实验三 连续时间LTI系统的频域分析

实验三 连续时间LTI 系统的频域分析

一、实验目的

1、掌握系统频率响应特性的概念及其物理意义；

2、掌握系统频率响应特性的计算方法和特性曲线的绘制方法，理解具有不同频率响应特性的滤波器对信号的滤波作用；

3、学习和掌握幅度特性、相位特性以及群延时的物理意义；

4、掌握用MA TLAB 语言进行系统频响特性分析的方法。

基本要求：掌握LTI 连续和离散时间系统的频域数学模型和频域数学模型的MATLAB 描述方法，深刻理LTI 系统的频率响应特性的物理意义，理解滤波和滤波器的概念，掌握利用MA TLAB 计算和绘制LTI 系统频率响应特性曲线中的编程。

二、实验原理及方法

1 连续时间LTI 系统的频率响应

所谓频率特性，也称为频率响应特性，简称频率响应（Frequency response ），是指系统在正弦信号激励下的稳态响应随频率变化的情况，包括响应的幅度随频率的变化情况和响应的相位随频率的变化情况两个方面。

x(t)、y(t)分别为系统的时域激励信号和响应信号，h(t)是系统的单位冲激响应，它们三者之间的关系为：)(*)()(t h t x t y =，由傅里叶变换的时域卷积定理可得到：

)()()(ωωωj H j X j Y =

3.1

或者： )

()

()(ωωωj X j Y j H =

3.2

)(ωj H 为系统的频域数学模型，它实际上就是系统的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换。即

?

∞

∞

--=

dt e t h j H t

j ωω)()( 3.3 由于H(j ω)实际上是系统单位冲激响应h(t)的傅里叶变换，如果h(t)是收敛的，或者

说是绝对可积（Absolutly integrabel ）的话，那么H(j ω)一定存在，而且H(j ω)通常是复数，因此，也可以表示成复数的不同表达形式。在研究系统的频率响应时，更多的是把它表示成极坐标形式：

)

()()(ω?ωωj e

j H j H = 3.4

上式中，)j (ωH 称为幅度频率相应（Magnitude response ），反映信号经过系统之后，信号各频率分量的幅度发生变化的情况，)(ω?称为相位特性（Phase response ），反映信号

经过系统后，信号各频率分量在相位上发生变换的情况。)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数。

对于一个系统，其频率响应为H(j ω)，其幅度响应和相位响应分别为)(ωj H 和)(ω?，如果作用于系统的信号为t

j e

t x 0)(ω=，则其响应信号为 t

j e j H t y 0)()(0ωω=

t j j e e j H 00)(0)(ωω?ω=))((000)(ω?ωω+=t j e j H

3.5

若输入信号为正弦信号，即x(t) = sin(ω0t )，则系统响应为

))(sin(|)(|)sin()()(00000ω?ωωωω+==t j H t j H t y 3.6

可见，系统对某一频率分量的影响表现为两个方面，一是信号的幅度要被)(ωj H 加权，二是信号的相位要被)(ω?移相。

由于)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数，所以，系统对不同频率的频率分量造成的幅度和相位上的影响是不同的。

2 LTI 系统的群延时

从信号频谱的观点看，信号是由无穷多个不同频率的正弦信号的加权和（Weighted sum ）所组成。正如刚才所述，信号经过LTI 系统传输与处理时，系统将会对信号中的所有频率分量造成幅度和相位上的不同影响。从相位上来看，系统对各个频率分量造成一定的相位移（Phase shifting ），相位移实际上就是延时（Time delay ）。群延时（Group delay ）的概念能够较好地反映系统对不同频率分量造成的延时。

LTI 系统的群延时定义为：

ω

ω?ωτd d )()(-

=

3.7

群延时的物理意义：群延时描述的是信号中某一频率分量经过线性时不变系统传输处理后产生的响应信号在时间上造成的延时的时间。

如果系统的相位频率响应特性是线性的，则群延时为常数，也就是说，该系统对于所有的频率分量造成的延时时间都是一样的，因而，系统不会对信号产生相位失真（Phase distortion ）。反之，若系统的相位频率响应特性不是线性的，则该系统对于不同频率的频率分量造成的延时时间是不同的，因此，当信号经过系统后，必将产生相位失真。

3 用MATLAB 计算系统频率响应

在本实验中，表示系统的方法仍然是用系统函数分子和分母多项式系数行向量来表示。实验中用到的MATLAB 函数如下：

[H,w] = freqs(b,a)：b,a 分别为连续时间LTI 系统的微分方程右边的和左边的系数向

量（Coefficients vector ），返回的频率响应在各频率点的样点值（复数）存放在H 中，系统

默认的样点数目为200点；

Hm = abs(H)：求模数，即进行H Hm =运算，求得系统的幅度频率响应，返回值

存于Hm 之中。

real(H)：求H 的实部； imag(H)：求H 的虚部；

phi = atan(-imag(H)./(real(H)+eps))：求相位频率相应特性，atan()用来计算反正切值；

或者

phi = angle(H)：求相位频率相应特性；

tao = grpdelay(num,den,w)：计算系统的相位频率响应所对应的群延时。 计算频率响应的函数freqs()的另一种形式是：

H = freqs(b,a,w)：在指定的频率范围内计算系统的频率响应特性。在使用这种形式

的freqs/freqz 函数时，要在前面先指定频率变量w 的范围。

例如在语句H = freqs(b,a,w)之前加上语句：w = 0:2*pi/256:2*pi 。

下面举例说明如何利用上述函数计算并绘制系统频率响应特性曲线的编程方法。 假设给定一个连续时间LTI 系统，下面的微分方程描述其输入输出之间的关系

)(2)

(3)(22t x dt

t dy dt t y d =++ 编写的MA TLAB 范例程序，绘制系统的幅度响应特性、相位响应特性、频率响应的实

部和频率响应的虚部。程序如下：

% Program3_1

% This Program is used to compute and draw the plots of the frequency response % of a continuous-time system

b = [1]; % The coefficient vector of the right side of the differential equation a = [1 3 2]; % The coefficient vector of the left side of the differential equation [H,w] = freqs(b,a); % Compute the frequency response H Hm = abs(H); % Compute the magnitude response Hm phai = angle(H); % Compute the phase response phai

Hr = real(H); % Compute the real part of the frequency response

Hi = imag(H); % Compute the imaginary part of the frequency response subplot(221)

plot(w,Hm), grid on, title('Magnitude response'), xlabel('Frequency in rad/sec') subplot(223)

plot(w,phai), grid on, title('Phase response'), xlabel('Frequency in rad/sec') subplot(222)

plot(w,Hr), grid on, title('Real part of frequency response'), xlabel('Frequency in rad/sec') subplot(224)

plot(w,Hi), grid on, title('Imaginary part of frequency response'), xlabel('Frequency in rad/sec')

