基于MATLABGUI的信号与系统分析软件开发

《工业控制计算机》2011年第24卷第3期

摘要

借助MATLAB的信号处理工具和GUI图形用户界面功能设计并开发了一款信号与系统分析软件。软件平台包括了连续信号与系统的时域分析方法和变换域分析方法，以及离散时间信号与系统的时域分析方法和Z域分析方法等信号与系统中的主要内容。该软件可以帮助学生完成复杂的数学运算，使得复杂抽象的理论变得简单直观。

关键词：信号与系统，分析，MATLAB，图形用户界面（GUI）

Abstract

A set of software for signals and systems analysis is designed through the use of signal processing tool and graphi-

cal user interface in MATLAB．This software includes the main contents of signals and systems analysis,such as time do-main analysis and transform domain analysis for continuous signals and systems,time domain analysis and Z－domain anal-ysis for discrete time signals and systems,etc．The software can help the student complete complex calculation in mathe-matics,and make the complex and abstract theory simple and direct．

Keywords:signals and systems,analysis,MATLAB,Graphical User Interface(GUI)

本文利用MATLAB的GUI工具箱开发设计出了一款信号与系统分析软件，该软件可以作为辅助教学工具以提高教学效率，帮助学生更好地理解课程中的重难点，提高学生的综合能力。1软件的总体设计

信号与系统分析软件平台基于MATLAB GUI进行设计，主要是为了依托MATLAB环境提供的基本科学计算，减少开发周期，更为重要的是MATLAB开发环境提供了创建用户界面的捷径（GUIDE），有Windows基本控件的支持，并且有良好事件的驱动机制，同时提供MATLAB数学库的接口，还可以方便地创建各种图形句柄对象，实现仿真平台的用户界面。GUIDE可以根据用户GUI的版面设计过程直接自动生成M文件框架，这样就简化了GUI应用程序的创建工作，用户可以直接使用这个框架来编写自己的函数代码。

本软件的模块结构如图1所示，界面布局设计采用自顶向下的设计方法，即先设计主界面，再设计各个子界面。界面的模块主要是根据信号与系统分析的内容结构来进行划分，各模块所包含的主要内容虽不能涵盖每个知识点，但是包含了其中的大部分重难点，并且在人机界面中进行了可视化实现。2软件包的GUI界面设计

各界面的设计主要采用了静态文本框、列表框、可编辑文本框、触控按钮、面板和坐标轴等控件来实现一些功能。各个控件的功能通过编写其相应的回调函数来实现。

2．1软件主界面

主界面是软件开始运行时的主要界面，也是进入信号与系统分析的各个子界面的接口，主要分为信号分析和系统分析两部分内容，如图2所示。以信号分析的列表框为例，双击列表中的任意一项即可跳转到相应的子界面中，其callback函数为：function listbox1＿Callback(hObject,eventdata,handles)

if isequal(get(gcf,＇SelectionType＇),＇open＇)％判断是否为双击str＝get(hObject,＇string＇);

n＝get(hObject,＇value＇);

close(gcf)％关闭当前图形窗口

switch n

case1

figure(lxxhsy)％打开连续信号时域分析界面…

case5

figure(lsxhzy)％打开离散信号Z域分析界面end

end

2．2软件子界面

信号与系统在各子模块中的内容和分析过程虽有不同，但其设计思想基本类似，下面以连续信号的时域分析为例进行介绍。

信号的时域特性指的是信号在时域中的波形以及信号的时域运算和变换等。如图3所示界面，主要包括两部分：一部分为一些基本信号，如正弦信号、阶跃信号、斜坡信号、抽样信号等等，通过双击列表框中的各个条目，相应的波形会在可视的图形窗口中画出；另一部分是信号的常用变换，变换中需要设置的一些参数可以在相应的变换按钮旁边的edit文本框中设置，程序中为其设置了默认参数，当这些参数为空或进行变换的信号为空时系统会弹出错误对话框。

基于MATLAB GUI的信号与系统分析软件开发

李念念张红梅（武汉大学动力与机械学院自动化系，湖北武汉430072）

Software Design for Signals and Systems Analysis Based on

MATLAB 图1软件模块结构

19

基于MATLAB GUI 的信号与系统分析软件开发

图3

连续信号的时域特性

图4所示界面中，主要是信号的时域运算，其中最重要的内容就是信号的卷积运算，它可用来求解连续系统的零状态响应。卷积的回调函数如下：

function juanji＿Callback(hObject,eventdata,handles)val1＝get(handles．f1,＇string＇);val2＝get(handles．f2,＇string＇);val3＝get(handles．t1,＇string＇);val4＝get(handles．t2,＇string＇);if isempty(val1)｜｜isempty(val2)｜｜isempty(val3)｜｜isempty(val4)

errordlg(＇请检查f1、f2及对应的t1、t2输入是否有空值！＇)else

t1＝str2num(val3);t2＝str2num(val4);y1＝eval(val1);y2＝eval(val2);T＝t1(2)－t1(1);y＝T觹conv(y1,y2);t0＝t1(1)＋t2(1);

tw＝t0＋T觹[0:length(y1)＋length(y2)－2];plot(tw,y)

title(＇f1与f2的卷积＇)

在图4界面的右下角设有一些功能按钮，界面说明按钮主要用于向用户介绍该界面能够实现的功能，以及使用过程中需要注意的地方等；清除按钮用于清除当前图形显示窗口中所显示的图形，以免在图形切换显示时互相穿插混淆；保存按钮用于将当前运算所显示的结果单独保存，以便用户在不同条件下对照比较；返回按钮则用来返回软件的主界面，从而将各个模块有机地连成一个整体。

3实现中的关键点3．1GUI 数据机制

GUI 的数据采用3种机制，即GUI 数据、Application 数据和UserData 属性。

1）GUI 数据，主要用于GUI 界面内部的数据传递。handles 是整个GUI 界面的代号，可以通过它获取某个界面的所有信息。handles 结构体主要有两个用途：①访问GUI 数据。由于handles 结构体作为输入参数传递进了每个回调函数中，而handles 结构体包含了GUI 对象的Tag 值和句柄的信息，所以每个回调函数都可通过handles 获取或修改任何GUI 对象的数据。②在回调函数之间共享数据。在GUI 中，要使一个变量成为全局变量，一个有效的办法就是将其存在handles 结构体中。

2）Application 数据和UserData 属性，一般用于GUI 界面之间的数据传递。Application 数据保存在GUI 对象的一个未公开属性内，即ApplicationData 属性，通常选择figure 对象作为Application 数据的保存对象。UserData 为GUI 对象公开的属

性，用于存储用户定义的数据，可以为任何数据类型。

3．2edit 控件中的输入处理

1）在GUI 中的edit 控件中输入时，默认的数据类型是string 类型，有时需利用str2double()，str2num()，str2mat()等函数将

输入转换为所需数据类型。以信号时域变换中时移系数的输入为例，程序部分代码如下：

str＝get(hObject,＇string＇);％获取属性值val＝str2double(str);％数据类型转换if isnan(val)

