第一篇:MATLAB信號與系統(tǒng)實驗報告19472
信號與系統(tǒng)實驗陳訴(5)
MATLAB 綜合實驗 項目二
連續(xù)系統(tǒng)的頻域闡發(fā) 目的:
周期信號輸入連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)可用傅里葉級數(shù)闡發(fā)。由于盤算歷程啰嗦,最適適用MATLAB 盤算。通過編程實現(xiàn)對輸入信號、輸出信號的頻譜和時域響應(yīng)的盤算,認(rèn)識盤算機在系統(tǒng)闡發(fā)中的作用。
任務(wù):
線性連續(xù)系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)為11)(????jj H,輸入信號為周期矩形波如圖 1 所示,用MATLAB 闡發(fā)系統(tǒng)的輸入頻譜、輸出頻譜以及系統(tǒng)的時域響應(yīng)。
-3-2-1 0 1 2 300.511.52Time(sec)
圖 1
要領(lǐng):
1、確定周期信號 f(t)的頻譜nF??;l率 Ω。
2、確定系統(tǒng)函數(shù) )(? jn H。
3、盤算輸出信號的頻譜
n nF jn H Y? ?)(? ?
4、系統(tǒng)的時域響應(yīng)
???? ???nt jnn eY t y?)(MATLAB 盤算為
y=Y_n*exp(j*w0*n“*t);
要求(畫出 3 幅圖):
1、在一幅圖中畫輸入信號 f(t)和輸入信號幅度頻譜|F(j?)|。用兩個子圖畫出。
2、畫出系統(tǒng)函數(shù)的幅度頻譜|H(j?)|。
3、在一幅圖中畫輸出信號 y(t)和輸出信號幅度頻譜|Y(j?)|。用兩個子圖畫出。
解:(1)闡發(fā)盤算:
輸入信號的頻譜為
(n)輸入信號最小周期為 =2,脈沖寬度,基波頻率Ω=2π/ =π,所以
(n)系統(tǒng)函數(shù)為
因此
輸出信號的頻譜為
系統(tǒng)響應(yīng)為
(2)步伐:
t=linspace(-3,3,300);
tau_T=1/4;
%
n0=-20;n1=20;
n=n0:n1;
%盤算諧波次數(shù)20
F_n=tau_T*Sa(tau_T*pi*n);
f=2*(rectpuls(t+1.75,0.5)+rectpuls(t-0.25,0.5)+rectpuls(t-2.25,0.5));
figure(1),subplot(2,1,1),line(t,f,”linewidth“,2);
%輸入信號的波形 axis([-3,3,-0.1,2.1]);grid on
xlabel(”Time(sec)“,”fontsize“,8),title(”輸入信號“,”fontweight“,”bold“)%設(shè)定字體巨細(xì),文本字符的粗細(xì)
text(-0.4,0.8,”f(t)“)
subplot(2,1,2),stem(n,abs(F_n),”.“);
%輸入信號的幅度頻譜 xlabel(”n“,”fontsize“,8),title(”輸入信號的幅度頻譜“,”fontweight“,”bold“)
text(-4.0,0.2,”|Fn|“)
H_n=1./(i*n*pi+1);
figure(2),stem(n,abs(H_n),”.“);
%系統(tǒng)函數(shù)的幅度頻譜 xlabel(”n“,”fontsize“,8),title(”系統(tǒng)函數(shù)的幅度頻譜“,”fontweight“,”bold“)
text(-2.5,0.5,”|Hn|“)
Y_n=H_n.*F_n;y=Y_n*exp(i*pi*n”*t);
figure(3),subplot(2,1,1),line(t,y,“l(fā)inewidth”,2);
%輸出信號的波形 axis([-3,3,0,0.5]);grid on
xlabel(“Time(sec)”,“fontsize”,8),title(“輸出信號”,“fontweight”,“bold”)
text(-0.4,0.3,“y(t)”)
subplot(2,1,2),stem(n,abs(Y_n),“.”);
%輸出信號的幅度頻譜 xlabel(“n”,“fontsize”,8),title(“輸出信號的幅度頻譜”,“fontweight”,“bold”)
text(-4.0,0.2,“|Yn|”)
(3)波形:
-3-2-1 0 1 2 300.511.52Time(sec)輸 入 信 號f(t)-20-15-10-5 0 5 10 15 2000.10.20.30.4n輸 入 信 號 的 幅 度 頻 譜|Fn|-20-15-10-5 0 5 10 15 2000.10.20.30.40.50.60.70.80.91n系 統(tǒng) 函 數(shù) 的 幅 度 頻 譜|Hn|
-3-2-1 0 1 2 300.10.20.30.4Time(sec)輸 出 信 號y(t)-20-15-10-5 0 5 10 15 2000.10.20.30.4n輸 出 信 號 的 幅 度 頻 譜|Yn|
項目三
連續(xù)系統(tǒng)的復(fù)頻域闡發(fā) 目的:
周期信號輸入連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng)也可用拉氏變更闡發(fā)。用 MATLAB 的標(biāo)記盤算成果,通過編程實現(xiàn)對系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的闡發(fā),加深理解拉氏變更在闡發(fā)系統(tǒng)中的作用。
任務(wù):
線性連續(xù)系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)為11)(??ss H,輸入信號為周期矩形波如圖2所示,用MATLAB闡發(fā)系統(tǒng)的響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。
0 1 2 3 4 5 6 700.511.52Time(sec)
圖 2
要領(lǐng):
1、確定第一個周期拉氏變更)(0s F。
2、確定前 6 個周期的拉氏變更)(s F。
3、盤算輸出信號的拉氏變更)()()(s F s H s Y ?