三、实验内容及步骤

实验前，必须首先阅读本实验原理，了解所给的MATLAB 相关函数，读懂所给出的全部

范例程序。实验开始时，先在计算机上运行这些范例程序，观察所得到的信号的波形图。并结合范例程序所完成的工作，进一步分析程序中各个语句的作用，从而真正理解这些程序。

实验前，一定要针对下面的实验项目做好相应的实验准备工作，包括事先编写好相应的实验程序等事项。

给定三个连续时间LTI 系统，它们的微分方程分别为

系统1： dt t dx t y dt t dy dt

t y d )

()(25)(1)(2

2=++ Eq.3.1 系统2： )()()()(t x dt

t dx t y dt t dy -=+ Eq.3.2 系统3：

)(262)(262)

(401)(306)(148)(48)(10)(2

233445566t x t y dt t dy dt

t y d dt t y d dt t y d dt t y d dt t y d =++++++ Eq.3.3

Q3-1 修改程序Program3_1，并以Q3_1存盘，使之能够能够接受键盘方式输入的微分方

程系数向量。并利用该程序计算并绘制由微分方程Eq.3.1、Eq.3.2和Eq.3.3描述的系统的幅

度响应特性、相位响应特性、频率响应的实部和频率响应的虚部曲线图。 抄写程序Q3_1如下： clear, close all;

a = input('微分方程左边的系数：');

b = input('微分方程右边的系数：'); [H,w] = freqs(b,a); Hm = abs(H); phai = angle(H); Hr = real(H); Hi = imag(H); subplot(221) plot(w,Hm), grid on,

title('Magnitude response'), xlabel('Frequency in rad/sec') subplot(223) plot(w,phai), grid on,

title('Phase response'),

xlabel('Frequency in rad/sec') subplot(222) plot(w,Hr), grid on,

title('Real part of frequency response'),

xlabel('Frequency in rad/sec') subplot(224) plot(w,Hi), grid on,

title('Imaginary part of frequency response'), xlabel('Frequency in rad/sec')

执行程序Q3_1，绘制的系统1的频率响应特性曲线如下：

5

10

0.5

1

Magnitude response

Frequency in rad/sec 0

5

10

-2-101

2Phase response

Frequency in rad/sec

510

0.5

1

Real part of frequency response

Frequency in rad/sec

5

10

-0.5

0.5

Imaginary part of frequency response Frequency in rad/sec

从系统1的幅度频率响应曲线看，系统1是低通、高通、全通、带通还是带阻滤波器？ 答：带通滤波器。

执行程序Q3_1，绘制的系统2的频率响应特性曲线如下：

5

10

1

1

1

1

Magnitude response

Frequency in rad/sec 0

5

10

0123

4Phase response

Frequency in rad/sec

510

-1

-0.50

0.5

1Real part of frequency response

Frequency in rad/sec

5

10

0.5

1

Imaginary part of frequency response Frequency in rad/sec

从系统2的幅度频率响应曲线看，系统2低通、高通、全通、带通还是带阻滤波器？ 答：低通滤波器。

执行程序Q3_1，绘制的系统3的频率响应特性曲线如下：

5

10

0.5

1

Magnitude response

Frequency in rad/sec 0

5

10

-4-202

4Phase response

Frequency in rad/sec

510

-1

-0.5

00.5

1Real part of frequency response

Frequency in rad/sec

5

10

-1-0.500.5

1

Imaginary part of frequency response Frequency in rad/sec

从系统3的幅度频率响应曲线看，系统3是低通、高通、全通、带通还是带阻滤波器？答：带阻滤波器。

这三个系统的幅度频率响应、相位频率相应、频率响应的实部以及频率响应的虚部分别具有何种对称关系？请根据傅里叶变换的性质说明为什么会具有这些对称关系？

答：

Q3-2编写程序Q3_2，使之能够能够接受键盘方式输入的输入信号x(t)的数学表达式，系统微分方程的系数向量，计算输入信号的幅度频谱，系统的幅度频率响应，系统输出信号y(t)的幅度频谱，系统的单位冲激响应h(t)，并按照下面的图Q3-2的布局，绘制出各个信号的时域和频域图形。

图Q3-2

你编写的程序Q3_2抄写如下：

clear,

close all;

t = 0:0.01:40;

T =0.01;

dw =0.1;

w=-4*pi:dw:4*pi;

a = input('微分方程左边的系数：');

b = input('微分方程右边的系数：');

x = input('表达式的输入信号x（t）：');

subplot(323);

impulse(b,a,40);

axis([0 40 -0.2 1]);

grid on,

title('系统单位冲击响应h(t)')

subplot(321),

plot(t,x)

title('输入信号x(t):');

xlabel('t/s');

subplot(325),

y=lsim(b,a,x,t);

plot(t,y)

title('输出信号y(t)');

xlabel('t/s');

X=x*exp(-j*t'*w)*T;

X1=abs(X);

subplot(322);

plot(w,X1),

axis([-4*pi 4*pi 0 20]);

grid on,

title('输入信号x(t)的幅度频谱') xlabel('频率弧度/秒')

Y=y'*exp(-j*t'*w)*T;

Y1=abs(Y);

subplot(326)

plot(w,Y1),

axis([-4*pi 4*pi 0 20]);

grid on,

title('输出信号y(t)的幅度频谱'); xlabel('频率弧度/秒')

[H,w] = freqs(b,a);

Hm = abs(H);

phai = angle(H);

subplot(324)

plot(w,Hm),

grid on,

title('系统的幅度频率响应:'), xlabel('频率弧度/秒')

执行程序Q3_2，输入信号x(t) = sin(t) + sin(8t)，输入由Eq.3.3描述的系统。得到的图形如下：

此处粘帖执行程序Q3_2所得到的图形

10

2030

40

00.5

1

系统单位冲击响应h(t)

Time (sec)

A m p l i t u d e

10

2030

40

-2-101

2输入信号x(t):

t/s

10

2030

40

-1-0.500.5

1输出信号y(t)

t/s

-10

-50510051015

20输入信号x(t)的幅度频谱

频率 弧度/秒

-10

-50510

51015

20输出信号y(t)的幅度频谱

频率 弧度/秒

510

0.5

1

系统的幅度频率响应:频率 弧度/秒

请手工绘制出信号x(t) = sin(t) + sin(8t) 的幅度频谱图如下：

050

输入信号x(t)的幅度频谱

频率 弧度/秒

你手工绘制的信号x(t) = sin(t) + sin(8t) 的幅度频谱图与执行程序Q3_2得到的x(t) = sin(t) + sin(8t) 的幅度频谱图是否相同？如不同，是何原因造成的？ 答：不同。