％判断输入是否为数字

errordlg (＇You must input a number ＇,＇Wrong Input＇,＇modal＇)

％modal 为生成窗口类型end

2）当需要对表达式作加减乘除等运算时，需要用eval()函

数先执行表达式得到相应的值再进行相应运算。

3）如果功能函数是符号函数，可直接利用函数名对‘string ’

值进行操作，例如求信号的微分时的代码：

str＝get(handles．edit1,＇string＇);d＝diff(str,＇t＇);％求微分ezplot(d)

％作图

3．3图形的保存与显示

在进行信号与系统分析时，有时候需要将结果保存，通过

copyobj 函数将axes 对象复制到一个新的figure 中，然后在新的figure 里面用saveas 函数将图像保存。部分代码如下：

[filename pathname]＝uiputfile (邀＇觹．jpg＇;＇觹．bmp＇;＇觹．觹＇妖,＇untitled．jpg＇);％设置储存路径和文件名newfig＝figure(＇visible＇,＇off＇);

newaxes＝copyobj(handles．axes1,newfig);set(newaxes,＇unit＇,＇default＇,＇position＇,＇default＇);％改变图象的大小if

觸isequal([filename pathname],[00])

％判断图象是否

存

图2

软件主界面

图4连续信号的时域运算

20

《工业控制计算机》2011年第24卷第3期

（上接第18页）

4）进行侦听：使用listen()侦听端口，看看是否有客户端来连接。

4．2．2客户端链路的初始化

1）创建新的字节流套接字：使用socket()函数；

2）注册网络异步事件：使用WSAAsyncSelect()函数来设置异步事件通知模型，以便当网络事件（连接服务器成功、对方发来数据、本方可发送、对方关闭连接）产生时，通知二级系统应用程序；

3）连接服务器：使用connect()函数来连接指定IP地址、端口的服务器。

4．2．3网络异步事件处理

当网络事件发生时，网络异步事件处理函数将被调用，二级系统可在函数中根据需要处理这些网络事件。

如网络事件为“套接字接受”，则使用accept()函数来接受连接。需要关注的是：accept()函数返回值为一新的套接字，可用来在服务端和对方客户端之间的收发信息，而原来套接字仍然可以接收其他客户端的连接要求。

如网络事件为“对方发来数据”，则使用recv()函数来接收电文，并根据电文类型作相应的处理。

如网络事件为“本方可发送”，则通知发送线程使用send()函数来发送电文队列中的电文。

如网络事件为“对方关闭连接”，则使用close()函数来关闭与对方的连接。5结束语

综上所述，二级系统的通讯主要有三种方式：

1）OPC通讯方式。这是二级系统与一级系统通讯通常采用的方式；

2）Socket通讯方式。这是二级系统与其它系统通讯经常采用的方式；

3）数据库通讯方式。这是二级系统与其它系统通讯可以采用的方式。适合系统实时性要求不高的场合。

本文针对前两种通讯方式的设计与实现作了描述，由于篇幅的关系，未作更详细的说明。本文虽然以钢铁企业二级系统为例，但通讯的设计和实现方法可以应用到不同领域的计算机系统。

参考文献

［1］张俊彪，王鸿辉，何长安．基于OPC Server的PC与S7－300／400的通信［J］．电力自动化设备，2007，27（4）：83－86

［2］史丽萍，赵朝阳，胡泳军．基于PLC和OPC技术的信息集成的研究和应用［J］．继电器，2006，34（8）：67－69，83

［3］周家骐．基于Winsock的网络应用程序设计［J］．可编程控制器与工厂自动化（PLC FA），2007，2007（9）：64－66，48

［4］雒海东．基于TCP／TP协议下的网络通信的应用开发［J］．青海电力，2007，26（3）：60－63

［5］任德祥．钢铁工业自动化技术的应用与发展［J］．电气时代，2006，2006（10）：52－56

［收稿日期：2010．12．20］

储成功

filefullname＝[pathname filename];

saveas(gca,filefullname,＇jpg＇);％保存图像

end

close(newfig);％关闭新fig

在离散信号的时域分析界面中需要显示一幅图片，该图片在界面生成时已经存在。故需要在该界面的OpeningFcn函数中加入以下代码：

I＝imread(＇xinhaotu．bmp＇,＇bmp＇);％读取图片

axes(handles．axes3)％选择图片显示区域的句柄image(I);％显示图片

axis off％去掉坐标轴的轴线

3．4转变成独立运行的exe文件

想要将建成的GUI界面转变成exe文件，从而脱离MAT-LAB环境独立运行，可以借助MATLAB中的mcc编译功能来实现。首先要安装和配置好Matlab Compiler，在确定安装好Matlab Compiler后，还需要对Compiler进行适当配置，在MATLAB命令窗口输入：

＞＞mbuild－setup

然后根据提示执行相应的操作，选择MATLAB自带的编译器LCC。

将M文件编译为独立可执行文件的语法是：

＞＞mcc－m fun1．m fun2．m…

其中fun1是最后的可执行文件名称。也可通过采用命令开关－o指定编译最终目标文件的名称。

编译成功后，在原路径下会生成相应的exe文件，点击可直接运行。若要在没有安装MATLAB的计算机上执行编译后的程序还需进行以下设置。首先，要将＼MATLAB＼R2010b＼toolbox＼com－piler＼deploy＼win32中的MCRinstaller．exe安装到该计算机上，将生成可执行程序脱离MATLAB运行所需的函数库。其次，将编译生成的相关文件打包，再拷贝到该计算机同一路径，然后执行编译生成的exe文件即可。以上生成的exe程序运行时首先弹出一个DOS界面窗口，如果不需要其输出数据和错误信息，可将其除去。在MATLAB的命令窗口输入：＞＞cd(prefdir)＞＞edit compopts．bat

此时compopts．bat文件打开，在文件最后添加链接参数设置命令：

set LINKFLAGS＝％LINKFLAGS％－subsystem windows 保存后关闭文件。这种方法仅适用于编译器为LCC。

4结束语

本软件借助MATLAB信号处理功能，拥有GUIDE简单直观的优势，可以脱离MATLAB环境而独立运行，并且内容完善，涵盖了信号与系统分析的大部分重要内容。用户只需在相应的编辑框中输入相应的参数，就可以在输出框及图形框中获得相应的结果，从而可以方便地对结果进行分析；还可以对输入参数进行修改，可在一个界面中输入不同参数来进行反复实验，展示人机交互式图形用户界面及其参数的可调控性。

参考文献

［1］段哲民，范世贵．信号与系统［M］．西安：西北工业大学出版社，2005［2］梁虹，梁洁，陈跃斌，等．信号与系统分析及MATLAB实现［M］．北京：电子工业出版社，2002