4、系統(tǒng)的時域響應(yīng))()(s Y t y ?
MATLAB 盤算為
y=ilaplace(Y);5、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)值,即經(jīng)過 4 個周期后,系統(tǒng)響應(yīng)趨于穩(wěn)態(tài),兩個穩(wěn)態(tài)值可取為
t=8s 和 t=8.5s
要求:
1、畫出輸入信號 f(t)波形。
2、畫出系統(tǒng)輸出信號 y(t)的波形。
3、畫出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng) yss(t)的波形,4 個周期后。并盤算出穩(wěn)態(tài)值。
解:(1)步伐 syms s;
H=1/(s+1);
F0=1/s*(1-exp(-0.5*s));
%輸入信號第一個周期的laplace變更
F=F0+F0*exp(-2*s)+F0*exp(-4*s)+F0*exp(-6*s);
Y=H.*F;
Y0=H.*F0;
y=ilaplace(Y);
y=simple(y);
t=linspace(0,12,300);
f=2*(rectpuls(t-0.25,0.5)+rectpuls(t-2.25,0.5)+rectpuls(t-4.25,0.5)+rectpuls(t-6.25,0.5));
yn=subs(y);
%標(biāo)記替換
figure(1),plot(t,f,“l(fā)inewidth”,2);
axis([0,7,-0.2,2.2]),xlabel(“Time(sec)”,“fontsize”,8),title(“輸入信號”,“fontweight”,“bold”)
text(3.0,1.0,“f(t)”)
figure(2),plot(t,yn,“l(fā)inewidth”,2);
axis([0,7,-0.1,0.5]),xlabel(“Time(sec)”,“fontsize”,8),title(“輸出信號”,“fontweight”,“bold”)
text(3.0,0.3,“y(t)”)
figure(3),plot(t,yn,“l(fā)inewidth”,2);
axis([8,12,-0.1,0.5]),xlabel(“Time(sec)”,“fontsize”,8),title(“輸出信號穩(wěn)態(tài)響應(yīng)”,“fontweight”,“bold”)
text(10.0,0.2,“ys(t)”)
t=8:0.5:8.5;
%取t=8s和t=8.5兩個穩(wěn)態(tài)值
ys=subs(y,t,“t”);
disp(“輸入為周期信號的響應(yīng)的第一個周期”);
y0=ilaplace(Y0);
pretty(y0);
%標(biāo)記輸出類似數(shù)值形式
disp(“輸出穩(wěn)態(tài)周期信號的兩個值”);
ys
(2)波形
0 1 2 3 4 5 6 700.511.52Time(s ec)輸 入 信 號f(t)
0 1 2 3 4 5 6 7-0.100.10.20.30.4Time(sec)輸 出 信 號y(t)8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 12-0.100.10.20.30.4Time(sec)輸 出 信 號 穩(wěn) 態(tài) 響 應(yīng)ys(t)
命令窗口顯示:
輸入為周期信號的響應(yīng)的第一個周期
heaviside(t-1/2)(exp(1/2-t)-1)-exp(-t)+ 1 輸出穩(wěn)態(tài)周期信號的兩個值 ys =
0.1015
0.0616
第二篇:信號與系統(tǒng) MATLAB實驗報告
院系:
年級:
姓名:
實驗時間:
實驗地點:
MATLAB實驗報告
專業(yè):
班號:
學(xué)號:
《信號與系統(tǒng)》
實驗一 連續(xù)時間信號的表示及可視化
實驗題目:
f(t)??(t);f(t)??(t);f(t)?eat(分別取a?0及a?0); f(t)?R(t);f(t)?Sa(?t);f(t)?Sin(2?ft)(分別畫出不同周期個數(shù)的波形)。
解題分析:
以上各類連續(xù)函數(shù),先運用t = t1: p:t2的命令定義時間范圍向量,然后調(diào)用對應(yīng)的函數(shù),建立f與t的關(guān)系,最后調(diào)用plot()函數(shù)繪制圖像,并用axis()函數(shù)限制其坐標(biāo)范圍。
實驗程序:
(1)f(t)??(t)
t=-1:0.01:3 %設(shè)定時間變量t的范圍及步長 f=dirac(t)%調(diào)用沖激函數(shù)dirac()plot(t,f)%用plot函數(shù)繪制連續(xù)函數(shù) axis([-1,3,-0.5,1.5])%用axis函數(shù)規(guī)定橫縱坐標(biāo)的范圍(2)f(t)??(t)
t=-1:0.01:3 %設(shè)定時間變量t的范圍及步長 f=heaviside(t)%調(diào)用階躍函數(shù)heaviside()plot(t,f)%用plot函數(shù)繪制連續(xù)函數(shù) title('f(t)=heaviside(t)')%用title函數(shù)設(shè)置圖形的名稱 axis([-1,3,-0.5,1.5])%用axis函數(shù)規(guī)定橫縱坐標(biāo)的范圍(3)f(t)?eat
a=1時:
t=-5:0.01:5 %設(shè)定時間變量t的范圍及步長 f=exp(t)%調(diào)用指數(shù)函數(shù)exp()
plot(t,f)%用plot函數(shù)繪制連續(xù)函數(shù) title('f=exp(t)')%用title函數(shù)設(shè)置圖形的名稱 axis([-5,5,-1,100])%用axis函數(shù)規(guī)定橫縱坐標(biāo)的范圍 a=2時:
t=-5:0.01:5 f=exp(2*t)%調(diào)用指數(shù)函數(shù)exp()plot(t,f)title('f=exp(2*t)')axis([-5,5,-1,100])a=-2時: t=-5:0.01:5 f=exp(-2*t)plot(t,f)title('f=exp(-2*t)')axis([-5,5,-1,100])(4)f(t)?R(t)
t=-5:0.01:5 f=rectpuls(t,2)%用rectpuls(t,a)表示門函數(shù),默認(rèn)以零點為中心,寬度為a plot(t,f)title('f=R(t)')axis([-5 5-0.5 1.5])(5)f(t)?Sa(?t)
ω=1時: t=-20:0.01:20 f=sin(t)./t %調(diào)用正弦函數(shù)sin(),并用sin(t)./t實現(xiàn)抽樣函數(shù) plot(t,f)title('f(t)=Sa(t)')axis([-20,-20,-0.5,1.1])3
ω=5時: t=-20:0.01:20 f=sin(5*t)./(5*t)plot(t,f)title('f(t)=Sa(5*t)')axis([-20,-20,-0.5,1.1])(6)f(t)?Sin(2?ft)
ω=1時: t=-10:0.01:10 f=sin(t)%plot(t,f);title('f=sin(t)')axis([-10,10,-2,2])ω=5時: t=-10:0.01:10 f=sin(5*t)plot(t,f);title('f=sin(5*t)')axis([-10,10,-2,2])
實驗結(jié)果;
(1)
調(diào)用正弦函數(shù)sin()4
1.510.50-0.5-1-0.500.511.522.532)
f(t)=heaviside(t)1.510.50-0.5-1-0.500.511.522.533)((a=1時:
f=exp(t)***3020100-5-4-3-2-1012345a=2時:
f=exp(2*t)***3020100-5-4-3-2-1012345
a=-2時:
f=exp(-2*t)***3020100-5-4-3-2-1012345(4)
f=R(t)1.510.50-0.5-5-4-3-2-1012345
(5)ω=1時:
f(t)=Sa(t)10.80.60.40.20-0.2-0.4-20-15-10-505101520ω=5時:
f(t)=Sa(5*t)10.80.60.40.20-0.2-0.4-20-15-10-505101520(6)ω=1時:
f=sin(t)21.510.50-0.5-1-1.5-2-10-8-6-4-20246810
ω=5時:
f=sin(5*t)21.510.50-0.5-1-1.5-2-10-8-6-4-20246810
實驗心得體會:(1)在 MATLAB中,是用連續(xù)信號在等時間間隔點的樣值來近似地表示連續(xù)信號的,當(dāng)取樣時間間隔足夠小時,這些離散的樣值就能較好地近似出連續(xù)信號。在 MATLAB 中t = t1: p: t2的命令定義時間范圍向量,t1為信號起始時間,t2為終止時間,p為時間間隔。
(2)plot()函數(shù)可用于連續(xù)函數(shù)的繪制。
(3)用axis()函數(shù)限制坐標(biāo)范圍,可使圖像更加勻稱美觀。
改進想法:
本題中函數(shù)的表示方法都不只一種。如階躍函數(shù)可以借助符號函數(shù)來實現(xiàn)可視化。其程序和結(jié)果如下: t=-5:0.05:5 f=sign(t)%調(diào)用符號函數(shù)sign()axis([-5,5,-1.1,1.1])
ff=1/2+1/2*f %運用階躍函數(shù)與符號函數(shù)的關(guān)系,表示出階躍函數(shù)ff plot(t,ff)axis([-5,5,-0.1,1.1])
f=heaviside(t)10.80.60.40.20-5-4-3-2-1012345
實驗二 離散時間信號的表示及可視化
實驗題目:
f(n)??(n);f(n)??(n);f(n)?ean(分別取a?0及a?0);
f(n)?RN(n)(分別取不同的N值);f(n)?Sa(n?); f(n)?Sin(n?)(分別取不同的?值);
解題分析:
以上各類離散函數(shù),可仿照連續(xù)函數(shù)的可視化,先運用n =n1: p: n2的命令定義自變量的范圍及步長,然后調(diào)用對應(yīng)的函數(shù),建立f與t的關(guān)系,最后調(diào)用stem()函數(shù)繪制圖像,并用axis()函數(shù)限制其坐標(biāo)范圍。
實驗程序:
(1)f(n)??(n)
n=-5:0.5:5 %設(shè)定時間變量n的范圍及步長 f=dirac(n)stem(n,f)%調(diào)用stem()繪制離散函數(shù) title('f=dirac(t)')axis([-5,5,-3,10])%用axis函數(shù)規(guī)定橫縱坐標(biāo)的范圍(2)f(n)??(n)
n=-5:0.5:5 f=heaviside(n)stem(n,f)title('f=Heaviside(t)')axis([-5,5,-0.5,1.5])(3)f(n)?ean
a=1時:
n=-5:0.5:5 f=exp(n)stem(n,f)title('f=exp(n)')a=2時: n=-5:0.5:5 f=exp(2*n)stem(n,f)title('f=exp(2*n)')a=-2時: n=-5:0.5:5 f=exp(-2*n)stem(n,f)title('f=exp(-2*n)')(4)f(n)?RN(n)
n=-5:0.5:5 f=rectpuls(n,2)stem(n,f)title('f=R(n)')axis([-5,5,-0.5,1.5])(5)f(n)?Sa(n?)