执行程序Q3_2得到的x(t) = sin(t) + sin(8t) 的幅度频谱图实际上是另外一个信号x 1(t)的幅度

频谱，这个信号的时域数学表达式为 x 1(t) = jw 882jw j w j w

e e e e j

---+-

请利用傅里叶变换的相关性质计算并绘制信号x 1(t)的幅度频谱图。 计算过程：

手工绘制的x 1(t) 的幅度频谱图如下：

结合所学的有关滤波的知识，根据上面所得到的信号的时域和频域图形，请从时域和频域两个方面解释滤波的概念。

答：滤波在时域的理解即是输入信号与单位冲激响应的卷积，也即是说，当前时刻的滤波结果，是对当前及之前若干个输入信号加上不同系数的权值，然后再累加的结果。权系数的不同，代表了不同的滤波特性。

滤波在频域的理解即是首先对原信号f(x, y)进行傅里叶变换，将信号从时域变换到频域，获得频域信号F(u, v)，然后用滤波器H(u, v)和F(u, v)相乘，改变原信号的频谱成分，对改变后的频域信号进行傅里叶逆变换，将信号从频域变换回时域，获得滤波后的图像。

四、实验体会

本实验完成时间：年月日

北京理工大学信号与系统实验报告5-连续时间系统的复频域分析

北京理工大学信号与系统实验报告5-连续时间系统的复频域分析

实验5连续时间系统的复频域分析 （综合型实验） 一、实验目的 1）掌握拉普拉斯变换及其反变换的定义并掌握MATLAB 实现方法。 2）学习和掌握连续时间系统函数的定义及复频域分析方法。 3）掌握系统零极点的定义，加深理解系统零极点分布与系统特性的关系。 二、实验原理与方法 1.拉普拉斯变换 连续时间信号x(t)的拉普拉斯变换定义为 (s)(t)e st X x dt +∞ --∞ = ? （1） 拉普拉斯反变换为1 (t)(s)e 2j st j x X ds j σσπ+∞ -∞ =? （2） MATLAB 中相应函数如下： (F) L laplace = 符号表达式F 拉氏变换，F 中时间变量为t ，返回变量为s 的结果表达式。 (F,t)L laplace =用t 替换结果中的变量s 。 () F ilaplace L =以s 为变量的符号表达式L 的拉氏反变换，返回时间变量为t 的结果表达式。 (,) F ilaplace L x =用x 替换结果中的变量t 。

的连续时间系统，其系统函数为s 的有理函数 110 110 ...(s)...M M M M N N N N b s b s b H a s a s a ----+++= +++ （7） 3.连续时间系统的零极点分析 系统的零点指使式（7）的分子多项式为零的点，极点指使分母多项式为零的点，零点使系统的值为零，极点使系统的值为无穷大。通常将系统函数的零极点绘在s 平面上，零点用O 表示，极点用?表示，这样得到的图形为零极点分布图。可以通过利用MATLAB 中的求多项式根的roots 函数来实现对（7）分子分母根的求解，调用格式如下： r=roots(c)，c 为多项式的系数向量，返回值r 为多项式的根向量。 求取零极点以及绘制系统函数的零极点分布图可以采用pzmap 函数，调用格式如下： pzmap(sys)绘出由系统模型sys 描述的系统的零极点分布图。 [p,z]=pzmap(sys)这种调用方式返回极点与零点，不绘出零极点分布图。 还有两个专用函数tf2zp 和zp2tf 可实现系统的传递函数模型和零极点增益模型的转换。调用格

大作业1(机电控制系统时域频域分析)

《机电系统控制基础》大作业一 基于MATLAB的机电控制系统响应分析 哈尔滨工业大学 2013年11月4日

1 作业题目 1. 用MATLAB 绘制系统2 ()25()() 425 C s s R s s s Φ== ++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。 2. 用MATLAB 求系统2 ()25 ()()425 C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标：上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。 3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下： X i 伺服电机原理图如下： L R (1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1，减速器输出轴上的转动惯量为J 2，减速器减速比为i ，滚珠丝杠的螺距为P ，试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ； (2)假定工作台质量m ，给定环节的传递函数为K a ，放大环节的传递函数为K b ，包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ，电动机的反电势常数为K d ，电动机的电磁力矩常数为K m ，试建立该数控直线工作平台的数学模型，画出其控制系统框图； (3)忽略电感L 时，令参数K a =K c =K d =R=J=1，K m =10，P/i =4π，利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。

2 题目1 单位脉冲响应曲线 单位阶跃响应曲线

源代码 t=[0:0.01:1.6]; %仿真时间区段和输入 nC=[25]; dR=[1,4,25]; fi=tf(nC,dR); %求系统模型 [y1,T]=impulse(fi,t); [y2,T]=step(fi,t); %系统响应 plot(T,y1); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; plot(T,y2); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; %生成图形 3 题目2 借助Matlab，可得： ans = 0.4330 0.6860 25.3826 1.0000 即

电力系统分析实验报告四(理工类)

西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室： 实验时间 ： 年 月 日 一、实验目的 1)初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法。 2)加深理解功率极限的概念，在实验中体会各种提高功率极限措施的作用。 3)通过对实验中各种现象的观察，结合所学的理论知识，培养理论结合实际及分析问题的能力。 二、实验原理 所谓简单电力系统，一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。 对于简单系统，如发电机至系统d 轴和g 轴总电抗分别为d X ∑和q X ∑，则发电机的功率特性为 当发电机装有励磁调节器时，发电机电势q E 随运行情况而变化，根据一般励磁调节器的性能，可认为保持发电机'q E （或' E ）恒定。这时发电机的功率特性可表示成 或 这时功率极限为 随着电力系统的发展和扩大，电力系统的稳定性问题更加突出，而提高电力系统稳定性和输送能力的最重要手段之一，就是尽可能提高电力系统的功率极限。从简单电力系统功率极限的表达式看，要提高功率极限，可以通过发电机装设性能良好的励磁调节器，以提高发电机电势、增加并联运行线路回路数；或通过串联电容补偿等手段，以减少系统电抗，使受端系统维持较高的运行电压水平；或输电线采用中继同步调相机、中继电力系统等手段以稳定系统中继点电压。 (3)实验内容 1)无调节励磁时，功率特性和功率极隈的测定 ①网络结构变化对系统静态稳定的影响（改变戈）： 在相同的运行条件下（即系统电压U-、发电机电势E 。保持不变．罚芳赆裁Ll=E 。），分别 测定输电线单回线和双回线运行时，发电机的功一角特性曲线，＆豆甍辜授冁蝮和达到功率极 限时的功角值。同时观察并记录系统中其他运行参数（如发电极端毫玉萼蔫交化。将两种 情况下的结果加以比较和分析。 实验步骤如下： a)输电线路为单回线； b)发电机与系统并列后，调节发电机，使其输出的有功和无ZZ 蔓专零： c)功率角指示器调零； d)逐步增加发电机输出的有功功率，而发电机不调节震磁： e)观察并记录系统中运行参数的变化，填入表1.3中： f)输电线路为双回线，重复上述步骤，将运行参数填入表l 。毒=：

