b)</b></p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)圖</p><p>　　如下圖所示，用simulink仿真系統(tǒng)的階躍和沖激響應(yīng)，并得出圖形。</p><p

21、>　　圖3-2 階躍和沖激響應(yīng)應(yīng)用simulink仿真</p><p>　　圖3-3 階躍和沖激響應(yīng)仿真結(jié)果</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)及全響應(yīng)</p><p>　　零輸入響應(yīng)：LTI系統(tǒng)的完全響應(yīng)可以分為零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)。零輸入響應(yīng)是激勵為零時僅有系統(tǒng)的初始狀態(tài)所引起的響應(yīng)，用表示。零狀態(tài)響應(yīng)是系統(tǒng)的初始狀態(tài)為零時僅由

22、輸入信號引起的響應(yīng)，用表示。</p><p><b>　　源程序為:</b></p><p>　　clear all;</p><p>　　sys=tf([3],[2,4,1]);</p><p>　　t=0:0.1:10;</p><p>　　y1=step(sys,t);</p>

23、<p>　　figure(1);plot(t,y1);</p><p><b>　　y=[1 2];</b></p><p>　　sys1=ss(sys);</p><p><b>　　u=0*t;</b></p><p>　　z=lsim(sys1,u,t,y);</p>

24、<p>　　figure(2);plot(z);</p><p><b>　　u=y1+z;</b></p><p>　　figure(3);plot(t,u);</p><p>　　如圖所示，下圖依次為求解所設(shè)計的系統(tǒng)的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)及全響應(yīng)所得圖形。</p><p>　　圖3-4 零輸入響應(yīng)圖&l

25、t;/p><p>　　圖3-5 零狀態(tài)響應(yīng)圖</p><p><b>　　圖3-6 全響應(yīng)圖</b></p><p>　　如下圖所示，用simulink仿真系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)，并得出圖形。</p><p>　　圖3-7 零狀態(tài)響應(yīng)應(yīng)用simulink仿真</p><p>　　圖3-8 零狀態(tài)響應(yīng)圖仿真結(jié)

26、果</p><p>　　3.3.3繪制系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)圖</p><p>　　用frepz函數(shù)求頻率響應(yīng)，再用abs(),angle()f分別求出頻響曲線的幅度，相位，并將其畫出來。</p><p>　　沖擊響應(yīng)反映了系統(tǒng)的時域特性，而頻率響應(yīng)反映了系統(tǒng)的頻域特性二者的關(guān)系為：</p><p>　　通常頻率響應(yīng)函數(shù)（系統(tǒng)函數(shù)）可定義為

27、系統(tǒng)響應(yīng)的傅里葉變換與激勵的傅里葉變換之比，即：</p><p>　　它是頻率的復(fù)函數(shù)，可寫為：，其中是角頻率為的輸出與輸入信號幅度之比，稱為幅頻特性；是輸出與輸入信號的相位差，稱為相頻特性。由于是函數(shù)的傅里葉變換，根據(jù)奇偶性可知是的偶函數(shù)，是的奇函數(shù)。</p><p><b>　　源程序為:</b></p><p>　　clear all;&

28、lt;/p><p>　　a=[2 4 1];b=[3];h=20;</p><p>　　[h,w]=freqs(b,a,h)</p><p>　　h1=abs(h);</p><p>　　h2=angle(h);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(w,

29、h1)</p><p><b>　　grid</b></p><p>　　xlabel('角頻率(w)');</p><p>　　ylabel('幅度');</p><p>　　title('H(jw)的幅頻特性');</p><p>　　subpl

30、ot(2,1,2);</p><p>　　plot(w,h2*180/pi);</p><p><b>　　grid</b></p><p>　　圖3-9 系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)圖</p><p>　　3.3.4繪制系統(tǒng)的零極點圖并分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性</p><p>　　對于因果系統(tǒng)，h(s)在左

31、半平面的極點所對應(yīng)的響應(yīng)都是衰減的，當(dāng)t趨于無窮時響應(yīng)函數(shù)趨近于零。極點全在左半平面的系統(tǒng)是穩(wěn)定的系統(tǒng)。H(s)在虛軸上的二階及二階以上的極點或右半開平面上的極點，其所對應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)都隨t的增長而增大，當(dāng)t趨于無窮時，他們都趨于無限大。這樣的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。</p><p>　　clear all;</p><p>　　a=[2 4 1];</p><p><

32、b>　　b=[3];</b></p><p>　　zplane(b,a);</p><p>　　title('系統(tǒng)的零極點圖');</p><p>　　圖3-10 零極點圖</p><p>　　如圖所示，零極點都在左平面，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p>　　通過對MATLAB的學(xué)習(xí)和掌

33、握運用，使我對此軟件有一定的了解，對下面我做LTI連續(xù)系統(tǒng)時域分析仿真奠定了基礎(chǔ)。</p><p><b>　　3.4 結(jié)論</b></p><p>　　通過這次的課程設(shè)計，我深受益匪淺，不僅對信號這門課程有更深入的掌握，還學(xué)到其他方面的知識（如Matlab的應(yīng)用），同時也擺脫枯燥的理論學(xué)習(xí)，從中體會到學(xué)習(xí)這門課程的樂趣。在準(zhǔn)備課程設(shè)計的過程中，遇到許多的困難，但從不