ω=1時: n=-20:0.5:20 f=sin(n)./(n)stem(n,f)title('f=Sa(n)')axis([-20,-20,-0.5,1.1])ω=5時: n=-20:0.5:20 f=sin(5*n)./(5*n)13
stem(n,f)title('f=Sa(5*n)')axis([-20,-20,-1,5])(6)f(n)?Sin(n?)
ω=1時: n=-5:0.5:5 f=sin(n)stem(n,f)title('f=sin(n)')axis([-5,5,-2,2])ω=5時: n=-5:0.5:5 f=sin(5*n)stem(n,f)title('f=sin(5*n)')axis([-5,5,-2,2])
實驗結(jié)果;
(1)
f=dirac(t)1086420-2-5-4-3-2-10123452)
f=Heaviside(t)1.510.50-0.5-5-4-3-2-10123453)((a=1時:
f=exp(n)150100500-5-4-3-2-1012345a=2時:
2.5x 104f=exp(2*n)21.510.50-5-4-3-2-1012345
a=-2時:
4f=exp(-2*n)2.5x 1021.510.50-5-4-3-2-1012345(4)
f=R(n)1.510.50-0.5-5-4-3-2-1012345
(5)ω=1時:
f=Sa(n)10.80.60.40.20-0.2-0.4-20-15-10-505101520ω=5時:
f=Sa(5*n)0.250.20.150.10.050-0.05-0.1-0.15-0.2-20-15-10-505101520(6)ω=1時:
f=sin(n)21.510.50-0.5-1-1.5-2-5-4-3-2-1012345
ω=5時:
f=sin(5*n)21.510.50-0.5-1-1.5-2-5-4-3-2-1012345
實驗心得體會: 用plot()函數(shù)可以繪制離散序列,但是與連續(xù)序列有所不同,需要在括號內(nèi)加上'.'。但是plot()畫出來的函數(shù)圖像不直觀,顯得很凌亂。
改進想法:
(1)對于離散函數(shù),如果使用stem(n,f, '.')函數(shù),繪圖效果更好。如抽樣函數(shù)的程序: n=-20:0.5:20 f=sin(n)./(n)stem(n,f,'.')title('f=Sa(n)')axis([-20,-20,-0.5,1.1])繪圖結(jié)果如下:
f=Sa(n)10.80.60.40.20-0.2-0.4-20-15-10-505101520
對比可知此法做出的圖像更加清晰美觀。
(2)MATLAB 可以自動地根據(jù)曲線數(shù)據(jù)的范圍選擇合適的坐標(biāo)系,從而使得曲線盡可能清晰地顯示出來,一般情況下不必選擇坐標(biāo)系。但是,如果對 MATLAB自動產(chǎn)生的坐標(biāo)軸不滿意,可以利用 axis 命令對坐標(biāo)軸進行調(diào)整。
實驗三 系統(tǒng)的時域求解
實驗題目:
1.設(shè)h(n)?(0.9)nu(n),x(n)?u(n)?u(n?10),求y(n)?x(n)*h(n),并畫出x(n)、h(n)、y(n)波形。
y(n)?0.81y(n?2)?x(n)?x(n?2)的單位
j?2.求因果線性移不變系統(tǒng)抽樣響應(yīng)h(n),并繪出H(e)的幅頻及相頻特性曲線。
解題分析:
1.用heaviside()和exp()函數(shù) 表示出x(n)和h(n),然后調(diào)用conv()函數(shù)實現(xiàn)x(n)和h(n)的卷積y(n)。并且分別將三個函數(shù)圖像繪出。
2.通過給矩陣a,b賦值,建立系統(tǒng)差分方程,然后調(diào)用impz()函數(shù)求系統(tǒng)的沖激響應(yīng),再用函數(shù)freqs(b,a)進行系統(tǒng)頻率響應(yīng)的分析。
實驗程序:
(1)
n=-10:20 %設(shè)置變量范圍,默認(rèn)步長為1 f=heaviside(n)x=heaviside(n)-heaviside(n-10)%階躍函數(shù)直接相減 figure(1)%產(chǎn)生圖像窗口1 stem(n,x)%繪制函數(shù)x title('x(n)')h=0.9.^n.*f %函數(shù)h的表達(dá)式 figure(2)%產(chǎn)生圖像窗口2 stem(n,h)%繪制函數(shù)h title('h(n)')n1=-20:40 y=conv(h,x)%調(diào)用conv()函數(shù)求h和x的卷積
figure(3)%產(chǎn)生圖像窗口3 stem(y)%繪制函數(shù)y title('y(n)=x(n)*h(n)')(2)
a=[1 0-0.81] %描述系統(tǒng)的差分方程的系數(shù) b=[1 0-1] %描述系統(tǒng)的差分方程的系數(shù) figure(1)h=impz(n,m,-10:10)%調(diào)用impz()函數(shù)求系統(tǒng)的沖激響應(yīng) stem(h)%繪制函數(shù)h的離散序列 title('h(n)')figure(2)freqs(b,a)%對連續(xù)系統(tǒng)頻率響應(yīng)H(jw)進行分析的函數(shù)freqs()
實驗結(jié)果;
(1)
x(n)10.90.80.70.60.50.40.30.20.10-10-505101520
h(n)0.90.80.70.60.50.40.30.20.10-10-505101520y(n)=x(n)*h(n)***05060702)
(h(n)1.210.80.60.40.20-0.20510152025
100.09udeti100.05agnM100.0110-210-1100101Frequency(rad/s)1)s0.5reeeg(d0e hasP-0.5-110-210-1100101Frequency(rad/s)