控制系统的频域分析实验报告

实验名称： 控制系统的频域分析 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求 用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即Bode 图、Nyquist 曲线、Nichols 图。 二、实验内容和原理 （一）实验原理 1．Bode(波特)图 设已知系统的传递函数模型： 1 1211121)(+-+-+???+++???++=n n n m m m a s a s a b s b s b s H 则系统的频率响应可直接求出： 1 1211121)()()()()(+-+-+???+++???++=n n n m m m a j a j a b j b j b j H ωωωωω MATLAB 中，可利用bode 和dbode 绘制连续和离散系统的Bode 图。 2．Nyquist(奈奎斯特)曲线 Nyquist 曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，根据开环的Nyquist 线，可判断闭环系统的稳定性。 反馈控制系统稳定的充要条件是，Nyquist 曲线按逆时针包围临界点(-1，j0)p 圈，为开环传递函数位于右半s 一平面的极点数。在MATLAB 中，可利用函数nyquist 和dnyquist 绘出连续和离散系统的乃氏曲线。 3．Nicho1s(尼柯尔斯)图 根据闭环频率特性的幅值和相位可作出Nichols 图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。在 MATLAB 中，可利用函数nichols 和dnichols 绘出连续和离散系统的Nichols 图。 （二）实验内容 1．一系统开环传递函数为 ) 2)(5)(1(50)(-++=s s s s H 绘制系统的bode 图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。 2．一多环系统 ) 10625.0)(125.0)(185.0(7.16)(+++=s s s s s G 其结构如图所示 试绘制Nyquist 频率曲线和Nichols 图，并判断稳定性。 （三）实验要求

(实验三)连续时间LTI系统的频域分析汇总

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3-系统分析实验报告

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添加完成后，我们就可以在画业务流程图时打开该模具，业务流程图所有的元素都会在一个模具中显示出来。（2）创建“数据流程图模具”先在“框图”－〉“基本形状”中找到圆形（或是“流程图”中的“混合流程图形状”中找到外部实体2 ），右击选择“添加到我的形状”－〉“添加到新模具”（注，使用外部实体2来表示外部实体的时候，请将之旋转180度使用）。之后出现“另存为”对话框，把新模具命名为“数据流程图”，这样我们就把圆形形添加

连续时间LTI系统的频率特性及频域分析

实验报告 实验项目名称：运用Matlab进行连续时间信号卷积运算 （所属课程：信号与系统） 学院：电子信息与电气工程学院 专业： 10电气工程及其自动化 姓名： xx 学号： 201002040077 指导老师： xxx

一、实验目的 1、学会运用MATLAB 分析连续系统的频率特性。 2、掌握相关函数的调用。 二、实验原理 1、一个连续LTI 系统的数学模型通常用常系数线性微分方程描述，即 )()()()()()(01 )(01)(t e b t e b t e b t r a t r a t r a m m n n +'++=+'++ (1) 对上式两边取傅里叶变换，并根据FT 的时域微分性质可得： )(])([)(])([0101ωωωωωωE b j b j b R a j a j a m m n n +++=+++ 101)()()()()(a j a j a b j b j b j E j R j H n n m m ++++++==ωωωωωωω H ( j ω )称为系统的频率响应特性，简称系统频率响应或频率特性。一般H ( j ω )是复函数，可表示为： )()()(ω?ωωj e j H j H = 其中， )(ωj H 称为系统的幅频响应特性，简称为幅频响应或幅频特性；)(ω?称为系统的相频响应特性，简称相频响应或相频特性。H ( j ω )描述了系统响应的傅里叶变换与激励的傅里叶变换间的关系。H ( j ω )只与系统本身的特性有关，与激励无关，因此它是表征系统特性的一个重要参数。 MATLAB 信号处理工具箱提供的freqs 函数可直接计算系统的频率响应的数值解，其语句格式为：H=freqs(b,a,w)其中，b 和a 表示H ( j ω )的分子和分母多项式的系数向量；w 为系统频率响应的频率范围，其一般形式为w1:p:w2，w1 为频率起始值，w2 为频率终止值，p 为频率取值间隔。 H 返回w 所定义的频率点上系统频率响应的样值。注意，H 返回的样值可能为包含实部和虚部的复数。因此，如果想得到系统的幅频特性和相频特性，还需要利用abs 和angle 函数来分别求得。

系统分析实验报告

天津职业技术师范大学课程设计大学学籍管理系统的设计与开发 专业：软件工程 班级学号：软件1002-17 学生姓名：靳利强 指导教师：龚良波老师 二〇一三年七月

一．需求分析 1.课程名称：大学教务信息系统的设计与开发 2.设计目的： 为方便学校做好学生学籍管理工作，设计一个学生学籍管理系统，在设计过程中作了系统分析和总体设计，软件设计采取模块化的设计思路。 3.需求概述 该学生学籍管理系统主要对学生学籍信息、成绩信息进行管理，提供一个平台，供学籍管理人员增删改查学生信息、学生成绩信息。系统分为学生信息管理、学生成绩管理、信息查询等几个模块。学籍管理人员登录成功后可以对学生信息管理、学生成绩管理、信息查询等模块进行操作，如学生信息添加、修改、删除和查询；学生成绩登记、修改、删除和查询；查询信息等。 4功能需求： 1)功能齐全：界面操作灵活方便，设计包括以下基本功能： 2)学生信息管理、教师信息管理、财务信息管理、班级信息管理、课 程信息管理、成绩信息管理、打印信息管理、教室信息管理、综合信息查询、系统管理等，至少实现其中的三个功能，且每个功能至少包括两个子功能。 3)按照软件工程的要求进行分析、设计和开发。 4)界面友好：界面友好、输入有提示、尽量展示人性化。 5)可读性强：源程序代码清晰、有层次、主要程序段有注释。