［3］罗华飞．MATLAB GUI设计学习手记［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2009

［4］张红梅，李瑞，白雪玲．信号与系统分析软件研究［J］．计算机应用与软件，2009，26（12）：10－11

［收稿日期：2010．10．21］

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信号与系统基础知识

第1章 信号与系统的基本概念 1.1 引言 系统是一个广泛使用的概念，指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程，电路是典型的系统，由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程，汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统，它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等，大的电网可以跨越数千公里。 我们在观察、分析和描述一个系统时，总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如，在分析一个电路时，会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化；在分析一个汽车的运动时，会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号，包含了系统变化的信息。 很多实际系统的状态变量是非电的，我们经常使用各种各样的传感器，把非电的状态变量转换为电的变量，得到便于测量的电信号。 隐去不同信号所代表的具体物理意义，信号就可以抽象为函数，即变量随时间变化的关系。信号用函数表示，可以是数学表达式，或是波形，或是数据列表。在本课程中，信号和函数的表述经常不加区分。 信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系，因此信号分析和系统分析是密切相关的。 系统的特性千变万化，其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。 我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析，即分析信号随时间变化的波形。例如，对于一个电压测量系统，要判断测量的准确度，可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v （测量系统输入信号）和测量得到的波形)(out t v （测量系统输出信号），观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性，经常给系统输入一个阶跃电压信号，得到系统的阶跃响应，图1-1是典型的波形，通过阶跃响应的电压上升时间（电压从10％上升至90％的时间）和过冲（百分比）等特征量，表述测量系统的特性，上升时间和过冲越小，系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度，小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化，而测量系统的响应特性相对较慢，则必然产生较大的测量误差。 信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信号的叠加，观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位，得到信号的频谱特性。图1-2是从时域和频域观察一个周期矩形波信号的示意图，由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对不同频率激励信号的响应，得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括：（1）对信号变化的快慢和系统的响应速度给出定量的描述。例如，当我们要用一个示波器观察一个信号时，需要了解信号的频谱特性和示波器的模拟带宽，当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时，可以保证测量的准确。（2）

信号与系统实验

《信号与系统及MATLAB实现》实验指导书

前言 长期以来，《信号与系统》课程一直采用单一理论教学方式，同学们依靠做习题来巩固和理解教学内容，虽然手工演算训练了计算能力和思维方法，但是由于本课程数学公式推导较多，概念抽象，常需画各种波形，作题时难免花费很多时间，现在，我们给同学们介绍一种国际上公认的优秀科技应用软件MA TLAB，借助它我们可以在电脑上轻松地完成许多习题的演算和波形的绘制。 MA TLAB的功能非常强大，我们此处仅用到它的一部分，在后续课程中我们还会用到它，在未来地科学研究和工程设计中有可能继续用它，所以有兴趣的同学，可以对MA TLAB 再多了解一些。 MA TLAB究竟有那些特点呢？ 1．高效的数值计算和符号计算功能，使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来； 2．完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化； 3．友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，易于学习和掌握； 4．功能丰富的应用工具箱，为我们提供了大量方便实用的处理工具； MA TLAB的这些特点，深受大家欢迎，由于个人电脑地普及，目前许多学校已将它做为本科生必须掌握的一种软件。正是基于这些背景，我们编写了这本《信号与系统及MA TLAB实现》指导书，内容包括信号的MA TLAB表示、基本运算、系统的时域分析、频域分析、S域分析、状态变量分析等。通过这些练习，同学们在学习《信号与系统》的同时，掌握MA TLAB的基本应用，学会应用MA TLAB的数值计算和符号计算功能，摆脱烦琐的数学运算，从而更注重于信号与系统的基本分析方法和应用的理解与思考，将课程的重点、难点及部分习题用MA TLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现，加深对信号与系统的基本原理、方法及应用的理解，为学习后续课程打好基础。另外同学们在进行实验时，最好事先预习一些MA TLAB的有关知识，以便更好地完成实验，同时实验中也可利用MA TLAB的help命令了解具体语句以及指令的使用方法。

信号与系统第二次作业

《信号与系统》课程研究性学习手册 姓名_______ nicai ___________________________ 学号_______________________________________ 同组成员___________________________________ 指导教师____________________________________ 时间________________________________________ 信号的频域分析专题研讨 【目的】 (1) 建立工程应用中有效带宽的概念，了解有限次谐波合成信号及吉伯斯现象。 (2) 掌握带限信号，带通信号、未知信号等不同特性的连续时间信号的抽样，以及抽样过程中的参数选择与确定。认识混叠误差，以及减小混叠误差的措施。 (3) 加深对信号频域分析基本原理和方法的理解。 (4) 锻炼学生综合利用所学理论和技术，分析与解决实际问题的能力。 【研讨内容】一一基础题题目1吉伯斯现象 2 N 2 (1) 以(C0| +2瓦n』C n )/P^0.90定义信号的有效带宽，试确定下图所示信号的有效带宽 NCO。， 取A=1，T=2。 (2) 画出有效带宽内有限项谐波合成的近似波形，并对结果加以讨论和比较。 (3) 增加谐波的项数，观察其合成的近似波形，并对结果加以讨论和比较。 (a)周期矩形信号(b)周期三角波信号 【知识点】 连续周期信号的频域分析，有效带宽，吉伯斯现象 【信号频谱及有效带宽计算】图示矩形波占空比为50% (A/2)P T0/2[t-(kT0/2-T0/4)](-1) k-1—(A/2)(T0/2)Sa(wT0/4)e -jw(kT0/2-T0/4)(-l)k-1 可以发现频域项前面是一个周期函数，我们定量研究后面的指数衰减项就可以了； C0=1/4 厲/n n n=1,3,5,7,9 Cn= J 0 n=2,4,6,8 %输出周期矩形波 T=-10@.01:10; A=0.5; P=1; y=A*square(P.*T); >> plot(y) %求频谱>>X=fft(x); 【仿真程序】 (1) t=-5:0.001:5; y=0.6366.*sin(pi*t)+0.2133.*sin(3*pi*t);

《信号与系统分析基础》第3章习题解答

第三章习题解答 3.2 求下列方波形的傅里叶变换。 (a) 解： 110 2 ()()11()2 t j t t j t t j t t j t j a F j f t e dt e e dt j e t tS e j ωωωωωωω ωω-----=-=?= -==?? (b) 解： 20 00 2 2 ()1 1 1()[]1 (1) 1 (1) t j t t j t t t j t j t t t j t j t j t j t j t j t t F e dt e e dt tde j j j te e dt j e e e j e ωωωωωωωωωωωτ ω τωτω ω τω ωττω----------=-=?= =??-=-=+-= +-???? (c) 解： 1 31 1 2 2 11()()2 211 1 ()()22 1 1 ()cos 2 1 ()2 1()211 12() 2() 2 2 j t j t j t j t j t j t j t j t F t e dt e e e dt e e dt e e j j ωπ π ωππ ωωπ π ωωπ ωππ ωω-------+---+--=?=+?=+=- -+?? ? ()()()()22221 111 [][]2222 j j j j e e e e j j ππππ ωωωωππωω----++=?--?--+