實驗心得體會:
(1)計算離散序列的卷積時,應(yīng)考慮其結(jié)果的橫坐標(biāo)范圍的改變。(2)向量相乘時,注意用‘.’。
(3)借助MATLAB的內(nèi)部函數(shù)conv()可以很容易地完成兩個信號的卷積運算,并且其完成的是兩個多項式的乘法運算,在MATLAB中它們的系數(shù)構(gòu)成一個行向量來表示。
(3)表示系統(tǒng)的方法是用系統(tǒng)函數(shù)分子和分母多項式系數(shù)行向量來表示。
改進想法:
(1)n=-10:20 %f=heaviside(n)x=heaviside(n)-heaviside(n-10)%figure(1)%axis([-10,20,0,1])stem(n,x)%title('x(n)')h=0.9.^n.*f %figure(2)%stem(n,h)%axis([-10,20,0,1])title('h(n)')n1=-20:40 y=conv(h,x)%figure(3)%stem(y)%axis([0,62,0,7])title('y(n)=x(n)*h(n)')
運行結(jié)果:
設(shè)置變量范圍,默認(rèn)步長為1
階躍函數(shù)直接相減 產(chǎn)生圖像窗口1 繪制函數(shù)x 函數(shù)h的表達(dá)式 產(chǎn)生圖像窗口2 繪制函數(shù)h 調(diào)用conv函數(shù)求h和x的卷積 產(chǎn)生圖像窗口3 繪制函數(shù)y 26
x(n)10.90.80.70.60.50.40.30.20.10-10-505101520h(n)10.90.80.70.60.50.40.30.20.10-10-505101520
y(n)=x(n)*h(n)***405060
實驗四 信號的DFT分析
實驗題目:
計算余弦序列x(n)?cos(?8n)RN(n)的DFT。分別對N=10、16、22時計算DFT,繪出X(k)幅頻特性曲線,分析是否有差別及產(chǎn)生差別的原因。
解題分析:
用矩陣代替門函數(shù)給變量n賦值,并設(shè)定不同的N值,然后調(diào)用fft()函數(shù)實現(xiàn)函數(shù)的傅里葉變換,然后用subplot()和stem()函數(shù)繪圖。
實驗程序:
(1)N=10時:
N=10 %設(shè)定N的值為10 n=[0:N-1] %用矩陣代替門函數(shù)給n賦值 x=cos((pi/8).*n)%調(diào)用cos()函數(shù)
y=fft(x)%調(diào)用fft()函數(shù)求x的傅里葉變換 subplot(2,1,1),stem(n,y)%繪制y的離散圖 title('DFT[cos((pi/8)*n]')subplot(2,1,2),stem(n,abs(y))%繪制y的幅頻特性曲線 title('X(k)')(2)N=16時:
N=16 %設(shè)定N的值為16 n=[0:N-1] %用矩陣代替門函數(shù)給n賦值 x=cos((pi/8).*n)%調(diào)用cos()函數(shù)
y=fft(x)%調(diào)用fft()函數(shù)求x的傅里葉變換 subplot(2,1,1),stem(n,y)%繪制y的離散圖 title('DFT[cos((pi/8)*n]')subplot(2,1,2),stem(n,abs(y))%繪制y的幅頻特性曲線
title('X(k)')(3)N=22時:
N=22 %設(shè)定N的值為22 n=[0:N-1] %用矩陣代替門函數(shù)給n賦值 x=cos((pi/8).*n)%調(diào)用cos()函數(shù)
y=fft(x)%調(diào)用fft()函數(shù)求x的傅里葉變換 subplot(2,1,1),stem(n,y)%繪制y的離散圖 title('DFT[cos((pi/8)*n]')subplot(2,1,2),stem(n,abs(y))%繪制y的幅頻特性曲線 title('X(k)')
實驗結(jié)果;
(1)N=10時:
DFT[cos((pi/8)*n]3210-10123456789X(k)64200123456789(2)N=16時:
DFT[cos((pi/8)*n]1050-5051015X(k)864200510153)N=22時:
DFT[cos((pi/8)*n]6420-20510152025X(k)***1(實驗結(jié)果分析:
由圖可知,不同的N值所對應(yīng)的DFT序列和幅頻響應(yīng)不同,是因為N代表DFT的變換區(qū)間長度,當(dāng)N取不同的值時,函數(shù)所對應(yīng)的離散傅里葉變換和幅頻特性曲線也不同。
實驗心得體會: MATLAB是計算機運算,無法實現(xiàn)無限時間信號和無限大數(shù)量的計算,故而周期信號只能取有限個諧波分量近似合成,即N值有限,且N值越大,仿真結(jié)果越接近。所以手工求取的傅里葉變換系數(shù)與MATLAB求取存在差別。
實驗五 系統(tǒng)時域解的快速卷積求法
實驗題目:
用快速卷積法計算系統(tǒng)響應(yīng)
y(n)?x(n)*h(n),已知:
x(n)?sin(0.4n)R15(n),h(n)?0.9nR20(n)。要求取不同的L點數(shù),并畫出x(n)、h(n)、y(n)波形,分析是否有差別及產(chǎn)生差別的原因。
解題分析:
根據(jù)離散序列卷積及傅里葉變換的性質(zhì),可先求出兩函數(shù)x(n)和h(n)的L點傅里葉變換,分別得到Xk和Yk,然后求Xk和Yk之積Hk的傅里葉反變換,即得到了x(n)和h(n)的卷積y(n)。
實驗程序:
L=10時:
n1=[0:14] %用矩陣代替門函數(shù)給n1賦值 x=sin(0.4.*n1)%寫出x的表達(dá)式 n2=[0:19] %給n2賦值 y=0.9.^n2 %寫出y的表達(dá)式