6)健壮性好：用户输入非法数据时，系统应及时给出警告信息。 二.概要设计 1.功能模块： 2数据流图： （1）学生端

（2）管理员端

学生端功能： A 登录,学生登录后，验证成功，进入其信息展示页。 管理员端功能： B 登录，管理员登录后，验证成功，进入学生信息列表，可以对学生信息进行修改，删除，按班级查询，按学号查询，按名字查询。上传图片，更新图片等操作。 三．详细设计及实现 数据库设计： 学生表： 教师表：

系统分析实验报告2016

本科实验报告 课程名称：系统分析与设计 实验项目：《》实验实验地点： 专业班级：学号： 学生姓名： 指导教师： 2016年11月日

一、实验目的 通过《系统分析与设计》实验，使学生在实际的案例中完成系统分析与系统设计中的主要步骤，并熟悉信息系统开发的有关应用软件，加深对信息系统分析与设计课程基础理论、基本知识的理解，提高分析和解决实际问题的能力，使学生在实践中熟悉信息系统分析与设计的规范，为后继的学习打下良好的基础。 二、实验要求 学生以个人为单位完成，自选题目，班内题目不重复，使用UML进行系统分析与设计，并完成实验报告。实验报告（A4纸+电子版)在最后一次上课时提交（10周）。 三、实验主要设备：台式或笔记本计算机 四、实验内容 1 选题及项目背景 学生填写自选题目 2 定义 学生填写（对自选项目系统进行描述200-400字） 3 参考资料 学生填写 4 系统分析与设计 4.1需求分析 4.1.1识别参与者 学生填写 4.1.2 对需求进行捕获与描述 学生填写时删除以下括号内容 （内容要求1：对每个用例进行概要说明，参考以下格式： 用例名称：删除借阅者信息执行者：管理员 目的：完成一次删除借阅者信息的完整过程。） （内容要求2：选择其中一个用例（如下订单）给出其用例描述。格式参考下表

） 4.1.3 用例图 通过已掌握的需求，初步了解系统所要完成的功能。下面给出用例图。 4.1.4 分析与讨论 1)建模用例图的步骤、方法？ 2)如何识别系统的参与者？应该如何划分用例，应注意哪些问题？ 3)心得 4.2 建立对象模型 4.2.1 候选类的数据字典 学生填写 4.2.2定义类 （内容以“书籍信息”类为例列出该类的属性和操作如下： “书籍信息”类 ?属性 国际标准书号(ISBN)：文本(String) 书名(name)：文本

理工大学信号与系统实验报告连续时间系统的复频域分析

理工大学信号与系统实验报告连续时间系统的 复频域分析 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

实验5连续时间系统的复频域分析 （综合型实验） 一、实验目的 1）掌握拉普拉斯变换及其反变换的定义并掌握MATLAB 实现方法。 2）学习和掌握连续时间系统函数的定义及复频域分析方法。 3）掌握系统零极点的定义，加深理解系统零极点分布与系统特性的关系。 二、实验原理与方法 1.拉普拉斯变换 连续时间信号x(t)的拉普拉斯变换定义为(s)(t)e st X x dt +∞ --∞ =? （1） 拉普拉斯反变换为1 (t)(s)e 2j st j x X ds j σσπ+∞ - ∞ = ? （2） MATLAB 中相应函数如下： (F)L laplace = 符号表达式F 拉氏变换，F 中时间变量为t ，返回变量为s 的结果表达式。 (F,t)L laplace =用t 替换结果中的变量s 。 ()F ilaplace L =以s 为变量的符号表达式L 的拉氏反变换，返回时间变量 为t 的结果表达式。 (,)F ilaplace L x =用x 替换结果中的变量t 。 拉氏变换还可采用部分分式法，当(s)X 为有理分式时，它可以表示为两个多项式之比： 110 1 10 ...(s)(s)(s)...M M M M N N N N b s b s b N X D a s a s a ----+++==+++ （3）

上式可以采用部分分式法展成以下形式 1212(s)...N N r r r X s p s p s p = +++--- （4） 再通过查找常用拉氏变换对易得反变换。 利用residue 函数可将X(s)展成（4）式形式，调用格式为： [r,p,k]residue(b,a)=其中b 、a 为分子和分母多项式系数向量，r 、p 、k 分 别为上述展开式中的部分分式系数、极点和直项多项式系数。 2.连续时间系统的系统函数 连续时间系统的系统函数是指系统单位冲激响应的拉氏变换 (s)(t)e st H h dt +∞ --∞ = ? （5） 连续时间系统的系统函数还可以由系统输入与输出信号的拉氏变换之比得到。 (s)(s)/X(s)H Y = （6） 单位冲激响应(t)h 反映了系统的固有性质，而(s)H 从复频域反映了系统的固有性质。由（6）描述的连续时间系统，其系统函数为s 的有理函数 110 1 10 ...(s)...M M M M N N N N b s b s b H a s a s a ----+++=+++ （7） 3.连续时间系统的零极点分析 系统的零点指使式（7）的分子多项式为零的点，极点指使分母多项式为零的点，零点使系统的值为零，极点使系统的值为无穷大。通常将系统函数的零极点绘在s 平面上，零点用O 表示，极点用?表示，这样得到的图形为零极点分布图。可以通过利用MATLAB 中的求多项式根的roots 函数来实现对（7）分子分母根的求解，调用格式如下：

管理信息系统分析实验报告

《管理信息系统》 实验二 题目：系统分析 专业：信息管理与信息系统 班级：1106班 姓名 ************************* 指导教师：贺玉珍老师 完成日期：2014.4.28

运城学院超市管理系统设计分析说明书 一、系统目标：随着小超市规模的发展不断扩大，商品数量急剧增加，有关商品的各种信息量也成倍增长。超市时时刻刻都需要对商品各种信息进行统计分析。而大型的超市管理系统功能过于强大而造成操作繁琐降低了小超市的工作效率。 超市管理系统是市场上最流行的超市上常用的系统之一，它主要包含以下几个模块：系统权限的设定、原始数据录入、数据的汇总及查询等。从而，实现对进货、销售及员工信息等实现全面、动态、及时的管理。 本文系统的分析了软件开发的背景以过程；首先介绍了软件的开发环境，其次介绍了本软件的详细设计过程：数据库的设计、各个模块的设计和实现，以及具体界面的设计和功能。 二、系统的初步调查 通过实地参观和学习，对超市的整体情况进行调研。了解超市的组织机构划分，充分了解超市进销存的流程的整体情况，对开发新系统的态度等。通过召开座谈会和个人访谈方法了解各个部门的主要职能及具体运作方式、过程等。 进行初步调研的具体内容为： （1）员工的规模：大约有多少员工，有多少是稳定的，有多少是浮动的； （2）员工管理人员的数量； （3）超市的商品销售状况 （4）客户编码方式； 三、可行性分析： 1.技术可行性研究，在IT行业中从业的工作人员一般都要求掌握计算机技术，具有一定的软硬件基础，会使用各种管理软件，熟悉IT产品。因为，有的超市对员工的素质要求比较高，从管理层到下面的销售人员，都要求具有一定的计算机基础，所以在新系统投入使用时，只要对员工进行少量的培训，系统的功能和使用方法就基本上能够是系统顺利运行。 2经济可行性研究，因为通过网络传递销售信息可以不受距离的限制，因此可以借阅许多的人力和物力，方便管理，由此可以减少不必要的开支，同时该系统可以提高超市的销售效率，即提高了超市的经济效益，所以从经济上完全是可行的，(1)超市有能力承担系统开发费用，(2)新系统将为企业带来经济效益3操作可行性研究，本系统采用基于Windows的图形用户界面，而该系统是大家熟悉的操作系统，对于那些有一般的计算机知识的人员就可以轻松上手。而整个超市管理系统采用最友好的交互界面，简介明了，不需要对数据库进行深入的