2222sin()sin()cos ()cos () cos 2222()()2222 ππππ ωωωωωωπωππππωωωω-+?++?-?=+== -+-- (d)解： 242 22()()22 22()()2 2 ()()()()2 2 2 2 ()sin 1()21()2112()2() sin[(22() 2() T j t T T j t j t j t T T j t j t T T T j t j t T T T T T T j j j j F t e dt e e e dt j e e dt j e e T e e e e j j j j ωωωωωωωωωωωωωωω--Ω-Ω--Ω--Ω+-Ω--Ω+--Ω--Ω-Ω+-Ω+=Ω?=-= --=-Ω-Ω+Ω---= + =?Ω-?Ω+???)]sin[()] 2()() T j j ωωωωΩ++Ω-Ω+ 3.3依据上题中a,b 的结果，利用傅里叶变换的性质，求题图3.3所示各信号的傅里叶变换. (a) 解：11111()()()f t f t f t =-- 11()f t 就是3.2中(a)的1()f t 如果1()()f t F ω?，则1()()f t F ω-?- 11111111122 2 ()()()()()sin()42 ( )[]sin( )sin ()2 2 2 2 j j a f t f t f t F F t S e e j j τ τ ω ω ωωωτ ωτ τωτ ωττωτ ω-∴=--?--=??-= ? = (b) 解：2()()()f t g t g t στ=+,而()( )2 a g t S τωτ τ? 2()(3)2()a a F S S ωσωω∴=+ 如利用3.2中(a)的结论来解，有： 211'()(3)(1)f t f t f t ττ=+++，其中,'2τστ==. 3211'()()()(3)2()j j a a F e F e F S S ωωττωωωσωω∴=?+?=+ (如()()f t F ω?，则0 0()()j t f t t e F ωω±?) 2()f t

信号与系统分析实验报告连续系统的时域分析

北京联合大学 实验报告 课程（项目）名称： 信号与系统分析 学 院： 自动化学院 专 业： 信息处理与智能技术 班 级： 0910030204 学 号：2009100302440 姓 名： 韩禹辉 成 绩： 2011年 5 月 21 日 实验二 连续系统的时域分析 冲激响应与阶跃响应实验 一、实验目的 1.观察典型二阶电路的阶跃响应与冲激响应的波形和相关参数，并研究参数变化对响应状态的影响. 2.掌握系统阶跃响应与冲激响应的观测方法. 3.理解系统阶跃响应与冲激响应的关系. 二、实验设备 PC 机一台，TD-SAS 系列教学实验系统一套. 三、实验原理 本实验是观察典型的二阶系统的阶跃响应和冲激响应的三种不同状态.二阶系统的微分方程通式为： 2()2()()()n n y t ay t y t f t ωω'''++= 其特征根为： 1,2a λ=-对于不同的a 和n ω值，特征根四种不同的情况，如表2-1-1所示，分别对应两个不等实根、两个相等实根、共轭复根和共轭虚根.相应的冲激响应和阶跃响应波形如图2-1-1所示. 表2-1-1 二阶系统的冲激响应和阶跃响应

图2-1-1二阶系统的冲激响应和阶跃响应 本实验电路采用由运放组成的典型二阶电路，如图2-1-2所示，它与RLC 串联电路构成二阶系统完成如图2-1-3所示的功能.实验中通过调节器Rp 便可以使系统处于不同的状态. 图2-1-2 由运放构成的二阶电路 图2-1-3 RLC 二阶电路 通过电路图可以得到该系统的微分方程为： 从公式可以得到：

由上式得到系统响应的三种状态： （1）当n a ω>时，即Rp>4K Ω时，系统有两个不等实根，处于过阻尼状态； （2）当n a ω=时，即Rp=4K Ω时，系统有两个相等实根处于临界阻尼状态； （3）当n a ω<时，即Rp<4K Ω时，系统有一对共轭复根，处于欠阻尼状态. 四、实验步骤 本实验在阶跃与冲激响应单元完成. 1．阶跃响应观察 （1）使信号发生器输出幅值2V 、频率为1Hz 、占空比为50%的脉冲信号，其中每个高电平作为一次阶跃输入.将脉冲信号接入IN 端. （2）用示波器同时测量IN 和OUT 两端，记录当电位器Rp 值分别为1.5K 、4K 和8K 时OUT 端的波形. 使用万用表测量电位器阻值时，先关闭实验箱电源开关，将短路块N 断开，这样电位器就从电路中断开，并且测量时应当注意表笔的正负端应和测量点的正负端一致.然后再打开实验箱电源开关，测量完后将短路块闭合，使电位器重新接入电路. （3）分别保存Rp 值在上述取值时的阶跃响应波形，并加以比较看是否满足图2-1-1（b ）所述.

信号与系统基础知识

第1章 信号与系统的基本概念 1.1 引言 系统是一个广泛使用的概念，指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分析原理”的课程，电路是典型的系统，由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运动的过程，汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统，它包括若干发电厂、变电站、输电网和电力用户等，大的电网可以跨越数千公里。 我们在观察、分析和描述一个系统时，总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如，在分析一个电路时，会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化；在分析一个汽车的运动时，会计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关系称为信号，包含了系统变化的信息。 很多实际系统的状态变量是非电的，我们经常使用各种各样的传感器，把非电的状态变量转换为电的变量，得到便于测量的电信号。 隐去不同信号所代表的具体物理意义，信号就可以抽象为函数，即变量随时间变化的关系。信号用函数表示，可以是数学表达式，或是波形，或是数据列表。在本课程中，信号和函数的表述经常不加区分。 信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系，因此信号分析和系统分析是密切相关的。 系统的特性千变万化，其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统。 我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析，即分析信号随时间变化的波形。例如，对于一个电压测量系统，要判断测量的准确度，可以直接分析比较被测的电压波形)(in t v （测量系统输入信号）和测量得到的波形)(out t v （测量系统输出信号），观察它们之间的相似程度。为了充分地和规范地描述测量系统的特性，经常给系统输入一个阶跃电压信号，得到系统的阶跃响应，图1-1是典型的波形，通过阶跃响应的电压上升时间（电压从10％上升至90％的时间）和过冲（百分比）等特征量，表述测量系统的特性，上升时间和过冲越小，系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度，小的上升时间对应快的响应速度。如果被测电压快速变化，而测量系统的响应特性相对较慢，则必然产生较大的测量误差。 信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不