Xk=fft(x,10)%調(diào)用fft()函數(shù)求x的L(=10)點傅里葉變換 Yk=fft(y,10)%求y的L點傅里葉變換 Hk=Xk.*Yk %寫出Hk的表達(dá)式
h=ifft(Hk)%調(diào)用ifft()函數(shù)求Hk的傅里葉反變換 subplot(3,1,1),stem(x)%繪制x的離散圖 title('x(n)')subplot(3,1,2),stem(y)%繪制y的離散圖 title('y(n)')subplot(3,1,3),stem(h)%繪制h的離散圖 title('h(n)')xlabel('L=10')%橫坐標(biāo)處做標(biāo)注
(2)L=18時: n1=[0:14] x=sin(0.4.*n1)n2=[0:19] y=0.9.^n2 Xk=fft(x,18)Yk=fft(y,18)Hk=Xk.*Yk h=ifft(Hk)subplot(3,1,1),stem(x)title('x(n)')subplot(3,1,2),stem(y)title('y(n)')subplot(3,1,3),stem(h)title('h(n)')xlabel('L=18')(3)L=28時: n1=[0:14] x=sin(0.4.*n1)n2=[0:19] y=0.9.^n2 Xk=fft(x,28)Yk=fft(y,28)Hk=Xk.*Yk h=ifft(Hk)subplot(3,1,1),stem(x)title('x(n)')subplot(3,1,2),stem(y)title('y(n)')subplot(3,1,3),stem(h)title('h(n)')34
xlabel('L=28')(4)L=35時: n1=[0:14] x=sin(0.4.*n1)n2=[0:19] y=0.9.^n2 Xk=fft(x,35)Yk=fft(y,35)Hk=Xk.*Yk h=ifft(Hk)subplot(3,1,1),stem(x)title('x(n)')subplot(3,1,2),stem(y)title('y(n)')subplot(3,1,3),stem(h)title('h(n)')xlabel('L=35')
實驗結(jié)果;
(1)L=10時:
x(n)10-1051015y(n)10.***1820h(n)42012345678910L=102)L=18時:
x(n)10-1051015y(n)10.***1820h(n)50-***8L=183)L=28時:
36((x(n)10-1051015y(n)10.***1820h(n)50-5051015202530L=284)L=35時:
x(n)10-1051015y(n)10.***1820h(n)50-***L=35
37(實驗結(jié)果分析:
由圖可知,當(dāng)L取不同的值時,對應(yīng)的y(n)波形形狀相似,但是有所不同,產(chǎn)生這種差別的原因是L代表傅里葉變換區(qū)間長度,當(dāng)L取不同的值時,所對應(yīng)的函數(shù)波形也有所差別。
實驗心得體會:(1)計算離散序列的卷積,雖然本實驗的快速卷積方法看上去多次變換了變量的域,使過程變復(fù)雜了,但實際上減少了計算量,是一種快速而簡單的方法。(2)用subplot繪圖函數(shù)可將圖形窗口分成若干等份,便于將多個圖像進行分組或者比較。
改進想法:
當(dāng)L取不同的值時,matlab自動生成的圖像的橫縱坐標(biāo)范圍不同,不便于相互比較,因此可以自己規(guī)定坐標(biāo)軸范圍,這樣可以更加直觀地看出各波形間的差別。
第三篇:信號與系統(tǒng)仿真實驗報告
信號與系統(tǒng)
仿真
實 驗 報 告
班級: 學(xué)號: 姓名: 學(xué)院:
實驗一
一、實驗者姓名:
二、實驗時間:
三、實驗地點:
四、實驗題目:
5(s2?5s?6)求三階系統(tǒng)H(s)?3的單位階躍響應(yīng),并繪制響應(yīng)波形圖。
s?6s2?10s?8
五、解題分析:要知道求單位階躍響應(yīng)需知道所用函數(shù),以及產(chǎn)生波形圖所需要用到的函數(shù)。
六、試驗程序:
num=[5 25 30];den=[1 6 10 8];step(num,den,10);title(‘Step response’)
七、實驗結(jié)果:
實驗所得波形圖如下:
Step response4.543.53Amplitude2.521.510.50012345Time(sec)678910
八、實驗心得體會:通過本次試驗了解學(xué)會了一些新的函數(shù)的應(yīng)用。了解到了N階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的計算方法,和系統(tǒng)的響應(yīng)波形圖的函數(shù)應(yīng)用和繪制方法。為后面的實驗打下基礎(chǔ),并對信號仿真和《信號與系統(tǒng)》這門課程之間的聯(lián)系有所增加,對《信號與系統(tǒng)》這門課里的問題也有了更加深入地了解。
九、實驗改進想法:無。
實驗二
一、實驗者姓名:
二、實驗時間:
三、實驗地點:
四、實驗題目:
一個因果線性移不變系統(tǒng)y(n)?0.81y(n?2)?x(n)?x(n?2),求:(1)H(z);(2)沖激響應(yīng)h(n);(3)單位階躍響應(yīng)u(n);(4)H(ej?),并繪出幅頻和相頻特性。
五、解題分析:離散卷積是數(shù)字信號處理中的一個基本運算,MTLAB提供的計算兩個離散序列卷積的函數(shù)是conv,其調(diào)用方式為 y=conv(x,h)。其中調(diào)用參數(shù)x,h為卷積運算所需的兩個序列,返回值y是卷積結(jié)果。