实验4：连续系统的频域分析

实验4：连续系统的频域分析 一、实验目的 （1）掌握连续时间信号的傅里叶变换和傅里叶逆变换的实现方法。 （2）掌握傅里叶变换的数值计算方法和绘制信号频谱的方法。 二、实验原理 1.周期信号的分解 根据傅里叶级数的原理，任何周期信号都可以分解为三角级数的组合——称为 ()f t 的傅里叶级数。在误差确定的前提下，可以由一组三角函数的有限项叠加而得到。 例如一个方波信号可以分解为： 11114111 ()sin sin 3sin 5sin 7357E f t t t t t ωωωωπ?? = ++++ ??? 合成波形所包含的谐波分量越多，除间断点附近外，它越接近于原波形，在间断点附近，即使合成的波形所含谐波次数足够多，也任存在约9%的偏差，这就是吉布 斯现象（Gibbs ）。 2.连续时间信号傅里叶变换的数值计算 由傅里叶变换的公式： ()()lim ()j t j n n F j f t e dt f n e ωωττωττ∞ ∞ ---∞ →=-∞ ==∑ ? 当 ()f t 为时限信号时，上式中的n 取值可以认为是有限项N ，则有： ()(),0k N j n n F k f n e k N ωτττ-==≤≤∑，其中2k k N π ωτ = 3.系统的频率特性 连续LTI 系统的频率特性称为频率响应特性，是指在正弦信号激励作用下稳态响应随激励信号频率的变化而变化的情况，表示为 () ()() Y H X ωωω= 三、实验内容与方法 1.周期信号的分解 【例1】用正弦信号的叠加近似合成一个频率为50Hz 的方波。 MATLAB 程序如下： clear all; fs=10000; t=[0:1/fs:0.1]; f0=50;sum=0; subplot(211) for n=1:2:9 plot(t,4/pi*1/n*sin(2*pi*n*f0*t),’k ’); hold on; end title(‘信号叠加前’); subplot(212) for n=1:2:9;

连续系统的时域、频域分析

学生实验报告实验课程:信号与 系统E D A 实验地点:东1教 414 学院: 专业: 学号 : 姓名 :

2．信号卷积,根据PPT 中的实验2、2与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)(*)(t h t f ,其中 )()()],2()([2)(t e t h t t t f t εεε-=--=,)2 ()(2t h t h =;对比说明信号)( t f 分别输入系统)(和)(2t h t h 时的输出有什么区别并分析原因。 >> p=0、01; nf=0:p: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; 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]);

管理信息系统实验报告分析

实验报告 课程：管理信息系统 一、实验目的 验证有关概念和理论，加深对概念和知识的理解和认识；熟悉和掌握Visual Basic 6.0 软件的使用方法；初步具备信息管理知识和制作数据字典、系统数据流程图的能力。运用课程讲授的管理信息系统的系统分析方法、模块化系统设计方法以及系统的调试方法进行人事档案管理信息系统的分析、设计、开发、实现与调试。 二、实验方法 面向对象法 三、实验环境及开发工具 1.硬件环境 在最低配置的情况下，系统的性能往往不尽如人意，但现在的硬件性能已经相当的出色，而且价格便宜，因此通常给服务器的配置高性能的硬件。 处理器：Interl Pentium II 266 MX 或更高 内存：64M 硬盘空间：2 GB 显卡：SVGA 显示适配器 显示器：液晶17寸 2.软件环境 操作系统：Windows/98/ME/2000/XP或更高版本 数据库：Microsoft Access 2000 3.实验开发工具：Visual Bisic 6.0程序系统 四、实验内容

（一）、系统分析 1、系统数据流程图 2、数据字典 3、系统中所有实体（包括实体的属性）以及实体之间的联系类型分析 人员的个人资料经过专业的处理部门的处理形成个人档案。档案包括自然情况，工作情况，简历，政治情况等各方面信息，内容比较庞大复杂。将档案信息传送到人员信息库。同时还综合考虑档案管理工作的性质，总结归纳出所需实现

的功能。为人事档案进行服务，对人事的变动、人事资料、以及人事资料的查询，统计等功能。总体上说具有编辑，查询，用户管理，图表统计等功能。然后将最终结果提交到人力资源管理部门，由人力资源管理人员进行审查，以便于对职工的调配。 4、典型处理的表达 档案完整添加用户档案到档案库 个人信息成功添加到档案库 修改用户档案信息 失败退回用户档案 退回用户档案 （二）、系统设计 1、子系统划分（或功能划分或模块划分） 功能划分 1、用户管理 功能：设置使用人事管理系统的用户及其使用权限。整个人事管理系统由多个功能模块组成，不同的模块完成不同的功能，所以可以为不同的职工分配不同的功能，使其具有不同的权限，完成其权限所对应的功能，从而很好地管理好整个系统。 2、辅助表管理 功能：通过它的这个功能可以有效的对本单位人事部门的扩充进行及时的计算机管理。只要管理员进行简单的数据字段添加即可。辅助表管理功能是高级管理员及中级管理员拥有的权限，它的功能是对数据库进行新表的添加。 3、档案编辑 功能：档案编辑模块中有4个子模块。他们是档案卡片、个人简历、家庭成员、历史档案等功能。这些功能因管理员的权限不同所表示出的功能使用也不同，普通管理员没有数据修改及删除的权利。在这些功能里详细的记录了所有单位员工的资料。 4、档案查询 功能：对档案卡片的查询功能，在这里可以查到符合程序要求的任何信息。