信号与系统分析实验信号的频谱分析

实验三信号的频谱分析 1方波信号的分解与合成实验 1实验目的 1. 了解方波的傅立叶级数展开和频谱特性。 2. 掌握方波信号在时域上进行分解与合成的方法。 3. 掌握方波谐波分量的幅值和相位对信号合成的影响。 2 实验设备 PC机一台，TD－SAS系列教学实验系统一套。 3 实验原理及内容 1. 信号的傅立叶级数展开与频谱分析 信号的时域特性和频域特性是对信号的两种不同的描述方式。对于一个时域的周期信号f(t)，只要满足狄利克莱条件，就可以将其展开成傅立叶级数： 如果将式中同频率项合并，可以写成如下形式： 从式中可以看出，信号f(t)是由直流分量和许多余弦（或正弦）分量组成。其中第一项A0/2是常数项，它是周期信号中所包含的直流分量；式中第二项A1cos(Ωt+φ1)称为基波，它的角频率与原周期信号相同，A1是基波振幅，φ1是基波初相角；式中第三项A2cos(Ωt+φ2)称为二次谐波，它的频率是基波的二倍，A2是基波振幅，φ2是基波初相角。依此类推，还有三次、四次等高次谐波分量。 2. 方波信号的频谱 将方波信号展开成傅立叶级数为： n=1，3，5…

此公式说明，方波信号中只含有一、三、五等奇次谐波分量，并且其各奇次谐波分量的幅值逐渐减小，初相角为零。图3-1-1为一个周期方波信号的组成情况，由图可见，当它包含的分量越多时，波形越接近于原来的方波信号，还可以看出频率较低的谐波分量振幅较大，它们组成方波的主体，而频率较高的谐波分量振幅较小，它们主要影响波形的细节。 （a）基波（b）基波＋三次谐波 （c）基波＋三次谐波＋五次谐波 （d）基波＋三次谐波＋五次谐波＋七次谐波 （e）基波＋三次谐波＋五次谐波＋七次谐波＋九次谐波 图3-1-1方波的合成 3. 方波信号的分解 方波信号的分解的基本工作原理是采用多个带通滤波器，把它们的中心频率分别调到被测信号的各个频率分量上，当被测信号同时加到多路滤波器上，中心频率与信号所包含的某次谐波分量频率一致的滤波器便有输出。在被测信号发生的实际时间内可以同时测得信号所包含的各频率分量。本实验便是采用此方法，实验中共有5路滤波器，分别对应方波的一、 三、五、七、九次分量。 4. 信号的合成 本实验将分解出的1路基波分量和4路谐波分量通过一个加法器，合成为原输入的方波信号，信号合成电路图如图3-1-2所示。 图3-1-2

计算机控制系统第二次作业答案

《计算机控制系统》第二次作业答案 你的得分： 完成日期：2018年09月10日01点51分 说明：每道小题选项旁的标识是标准答案。 一、单项选择题。本大题共16个小题，每小题分，共分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.（）是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置。 A.传感器 B.A/D转换器 C.D/A转换器 D.互感器 2.在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道是（）。 A.接口 B.过程通道 C.模拟量输入通道 D.开关量输入通道 3.所谓量化，就是采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为（）。 A.模拟信号 B.数字信号 C.程序代码 D.量化代码 4.数控系统一般由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成，这些功能 都由（）来完成。 A.人 B.生产过程 C.计算机 D.实时计算 5.外界干扰的扰动频率越低，进行信号采集的采样周期应该越（）。 A.长 B.短 C.简单 D.复杂 6.数字PID控制器是控制系统中应用最为广泛的一种控制规律，其中能迅速反应误差， 从而减小误差，但不能消除稳态误差的是（）。 A.微分控制 B.积分控制 C.比例控制 D.差分控制 7.在计算机控制系统中，PID控制规律的实现必须采用数值逼近的方法。当采样周期 短时，用求和代替积分、用后向差分代替微分，使模拟PID离散化变为（）。 A.微分方程 B.差分方程 C.积分方程

D.离散方程 8.香农采样定理给出了采样周期的上限，采样周期的下限为计算机执行控制程序和（） 所耗费的时间，系统的采样周期只能在Tmin和Tmax之间选择。 A.输入输出 B.A/D采样时间 C.D/A转换时间 D.计算时间 9.在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象有可能影响到系统的（）。 A.可靠性 B.稳定性 C.经济性 D.通用性 10.在实际生产过程中，因为前馈控制是一个（），因此，很少只采用前馈控制的方案， 常常采用前馈－反馈控制相结合的方案。 A.开环系统 B.闭环系统 C.稳定系统 D.不稳定系统 11.软件是工业控制机的程序系统；其中面向控制系统本身的程序，并根据系统的具体 要求，由用户自己设计的软件称作（）。 A.系统软件 B.应用软件 C.支持软件 D.控制软件 12.在程序设计的过程中，程序设计人员选取一种适当地高级（或汇编）语言，书写程 序的步骤叫做（）。 A.编译 B.程序设计 C.调试 D.编码 13.一个12位的A/D转换器，其量化精度约为%，若其孔径时间为10微妙，如果要求 转换误差在转换精度内，则允许转换的正旋波模拟信号的最大频率为（）。 A.2HZ B.3HZ C.4HZ 14.14位A/D转换的分辨率为（）。 A. B. C. D. 15.如果设计加工第一象限的直线OA，起点为O（0，0）终点坐标为A（11，7），则 进行插补运算的结果是，在＋x方向走的步数应当是（）。 A.11 B.12

机电传动控制第二次作业

6-1.PLC由哪些部分组成？各有什么功能？ 答：PLC主要由CPU、存储器和输入/输出接口、编程器四部分组成。 CPU是PLC的核心，其主要作用可概括如下： ①接收并存贮从编程器输入的用户程序。 ②用扫描方式采集现场输入装置的状态和数据，并存入相应的数据寄存器中。 ③诊断电源及PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 ④执行用户程序。从程序存贮器中逐条取出用户程序，经过解释程序解释后逐条执行。完成程序规定的逻辑和算术运算，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作。 存储器用来存放程序和数据，分为系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。 输入/输出接口是CPU与工业现场装置之间的连接部件，是PLC的重要组成部分。输入接口的功能是采集现场各种开关接点的状态信号，并将其转换成标准的逻辑电平信号送给CPU处理。输出接口的功能是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 编程器是开发、维护PLC控制系统的必备设备。编程器通过电缆与PLC相连接，其主要功能如下： ①通过编程向PLC输入用户程序 ②在线监视PLC的运行情况 ③完成某些特定功能。如将PLC、RAM中的用户程序写入EPROM，或转贮到盒式磁带 上；给PLC发出一些必要的命令，如运行、暂停、出错。复位。 6-3．PLC的扫描工作方式分为那几个阶段？各阶段完成什么任务？ PLC的基本工作过程如下： ①输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点．读入各输入点的状态。 ②执行程序：顺次扫描程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。 ③输出控制信号：根据逻辑运算的结果，向各输出点发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。 上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期，PLC 的扫描周期通常为10~40ms。 6-5.汇出下列指令程序的梯形图。 1 LD 401 2 AND 402 3 LD 403 4 ANI 404 5 ORB 6 LD 405 7 AND 406 8 LDI 407 9 AND 410 10 ORB