MATLAB函數(shù)conv的返回值y中只有卷積的結(jié)果,沒有y的取值范圍。由離散序列卷積的性質(zhì)可知,當(dāng)序列x和h的起始點都為k=0時,y的取值范圍為k=0至length(x)+length(h)-2。
許多離散LTI都可用如下的線性常系數(shù)的差分方程描述
?ay[k?n]??bx[k?n]
nnn?0n?0NN其中x[k]、y[k]分別系統(tǒng)的輸入和輸出。在已知差分方程的N個初始狀態(tài)y[k],和輸入x[k],就可由下式迭代計算出系統(tǒng)的輸出
y[k]???(an/a0)y[k?n]??(bn/b0)x[k?n]
n?1n?0NM利用MATLAB提供的filter函數(shù),可方便地計算出上述差分方程的零狀態(tài)響應(yīng)。filter函數(shù)調(diào)用形式為 y=filter(b,a,x)。其中 a?[a0,a1,...,aN],b?[b0,b1,...,bM],分別表示差分方程系數(shù)。X表示輸入序列,y表示輸出序列。輸出序列的長度和序列相同。
當(dāng)序列的DTFT可寫成ej?的有理多項式時,可用MATLAB信號處理工具箱提供的freqz函數(shù)計算DTFT的抽樣值。另外,可用MATLAB提供的abs、angle、real、imag等基本函數(shù)計算 DTFT的幅度、相位、實部、虛部。若X(ej?)可表示為
b0?b1e?j??...bMe?j?MB(ej?)X(e)??j??j??j?NA(e)a0?a1e?...?aNe則freqz的調(diào)用形式為 X=freqz(b,a,w),其中的b和 a分別是表示前一個
j?式子中分子多項式和分母多項式系數(shù)的向量,即a?[a0,a1,...,aN],w為抽樣的頻率點,向量w的長度至少為2。返回值X就是DTFTb?[b0,b1,...,bM]。在抽樣點w上的值。注意一般情況下,函數(shù)freqz的返回值X是復(fù)數(shù)。
六、實驗程序:
clc;clear;close;b=[1 0-1];a=[1 0-0.81];figure(1);subplot(2,1,1);dimpulse(b,a,20)subplot(2,1,2);dstep(b,a,50)w=[0:1:512]*pi/512;figure(2);freqz(b,a,w)
七、實驗結(jié)果:
沖擊響應(yīng)圖及階躍響應(yīng)圖:
Impulse Response1Amplitude0.50-0.50246810Time(sec)Step Response12141618201Amplitude0.500510152025Time(sec)3035404550 100Magnitude(dB)0-100-200-30000.10.20.30.40.50.60.70.8Normalized Frequency(?? rad/sample)0.91100Phase(degrees)500-50-10000.10.20.30.40.50.60.70.8Normalized Frequency(?? rad/sample)0.91
八、實驗心得體會:通過實驗我們知道了使用Matlab來繪出出一個線性移不變系統(tǒng)的幅頻和相頻曲線。并知道了在《信號與系統(tǒng)》中得一些差分方程和各種響應(yīng),譬如零輸入相應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)、全響應(yīng)、自由響應(yīng)、強迫響應(yīng)、沖擊響應(yīng)、單位階躍響應(yīng)等等各種響應(yīng)在Matlab中的函數(shù)表達(dá)方式和他們的求法,以及系統(tǒng)的幅頻和相頻曲線的繪制都有了一定深刻的認(rèn)識。
九、實驗改進想法:無。
實驗三
一、實驗者姓名:
二、實驗時間:
三、實驗地點:
四、實驗題目:
模擬信號x(t)?2sin(4?t)?5cos(8?t),求N?64的DFT的幅值譜和相位譜。
五、解題分析:在MATLAB信號處理工具箱中,MATLAB提供了4個內(nèi)部函數(shù)用于計算DFT和IDFT,它們分別是:fft(x),fft(x,N),ifft(X),ifft(X,N)。
fft(x)計算M點的DFT。M是序列x的長度,即M=length(x)。
fft(x,N)計算N點的DFT。若M>N,則將原序列截短為N點序列,再計算其N點DFT;若M ifft(X)計算M點的IDFT。M是序列X的長度。 ifft(X,N)計算N點IDFT。若M>N,則將原序列截短為N點序列,再計算其N點IDFT;若M 六、實驗程序: clc;clear;close;N=64;n=0:63;t=d*n;q=n*2*pi/N;x=2*sin(4*pi*t)+5*cos(8*pi*t);y=fft(x,N);subplot(3,1,1);plot(t,x);title(‘source signal’);subplot(3,1,2);plot(q,abs(y));title(‘magnitude’);subplot(3,1,3);plot(q,angle(y));title(‘phase’); 七、實驗結(jié)果: ***0100806040200|F(k)|05101520Frequency253035 ***0100806040200|F(k)|05101520Frequency253035 4321|jW|0-1-2-3-405101520Frequency253035Step Response400020000-2000 Amplitude-4000-6000-8000-10000-12000-1400001234n(samples)5678 八、實驗心得體會:通過本次試驗我知道了求取模擬信號在N等于一定值時的的DFT的幅值譜和相位譜的求法。通過本次實驗,對幅值譜和相位譜有了更深的了解,并與課程《信號與系統(tǒng)》里的一些相關(guān)知識連接到了一起,使得學(xué)到的只是更加深刻、有意義。 