第5章_用MATLAB进行控制系统频域分析

第5章 用MATLAB 进行控制系统频域分析 一、基于MATLAB 的线性系统的频域分析基本知识 （１）频率特性函数)(ωj G 。 设线性系统传递函数为： n n n n m m m m a s a s a s a b s b s b s b s G ++???++++???++=---1101110)( 则频率特性函数为： n n n n m m m m a j a j a j a b j b j b j b jw G ++???++++???++=---)()()()()()()(1101110ωωωωωω 由下面的MATLAB 语句可直接求出G(jw)。 i=sqrt(-1) % 求取-1的平方根 GW=polyval(num ，i*w)./polyval(den ，i*w) 其中（num ，den ）为系统的传递函数模型。而w 为频率点构成的向量，点右除（./）运算符表示操作元素点对点的运算。从数值运算的角度来看，上述算法在系统的极点附近精度不会很理想，甚至出现无穷大值，运算结果是一系列复数返回到变量GW 中。 （２）用MATLAB 作奈魁斯特图。 控制系统工具箱中提供了一个MATLAB 函数nyquist( )，该函数可以用来直接求解Nyquist 阵列或绘制奈氏图。当命令中不包含左端返回变量时，nyquist （）函数仅在屏幕上产生奈氏图，命令调用格式为： nyquist(num,den) nyquist(num,den,w) 或者 nyquist(G) nyquist(G,w) 该命令将画出下列开环系统传递函数的奈氏曲线： ) () ()(s den s num s G = 如果用户给出频率向量w,则w 包含了要分析的以弧度/秒表示的诸频率点。在这些频率点上，将对系统的频率响应进行计算，若没有指定的w 向量，则该函数自动选择频率向量进行计算。 w 包含了用户要分析的以弧度/秒表示的诸频率点,MATLAB 会自动计算这些点的频率响应。 当命令中包含了左端的返回变量时，即: [re,im,w]=nyquist(G) 或

电力系统分析实验报告金科

学生实验报告 （理工类） 课程名称：专业班级： 学生学号：学生： 所属院部：指导教师： 20 13 ——20 14 学年第二学期 金陵科技学院教务处制 实验一电力系统分析计算 实验项目名称：电力系统分析计算实验学时： 2

同组学生：实验地点： C208 实验日期： 2014 6 23 实验成绩： 批改教师：静批改时间： 一．实验目的 1.掌握用Matlab软件编程计算电力系统元件参数的方法. 2.通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较，学会选取根据电路要求选取模 型。 3.掌握多级电力网络的等值电路计算方法。 4.理解有名制和标幺制。 二．实验容 1．电力线路建模 有一回220kV架空电力线路，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为15.2mm，三相导线水平排列，两相邻导线之间的距离为4m。试计算该电力线路的参数，假设该线路长度分别为60km，200km，500km，作出三种等值电路模型，并列表给出计算值。 2．多级电力网络的等值电路计算 部分多级电力网络结线图如图1-1所示，变压器均为主分接头，作出它的等值电路模型，并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。 线路额定电压电阻 (欧/km) 电抗 (欧/km) 电纳 (S/km) 线路长度 （km) L1（架空线）220kv 0.08 0.406 2.81*10-6 200 L2（架空线）110kV 0.105 0.383 2.81*10-6 60 L3（架空线）10kV 0.17 0.38 忽略15 变压器额定容量P k(kw) U k% I o% P o(kW) T1 180MVA 893 13 0.5 175 T2 63MVA 280 10.5 0.61 60 三．实验设备 1．PC一台 2．Matlab软件 四．实验记录 1．电力线路建模 电阻电抗电纳电阻电抗电纳电阻电抗电纳

连续系统的频域分析

第三章傅立叶变换 时域分析：f(t) y f(t)=h(t)*f(t) ↓分解↑ 基本信号δ(t)→LTI →h(t) 频域分析： f(t) ye jωt =h(t)* H(jω)Fe jωt ↓分解↑ 基本信号 sinωt →LTI →H(jω)e jωt e jωt H(jω)：系统的频域响应函数，是信号角频率ω的函数，与t无关. 主要内容： 一、信号的分解为正交函数。 二、周期信号的频域分析?付里叶级数（求和），频谱的特点。信号 三、非周期信号的频域分析?付里叶变换（积分），性质。分析 四、LTI系统的频域分析：频域响应H(jω)；y(jω)= H(jω)?F(jω). (系统分析) 五、抽样定理：连续信号→离散信号.

§3.1 信号分解为正交函数 一、正交： 两个函数满足φ1(t)φ2(t)dt=0,称φi(t),φj(t)在区间(t1 ,t2)正交。 二、正交函数集：几个函数φi(t)φi(t)dt= 0 当i≠j; K i 当i=j. 三、完备正交函数集：在{φ1(t)…φn(t)}之外， 不存在ψ(t)满足ψ (t)φi(t)dt= 0 (i=1,2,…n). 例、三角函数集:{1,cosΩt,cos2Ωt,… ,cosmΩt,…,sinΩt, sin2Ωt,…sin(nΩt),…}区间:（t0,t0+T）,t=2π/Ω为周期. 满足： cosmΩtcosnΩtdt= 0 m≠n T/2 m=n≠0 T m=n=0 sin（mΩt）sin(nΩt)dt= 0 m≠n T/2 m=n≠0 sin(mΩt)cos(nΩt)dt= 0. 所有的m和n. 结论:三角函数集是完备正交集。 推导： cosmΩtcosnΩtdt =(1/2) [cos(m+n) Ωt+cos(m-n) Ωt]dt =(1/2)sin(m+n)Ωt +(1/2)sin(m-n)Ωt =(1/2)[sin(m+n) Ω(t0+T)-sin(m+n)Ωt0] +(1/2)[sin(m-n) Ω(t0+T)-sin(m-n)Ωt0] =0 当m≠n时.