信号与系统MATLAB实验

2016-2017学年第一学期 信号与系统实验报告 班级： 姓名： 学号： 成绩： 指导教师：

实验一常见信号的MATLAB 表示及运算 一．实验目的 1．熟悉常见信号的意义、特性及波形 2．学会使用MATLAB 表示信号的方法并绘制信号波形 3. 掌握使用MATLAB 进行信号基本运算的指令 4. 熟悉用MATLAB 实现卷积积分的方法 二．实验原理 信号一般是随时间而变化的某些物理量。按照自变量的取值是否连续，信号分为连续时间信号和离散时间信号，一般用()f t 和()f k 来表示。若对信号进行时域分析，就需要绘制其波形，如果信号比较复杂，则手工绘制波形就变得很困难，且难以精确。MATLAB 强大的图形处理功能及符号运算功能，为实现信号的可视化及其时域分析提供了强有力的工具。 根据MATLAB 的数值计算功能和符号运算功能，在MATLAB 中，信号有两种表示方法，一种是用向量来表示，另一种则是用符号运算的方法。在采用适当的MATLAB 语句表示出信号后，就可以利用MATLAB 中的绘图命令绘制出直观的信号波形了。下面分别介绍连续时间信号和离散时间信号的MATLAB 表示及其波形绘制方法。 1.连续时间信号 所谓连续时间信号，是指其自变量的取值是连续的，并且除了若干不连续的点外，对于一切自变量的取值，信号都有确定的值与之对应。从严格意义上讲，MATLAB 并不能处理连续信号。在MATLAB 中，是用连续信号在等时间间隔点上的样值来近似表示的，当取样时间间隔足够小时，这些离散的样值就能较好地近似出连续信号。在MATLAB 中连续信号可用向量或符号运算功能来表示。 ⑴ 向量表示法 对于连续时间信号()f t ，可以用两个行向量f 和t 来表示，其中向量t 是用形如12::t t p t 的命令定义的时间范围向量，其中，1t 为信号起始时间，2t 为终止时间，p 为时间间隔。向量f 为连续信号()f t 在向量t 所定义的时间点上的样值。 说明：plot 是常用的绘制连续信号波形的函数。 严格说来，MATLAB 不能表示连续信号，所以，在用plot()命令绘制波形时，要对自变量t 进行取值，MATLAB 会分别计算对应点上的函数值，然后将各个数据点通过折线连接起来绘制图形，从而形成连续的曲线。因此，绘制的只是近似波形，而且，其精度取决于t 的取样间隔。t 的取样间隔越小，即点与点之间的距离越小，则近似程度越好，曲线越光滑。例如：图1-1是在取样间隔为p=0.5时绘制的波形，而图1-2是在取样间隔p=0.1时绘制的波形，两相对照，可以看出图1-2要比图1-1光滑得多。

(完整版)信号与系统的理解与认识

1.《信号与系统》这门课程主要讲述什么内容？ 《信号与系统》是一门重要的专业基础课程。它的任务是研究信号和线性非时变系统的基本理论和基本分析方法，要求掌握最基本的信号变换理论，并掌握线性非时变系统的分析方法，为学习后续课程，以及从事相关领域的工程技术和科学研究工作奠定坚实的理论基础。 2. 这门在我们的知识架构中占有什么地位？ 是一门承上启下的重要的专业基础课程。其基本概念和方法对所有的 工科专业都很重要。信号与系统的分析方法的应用范围一直不断的在扩大。信号与系统不仅仅是工科教育中一门最基本的课程，而且能够成为工科类学生最有益处而又引人入胜又最有用处的一门课程。 《信号与系统》是将我们从电路分析的知识领域引入信号处理与传输领域的关键性课程。 3.学习这门课程有什么用处？

学习这门课程有什么用处呢？百度告诉我：通过本课程的学习，学生将理解信号的 函数表示与系统分析方法，掌握连续时间系和离散时间系统的时域分析和频域分析， 连续时间系统的S域分析和散时间系统的Z分析，以及状态方程与状态变量分析法等 相关内容。通过上机实验，使学生掌握利用计算机进行信号与系统分析的基本方法加 深对信号与线性非时变系统的基本理论的理解，训练学生的实验技能和科学实验方法，提高分析和解决实际问题的能力。 在百度上和道客巴巴还有知乎上都是很多这样看起来很高大上的解释，但是作为学 生的我还是不能很清楚的了解到学习这门课程有什么用处，后面我发现了这样一个个 例子，觉得对信号与系统的用处有了一定的了解。 如图这样一个轮子是怎么设计的呢？ （打印有可能打印不出来，就是很神奇的一个轮子，交通工具） 没学过信号与系统的小明想到了反馈与系统，在轮子上放一个传感器，轮子正不正 系统就知道了，所以设计这个轮子其实就是设计一个系统。 好，现在我们有了一个传感器，要是机器朝左边偏一度，他就会输出一个信号。这个信号接下来就会传给处理器进行处理。处理器再控制电机，让他驱动轮子产生向左 的加速度，加速度就相当于给予系统向右的力，来修正向左的偏移。 小明就按照这一思想设计了一个小车车。踏上踏板，一上电，尼玛，他和他的车车就变成了一个节拍器。左边摔一下，右边摔一下。幸亏小明戴了头盔。小明觉得被骗了。找了一本反馈理论来看，原来有些反馈系统是不稳定的。 想要这个系统稳定地立着，我该怎么办？小明眼神呆滞，望着天空。 天边传来一个声音：你要分析环路稳定性呀。 怎么分析呢？ 你要从信号传输入手，分析信号的传输函数。

信号与系统实验实验报告

信号与系统实验实验报 告 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

实验五连续系统分析一、实验目的 深刻理解连续时间系统的系统函数在分析连续系统的时域特性、频域特性及稳定性中的重要作用及意义，掌握根据系统函数的零极点设计简单的滤波器的方法。掌握利用MATLAB分析连续系统的时域响应、频响特性和零极点的基本方法。 二、实验原理 MATLAB提供了许多可用于分析线性时不变连续系统的函数，主要包含有系统函数、系统时域响应、系统频域响应等分析函数。 三、实验内容 1.已知描述连续系统的微分方程为，输入，初始状态 ，计算该系统的响应，并与理论结果比较，列出系统响应分析的步骤。 实验代码： a=[1 10]; b=[2]; [A B C D]=tf2ss(b,a); sys=ss(A,B,C,D); t=0: :5; xt=t>0; sta=[1]; y=lsim(sys,xt,t,sta); subplot(3,1,1); plot(t,y); xlabel('t'); title('系统完全响应 y(t)'); subplot(3,1,2); plot(t,y,'-b'); hold on yt=4/5*exp(-10*t)+1/5; plot(t,yt,' : r'); legend('数值计算','理论计算'); hold off xlabel('t'); subplot(3, 1 ,3); k=y'-yt; plot(t,k); k(1) title('误差');