34、感到灰心，因為在做的過程中，同學(xué)們都是在一起相互談?wù)?，遇到困難就找同學(xué)，在這種集體的學(xué)習(xí)氛圍下，只感受到學(xué)習(xí)帶來的快樂。通過此次的設(shè)計，體會到只有通過實踐，才知道它魅力所在，才能更加深入的掌握，同時也在培養(yǎng)自己獨立思考和解決問題的能力，也增強鍛煉動手、實踐能力。</p><p>　　通過這段時間的課程設(shè)計，同時也使我懂得了理論與實際相結(jié)合時很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，

35、從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己對理論知識的熟練掌握和運用。在設(shè)計的過程中也遇到了很多問題，才發(fā)現(xiàn)原來自己有如此多的不足之處，對以前學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握也不牢固。</p><p>　　對于中間MATLAB的運用，幸好我以前選修過MATLAB這門課，不然中途不知道會遇到什么樣的困難。不過期間，還是有些不熟悉，在翻閱了大量關(guān)于MATLAB的相關(guān)畫圖資料，我發(fā)現(xiàn)自己對MATLAB的掌握也更加熟練了。<

36、/p><p>　　在做課程設(shè)計的過程中，對書本上的理論知識有了進一步的理解，對于一些似懂非懂的部分，通過再一次看書，編寫程序，調(diào)試結(jié)果，并對結(jié)果進行分析，也理解了。但是，感覺自己對與理論的實際運用還是比較欠缺。同時知道了學(xué)習(xí)知識的方法，學(xué)習(xí)理論不是一味的看書，理論應(yīng)該建立在實踐的基礎(chǔ)上，通過編寫程序去實現(xiàn)某個功能， 對相應(yīng)知識點有了更進一步的了解，有助于理論的學(xué)習(xí)。</p><p>　　通過做

37、這次課程設(shè)計，對MATLAB有了初步了解，知道了MATLAB的一些用途，雖然選修了數(shù)學(xué)建模實驗課，老師在課堂上也講了一些簡單的MATLAB的用法，但是在做設(shè)計的過程中才知道那些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以又花了很多時間去找那些函數(shù)怎么用，怎么畫圖啊等等，在理論中求頻率響應(yīng)計算很麻煩，但是用MATLAB只需一個簡單的函數(shù)就可以實現(xiàn)，但有許多細(xì)節(jié)如一些語句等，由于時間關(guān)系還是不太明白，需要今后加以學(xué)習(xí)。在做課程設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)什么事不能等別人，自己需要盡

38、自己的努力去做，有不明白的地方要及時去問，還有要學(xué)會利用身邊各種資源比如圖書館，網(wǎng)絡(luò)等,什么事情沒有親自去做，不要妄下結(jié)論，不要認(rèn)為自己不行，只有做了才知道其實一些事只要自己認(rèn)真做了是可以辦的的。同時課程設(shè)計培養(yǎng)了我獨自處理問題的能力以及做事的態(tài)度。俗話說：態(tài)度決定一切。只有有端正的態(tài)度，才能盡心的去做。才有可能成功。</p><p>　　這次課程設(shè)計終于順利完成，在設(shè)計中遇到的運行和調(diào)試問題，最后在老師的耐心指

39、導(dǎo)下，終于游逆而解。在以后的學(xué)習(xí)過程中我要不段的學(xué)習(xí)，不斷豐富自己的知識。這次課程設(shè)計的順利完成，讓我明白我自己的不足。在以后的學(xué)習(xí)過程中我會更加的的努力，不斷豐富自己的知識。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過這七天的實驗，信號與系統(tǒng)的課程設(shè)計也接近了尾聲。信號與系統(tǒng)課程設(shè)計是通信工程專業(yè)的基礎(chǔ)教育課程中的重要組成部分，它是計算機和通

40、信專業(yè)結(jié)合的理論基礎(chǔ)，在這做課程設(shè)計的兩個星期中，在這里我對為我們進行課程設(shè)計輔導(dǎo)的蘇博妮老師表示衷心的感謝，正是她的耐心講解，一直在教室里等著我們提問，還有她的不辭辛苦，更是有她的那種精神，使我能夠完成此次信號與系統(tǒng)的課程設(shè)計——LTI連續(xù)系統(tǒng)時域和頻域分析仿真，同時我也學(xué)到了很多知識，例如：MATLAB軟件的掌握和應(yīng)用通過這次的課程設(shè)計，我深受益匪淺，不僅對信號這門課程有更深入的掌握，還學(xué)到其他方面的知識（如Matlab的應(yīng)用），同

41、時也擺脫枯燥的理論學(xué)習(xí)，從中體會到學(xué)習(xí)這門課程的樂趣。在準(zhǔn)備課程設(shè)計的過程中，遇到許多的困難，但從不感到灰心，因為在做的過程中，同學(xué)們都是在一起相互談?wù)?，遇到困難就找同學(xué)，有爭議時問老師，在這種集體的學(xué)習(xí)氛圍下，只感受到學(xué)習(xí)帶來的快樂。通過此次的設(shè)計，體會到只有通過實踐，才知道它魅力所在，才能更加深入的掌握，同時也在培養(yǎng)自己獨立思考和解決問題的能力，也增強鍛煉動手、實踐能力。</p><p>　　再次感謝在課程設(shè)

42、計過程中給予我?guī)椭凸膭畹睦蠋熀屯瑢W(xué)們，有了他們的幫助，才使我的課程設(shè)計順利的完成了，使我深深的感受到團結(jié)就是力量。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]樓順天、李博菡.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計－信號處理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1998.66-68[2]張志涌,徐彥琴.MATLAB教程[M].北京：北京航空航