系统分析与设计实验报告样本

鞋店进销存管理系统 一.项目背景 随着计算机技术的不断发展, 它已经成为人们工作和生活中不可缺少的工具。早在1954年, 银行、大公司和大企业纷纷采用计算机进行账户和账目管理、生产管理、库存管理、销售管理、统计报表等。从数据的收集、存储、整理到检索统计, 应用的范围日益扩大, 使计算机的应用很快超过科学计算, 成为最大的计算机应用领域。 鞋店管理的特点是信息处理量比较大, 所存的鞋种类多, 而且由于进货单、销售单、需求单等单据发行量特别大, 关联信息多, 查询和统计的方式各不相同等原因,因此在管理上实现起来有一定困难。在管理的过程中经常会出现信息的重复传递, 单据报表种类繁多, 各个部门管理规格不统一等问题。 在本系统的设计过程中, 为了克服这些困难, 满足计算机管理的需要,我们采取了下面的一些原则: 1、统一各种原始单据的格式, 统一账目和报表的格式。 2、删除不必要的管理冗余, 实现管理规范化、科学化。 3、程序代码标准化, 软件统一化, 确保软件的可维护性和 实用性。 4、界面尽量简单化, 做到实用, 方便, 尽量满足书店中 不同层次员工的需要。 二.定义

”鞋店进销存管理系统”为用户提供添加、修改、查询、退货操作等服务。 用户在登陆界面输入用户名, 密码后系统核对正确进入系统内部。 系统就要求用户选择事务类型( 添加、修改、查询、退货等) , 直至用户选择退出应用服务, 询问用户是否退出应用服务, 如果 用户选择结束, 系统重回登陆界面。用户进入添加界面后, 首先 能够输入的数字必须大于等于100) , 否则系统显示输入有误。用 户点击确认后, 由系统查询, 判断该取值是否超出库存量, 如果没有, 则系统会显示确认界面, 用户单点击”确认”后, 系统自动生成账单, 并在后台 进行工作, 系统进行清点并发出命令给仓库管理人员, 并将数据 更新到数据库中; 否则提示用户库存量不足, 请重新输入, 重复 上述过程。 三．参考资料 《系统分析与设计》 四．系统分析与设计 4.1需求分析 4.1.1识别参与者 用户(下订单者), 系统维护人员, 仓库管理人员 4.1.2 对需求进行捕获与描述 用例名称: 添加执行者: 用户目的: 向仓库中发出下订单命令。 用例名称: 退货执行者: 用户目的: 将未售出的货物退还到仓库 用例名称: 修改执行者: 用户目的: 修改用户登录密码。

实验三连续时间LTI系统的频域分析报告

实验三 连续时间LTI 系统的频域分析 一、实验目的 1、掌握系统频率响应特性的概念及其物理意义； 2、掌握系统频率响应特性的计算方法和特性曲线的绘制方法，理解具有不同频率响应特性的滤波器对信号的滤波作用； 3、学习和掌握幅度特性、相位特性以及群延时的物理意义； 4、掌握用MATLAB 语言进行系统频响特性分析的方法。 基本要求：掌握LTI 连续和离散时间系统的频域数学模型和频域数学模型的MATLAB 描述方法，深刻理LTI 系统的频率响应特性的物理意义，理解滤波和滤波器的概念，掌握利用MATLAB 计算和绘制LTI 系统频率响应特性曲线中的编程。 二、实验原理及方法 1 连续时间LTI 系统的频率响应 所谓频率特性，也称为频率响应特性，简称频率响应（Frequency response ），是指系统在正弦信号激励下的稳态响应随频率变化的情况，包括响应的幅度随频率的变化情况和响应的相位随频率的变化情况两个方面。 x(t)、y(t)分别为系统的时域激励信号和响应信号，h(t)是系统的单位冲激响应，它们三者之间的关系为：)(*)()(t h t x t y =，由傅里叶变换的时域卷积定理可得到： )()()(ωωωj H j X j Y = 3.1 或者： ) ()()(ωωωj X j Y j H = 3.2 )(ωj H 为系统的频域数学模型，它实际上就是系统的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换。即

?∞ ∞--= dt e t h j H t j ωω)()( 3.3 由于H(j ω)实际上是系统单位冲激响应h(t)的傅里叶变换，如果h(t)是收敛的，或者说是绝对可积（Absolutly integrabel ）的话，那么H(j ω)一定存在，而且H(j ω)通常是复数，因此，也可以表示成复数的不同表达形式。在研究系统的频率响应时，更多的是把它表示成极坐标形式： )()()(ω?ωωj e j H j H = 3.4 上式中，)j (ωH 称为幅度频率相应（Magnitude response ），反映信号经过系统之后，信号各频率分量的幅度发生变化的情况，)(ω?称为相位特性（Phase response ），反映信号经过系统后，信号各频率分量在相位上发生变换的情况。)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数。 对于一个系统，其频率响应为H(j ω)，其幅度响应和相位响应分别为)(ωj H 和)(ω?，如果作用于系统的信号为t j e t x 0 )(ω=，则其响应信号为 t j e j H t y 0)()(0ωω= t j j e e j H 00)(0)(ωω?ω=))((000)(ω?ωω+=t j e j H 3.5 若输入信号为正弦信号，即x(t) = sin(ω0t)，则系统响应为 ))(sin(|)(|)sin()()(00000ω?ωωωω+==t j H t j H t y 3.6 可见，系统对某一频率分量的影响表现为两个方面，一是信号的幅度要被)(ωj H 加权，二是信号的相位要被)(ω?移相。 由于)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数，所以，系统对不同频率的频率分量造成的幅度和相位上的影响是不同的。

控制系统时域与频域性能指标的联系

控制系统时域与频域性能指标的联系 经典控制理论中，系统分析与校正方法一般有时域法、复域法、频域法。时域响应法是一种直接法，它以传递函数为系统的数学模型，以拉氏变换为数学工具，直接可以求出变量的解析解。这种方法虽然直观，分析时域性能十分有用，但是方法的应用需要两个前提，一是必须已知控制系统的闭环传递函数，另外系统的阶次不能很高。 如果系统的开环传递函数未知，或者系统的阶次较高，就需采用频域分析法。频域分析法不仅是一种通过开环传递函数研究系统闭环传递函数性能的分析方法，而且当系统的数学模型未知时，还可以通过实验的方法建立。此外，大量丰富的图形方法使得频域分析法分析高阶系统时，分析的复杂性并不随阶次的增加而显著增加。 在进行控制系统分析时，可以根据实际情况，针对不同数学模型选用最简洁、最合适的方法，从而使用相应的分析方法，达到预期的实验目的。 系统的时域性能指标与频域性能指标有着很大的关系，研究其内在联系在工程中有着很大的意义。 一、系统的时域性能指标 延迟时间t d 阶跃响应第一次达到终值h (∞)的50%所需的时间 上升时间 t r 阶跃响应从终值的10%上升到终值的90%所需的时间；对有振荡的系 统，也可定义为从0到第一次达到终值所需的时间 峰值时间t p 阶跃响应越过终值h (∞)达到第一个峰值所需的时间 调节时间 t s 阶跃响应到达并保持在终值h (∞)的±5%误差带内所需的最短时间 超调量%σ 峰值h( t p )超出终值h (∞)的百分比，即 %σ= () ()() ∞∞-h h h t p ?100% 二、系统频率特性的性能指标 采用频域方法进行线性控制系统设计时，时域内采用的诸如超调量，调整时间等描述系统性能的指标不能直接使用，需要在频域内定义频域性能指标。