实验结果： 结果分析： 理论值 y(t)=0. 8*exp(-10t)*u(t)+ 程序运行出的结果与理论预期结果相差较大误差随时间增大而变小，初始值相差最大，而后两曲线基本吻合，表明该算法的系统响应在终值附近有很高的契合度，而在初值附近有较大的误差。 2.已知连续时间系统的系统函数为，求输入分别为，， 时，系统地输出，并与理论结果比较。 a=[1,3,2,0]; b=[4,1]; sys=tf(b,a); t=0: :5; x1=t>0; x2=(sin(t)).*(t>0); x3=(exp(-t)).*(t>0); y1=lsim(sys,x1,t); y2=lsim(sys,x2,t); y3=lsim(sys,x3,t); subplot(3,1,1); plot(t,y1); xlabel('t'); title('X(t)=u(t)'); subplot(3,1,2); plot(t,y2); xlabel('t'); title('X(t)=sint*u(t)'); subplot(3, 1 ,3); plot(t,y3); xlabel('t'); title('X(t)=exp(-t)u(t)'); 实验结果： 结果分析： a=[1,3,2,0]; b=[4,1]; sys=tf(b,a); t=0: :5; x1=t>0; x2=(sin(t)).*(t>0); x3=(exp(-t)).*(t>0); y1=lsim(sys,x1,t); y2=lsim(sys,x2,t); y3=lsim(sys,x3,t); subplot(3,1,1); plot(t,y1,'-b');

信号与系统分析实验

2019年信号与系统分析实验报告 班级： 通信工程170x 班 姓名：苏斌斌 学号：2017xxx 成绩： ================================================================ 实验1: MATLAB 中信号的表示、运算与分析 实验任务：1. 对信号进行数学表示、波形绘制及信号参数观察分析； 2．对信号进行翻转、时移与尺度变换，微分与积分等基本运算； 3．对周期信号进行分解与合成分析； 4．对信号进行频域分析。 实验目的：能够运用合适的数学方法和工具软件，完成信号在时域和频域的分析与 运算，取得有效结论，加深对信号分析基本概念和基本原理的理解，掌握信号分析的基本方法。 实验内容： 1. 完成预习PPT 中MA TLAB 相关程序的学习和练习。 2. 已知x (t )波形如下图所示，使用利用MATLAB 画出的2个由x (t )位移、尺度、翻转结合产生的波形。 t x (t )

3. 已知x= [1,2,4,6,8]，n=0,1,2,3,4 ，h= [1,1,1,1,1]，n=-1,0,1,2,3 ，使用MATALAB 画出x，h以及y=x*h的序列。（使用stem语句） 序列h波形 序列y=x*h波形 4. 通过MATALAB观察课本P66例3.2.4周期方波傅里叶级数展开效果。

5. 周期三角波信号傅里叶级数展开式如下所示，分析其频谱并通过MATLAB 验证。 由对称性知 0n b =，可得：002200 2 4)2 ()cos d /2 0T T n A n n a f t n t t T A n πω-?-= =?=?? ，为奇数 ， 其中002/T ωπ=，所以02241()cos , 1,3,5,2n A A f t n t n n ωπ?? = -= ??? ∑ 可得f (t )幅度谱为：22 4, 1,3,5, 02 n A n n A A n π?=??=??=?? 利用MATLAB 分析幅度为1v ，频率为1KHz 周期三角波的幅度谱和谐波合成波形； 实验任务：1. 使用MA TLAB 求解连续LTI 系统的单位冲激响应和零状态响应；

川大2020《继电保护原理》第二次作业答案

首页 - 我的作业列表 - 《继电保护原理》第二次作业答案 完成日期：2020年06月08日 10点56分 说明：每道小题选项旁的标识是标准答案。 一、单项选择题。本大题共20个小题，每小题 2.0 分，共40.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.电磁型电流继电器的动作条件是( ) A.M ≥M m dc B.M ≥M th dc C.M ≥M m+ M th dc D.M ≥ M m+2M th dc 2.电流继电器返回系数是指返回电流和动作电流的比值。为保证电流保护较 高的动作( )，要求有较高的返回系数。 A.选择性 B.速动性 C.灵敏性 D.可靠性 3.电流保护进行灵敏度校验时选择的运行方式为系统( ) A.最大运行方式 B.最小运行方式 C.正常运行方式 D.事故运行方式 4.灵敏度过低时，则在最不利于保护动作的运行方式下，可能使保护 ( )。 A.误动 B.拒动 C.速动性受影响 D.可靠性受影响 5.Y/ -11变压器后( )相故障时, 三继电器方式动作灵敏度提高1 倍。 A.BC

B.ABC C.CA D.AB 6.电流速断保护定值不能保证( )时，则电流速断保护要误动 作，需要加装方向元件。 A.速动性 B.选择性 C.灵敏性 D.可靠性 7.大电流接地系统单相接地短路时保护安装处的零序电流、电压之间的相位 差由其( )零序阻抗角决定，与故障点位置无关。 A.线路的 B.背侧的 C.相邻变压器的 D.相邻线路的 8.一般零序过电流(零序III段)保护的动作时间( )单相重合闸的非同期时 间，因此可以不考虑躲非全相运行时的最大零序电流。 A.大于 B.小于 C.等于 D.接近 9.在给方向阻抗继电器的电流、电压线圈接入电流电压时，一定要注意不要 接错极性，如果接错极性，会发生方向阻抗继电器( )的后果。 A.拒动 B.误动 C.正向故障拒动或反向故障误动 D.损坏 10.距离 III 段的灵敏度校验应按分支系数K 为最大的运行方式来确定，目 fz 的是为了保证保护的( )。

《信号与系统分析基础》第1章习题解答

《信号与系统分析基础(第2版)》部分习题解答 姜建国，曹建中，高玉明著,清华大学出版社，2006年7月 第一章 1-3 粗略画出下列各序列的图形。 （5）1 ()2 (1)n x n u n -=- 1-5 说明下列函数的信号是否是周期信号，若是，求周期T 。（本题属于连续情况） （1）sin sin3a t b t - 解：12222, T 13 T ππ π= == 1 2 3T T =，为有理数 ∴是周期信号，2T π= （3）sin 4cos7a t b t + 解：122, 27T T π π= = 1 2 7 224 7 T T π π= = 为有理数 ∴是周期信号，2T π= 1-6 判断下列各序列是否是周期性的，若是，试确定其周期。（本题属于离散情况） （1）3 ()cos()7 8 x n A n π =-

解：周期条件：22 =m kN m N k πωπω=? 本题中，314 =73m N k πω=?为无理数，非周期。 （2）8 ()n j x n e π-= 解： =168 N π ω=，是周期信号，周期为16. （3）()8 ()n j x n e π-= 解：12 =168N m m πωπω = ?=为无理数，非周期。 1-7 绘出下列各时间函数的波形图，注意它们的区别。设01 = 2 t ωπ= ， 12030040(1) ()sin ()(2) ()sin ()(3) ()sin ()()(4) ()sin ()() f t t u t f t t u t t f t t t u t t f t t t u t ωωωω=?=?-=-?-=-?

信号与系统实验报告

实验一二阶有源电路滤波系统设计以及频率响应特性分析一、实验目的 通过定性观察不同输入信号下的电路输出，理解输入信号的频谱分布与系统频率响应的相对关系对信号的影响；通过二阶系统频率响应特性的定量测试，考察系统参数对典型二阶系统滤波特性的影响。 二、实验设备 信号与系统实验电路模板、信号发生器、双综示波器、直流电源等。 三、实验内容与要求 1. 已知一有源二阶系统如下图： ①理论分析其作为微分电路、积分电路或比例网络的条件： ②为验证等效微分电路，选择一组元件参数，如R1＝1k、R2＝1k、C1＝0.1uF、C2＝ 0. 01uF，τ1= 0.0001s,τ2 = 0.00001s，用信号发生器产生频率为100Hz，占空比为1:1 的周期方波信号，实验观察记录输入、输出波形并做出适当解释； ③类比②，适当选择元件参数以及输入信号来验证等效积分电路和比例电路。要求画出 所选元件参数下的电路频率特性、记录输入、输出波形并做出合理解释。 2、二阶系统频率响应特性分析 ①从四种二阶有源滤波参考电路任选1-2种，自选参数，分析计算系统的幅频响应特性；

②将正弦信号输入二阶系统，改变输入信号频率，用示波器观察并记录输出信号的波形、幅值，并与理论计算比较。说明二阶谐振系统的阻尼系数a 或品质因数Q 对系统频率特性以及系统稳定性的影响。 四．理论分析 1.首先，在实际电路系统中并不存在理想的微分、积分或比例电路；只能是针对一定频率范围的信号，特定的电路系统呈现出相应的微分、积分或比例特性。以上电路的传递函数为 ) /1(1 )/1()(2211ττ++- =s C s R s s H ，其中τ1＝R 1C 1, τ2＝R 2C 2。可以看出，这是 一个一阶高通与一个一阶低通环节的串连，其中τ1>τ2。幅频特性、相频特性为： 2 2222121)/1(1 )/1()(τωτωωω++= C R j H ()()()2190ωτωτω?arctg arctg --?=。当输入信号的角频率ω<<1/τ1时， ∣H(j ω)∣≒C 1R 2ω、φ（ω）≒90，即等效于微分电路；当输入信号的角频率ω>>1/τ2时，∣H(j ω)∣≒1/(R 1C 2ω)、φ（ω）≒-90，即等效于积分电路；当输入信号的角频率1/τ2>>ω>>1/τ1时，∣H(j ω)∣≒R 2/R 1、φ（ω）≒0，即等效比例电路。 2.低通滤波电路如下： a) 低通滤波器

第二次信号与系统作业

信号与系统下半年作业1 一、判断题： 1．拉普拉斯变换满足线性性。 √ 2．拉普拉斯变换是连续时间系统进行分析的一种方法。 √ 3．冲击信号的拉氏变换结果是一个常数。 √ 4．单位阶跃响应的拉氏变换称为传递函数。 × 二、填空题 1．如果一个系统的幅频响应是常数，那么这个系统就称为 全通系统 。 2．单位冲击信号的拉氏变换结果是 ( 1 ) 。 3．单位阶跃信号的拉氏变换结果是 (1 / s) 。 4．系统的频率响应和系统的传递函数之间的关系是把传递函数中的s 因子用ωj 代替后的数学表达式。 5．从数学定义式上可以看出，当双边拉氏变换的因子s=j ω时，双边拉氏变换的就变成了傅立叶变换的定义式，所以双边拉氏变换又称为 广义傅立叶变换 。 6、单边拉普拉斯变换(LT)的定义式是:?∞ -=0)()(dt e t f s F st . 7、双边拉普拉斯变换(LT)的定义式是:? ∞ ∞ --=dt e t f s F st )()(. 三、计算题 1. 求出以下传递函数的原函数 1）F （s ）=1/s 解：)()(t u t f = 2）F(s)= 1 1+s 解：f (t)=)(t u e t - 3）F(s)= ) 1(12-s s 解：F(s)= ) 1(1 2-s s = )1)(1(1+-s s s =15.0-+s 15.0++ s -s 1 f (t)= +-)(5.0t u e t -)(5.0t u e t )(t u 2．根据定义求取单位冲击函数和单位阶跃函数的拉氏变换。

L [)](t δ=?+∞ ∞ --dt e t st )(δ=1 L [u (t)]= ?+∞∞ --dt e t u st )(=?+∞ -0dt e st =s 1 3、已知信号)(t f 是因果信号其拉氏变换为F （s ）=2 1 s ，试求)0(f =？ 答案：0lim )(lim )(lim )0(2 ==?==∞→∞ →→s s s F s t f f s s t 5、已知信号)(t f 是因果信号其拉氏变换为F （s ）= ) 100010() 10)(2(2++++s s s s s ，试求)(∞f =？ 答案：由终值定理 02.0) 100010() 10)(2(lim )(lim )(2 =++++==∞→→s s s s s s s sF f s s 5、求)()(3 t u t t f =的拉氏变换 答案：4 6 )]([s t f L = (Re(s) > 0) 一、判断题 （1）如果x(n)是偶对称序列，则X(z)=X(z -1)。 √ （2）时不变系统的响应与激励施加的时刻有关。 × （3）nx(n)的Z 变换结果是-zX(z)。 × （4）单位阶跃序列的Z 变换结果是常数 × 二、填空题 1．对于理想的低通滤波器，所有高于截止频率的频率分量都将 不能 通过系统，而低于截止频率的频率分量都将 能够 的通过系统。 2．称X(n)与X （z ）是一对 ZT 变换对 。 3离散时间系统是指输入、输出都是 序列 的系统。 4．在没有激励的情况下，系统的响应称为 零输入响应 。 5．离散系统的传递函数定义式是： H （z ）=Y(z) / X(z) 。 6。系统的零状态响应等于激励与 其单位冲激响应之间的卷积 。 信号与系统下半年作业2 1、 已知序列()f k 的()F z 如下，求初值(0)f , (1)f 及终值()f ∞。