九、實驗改進想法:無。 實驗四 一、實驗者姓名: 二、實驗時間: 三、實驗地點: 四、實驗題目: 將信號x(t)?sin(240?t)做離散序列,比較原序列與經(jīng)過FFT和IFFT變換后的序列,并做出說明。 五、解題分析:此題需要對信號做離散序列,還要做FFT和IFFT變換,然后得到圖像進行比較。連續(xù)時間函數(shù)與離散時間函數(shù)在編程中的區(qū)別主要體現(xiàn)在如下兩個方面:第一,自變量的取值范圍不同,離散時間函數(shù)的自變量是整數(shù),而連續(xù)時間函數(shù)的自變量為一定范圍內(nèi)的實數(shù);第二,繪圖所用的函數(shù)不同,連續(xù)函數(shù)圖形的繪制不止一個。本實驗中要求繪制離散時間信號圖,可以應(yīng)用MATLAB中的函數(shù)來實現(xiàn)。用MATLAB表示一離散序列,可用兩個向量來表示。其中一個向量表示自變量的取值范圍,另一個向量表示序列的值。之后畫出序列波形。當(dāng)序列是從0開始時,可以只用一個向量x來表示序列。由于計算機內(nèi)寸的限制,MATLAB無法表示一個無窮長的序列。對于典型的離散時間信號,可用邏輯表達(dá)式來實現(xiàn)不同自變量時的取值。 六、實驗程序: t=0:1/255:1;x=sin(2*pi*120*t);y=real(ifft(fft(x)));subplot(2,1,1);plot(t,x);title(‘原波形’);subplot(2,1,2);plot(t,y); 七、實驗結(jié)果: 原波形10.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.91恢復(fù)的波形10.50-0.5-100.10.20.30.40.50.60.70.80.91 八、實驗心得體會:通過對做信號的離散序列以及經(jīng)FFT和IFFT的變換,了解了相關(guān)特性。通過計算機做出的信號波形圖,我們能夠很直白的看出原波形和經(jīng)過變換后的波形的差別。 九、實驗改進想法:無。 實驗五 一、實驗者姓名: 二、實驗時間: 三、實驗地點: 四、實驗題目: 2s,激勵信號22(s?1)?100x(t)?(1?cot)s?co1s0(t)0,求(1)帶通濾波器的頻率響應(yīng);(2)輸出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)并繪制圖形。已知帶通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為H(s)? 五、解題分析:需要知道求頻率響應(yīng)的方法,并繪制圖形。 六、實驗程序: clear;t=linspace(0,2*pi,1001);w=[99,100,101];U=[0.5,1,0.5];b=[2,0];a=[1,2,10001];u1=U*cos(w’*t+angle(U’)*ones(1,1001));H=polyval(b,j*w)./polyval(a,j*w);H=freqs(b,a,w);subplot(2,1,1),plot(w,abs(H)),grid;subplot(2,1,2),plot(w,angle(H)),grid;u21=abs(U(1)*H(1))*cos(99*t+angle(U(1)*H(1)));u22=abs(U(2)*H(2))*cos(100*t+angle(U(2)*H(2)));u23=abs(U(3)*H(3))*cos(101*t+angle(U(3)*H(3)));u2=u21+u22+23;figure(2);subplot(2,1,1),plot(t,u1);subplot(2,1,2),plot(t,u2); 七、實驗結(jié)果: 10.90.80.79910.50-0.5-19999.299.499.699.8100100.2100.4100.6100.810199.299.499.699.8100100.2100.4100.6100.8101 210-1-***222101234567 八、實驗心得體會:通過本次試驗,了解了頻率響應(yīng)求法,加深了對輸出穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的印象。 九、實驗改進想法:無。 長江大學(xué)電工電子實驗中心實驗報告 野外獲得的重力數(shù)據(jù)要作進一步處理和解釋才能解決所提出的地質(zhì)任務(wù)﹐主要分3個階段﹕野外觀測數(shù)據(jù)的處理﹐并繪制各種重力異常圖﹔重力異常的分解(應(yīng)用平均法﹑場的變換﹑頻率濾波等方法)﹐即從疊加的異常中分出那些用來解決具體地質(zhì)問題的異常﹔確定異常體的性質(zhì)﹑形狀﹑產(chǎn)狀及其他特征參數(shù)。解釋 解釋分為定性的和定量的兩個內(nèi)容﹐定性解釋是根據(jù)重力圖并與地質(zhì)資料對比﹐初步查明重力異常性質(zhì)和獲得有關(guān)異常源的信息。除某些構(gòu)造外﹐對一般地質(zhì)體重力異常的解釋可遵循以下的一些原則﹕極大的正異常說明與圍巖比較存在剩馀質(zhì)量﹔反之﹐極小異常是由質(zhì)量虧損引起的??拷|(zhì)量重心﹐在地表投影處將觀測到最大異常。最大的水平梯度異常相應(yīng)于激發(fā)體的邊界。延伸異常相應(yīng)于延伸的異常體﹐而等軸異常相應(yīng)于等軸物體在地表的投影。對稱異常曲線說明質(zhì)量相對于通過極值點的垂直平面是對稱分布的﹔反之﹐非對稱曲線是由于質(zhì)量非對稱分布引起的。在平面上出現(xiàn)幾個極值的復(fù)雜異常輪廓﹐表明存在幾個非常接近的激發(fā)體。定量解釋是根據(jù)異常場求激發(fā)體的產(chǎn)狀要素建立重力模型。一種常用的反演方法是選擇法﹐即選擇重力模型使計算的重力異常與觀測重力異常間的偏差小于要求的誤差。 由于重力反演存在多解性﹐因此﹐必須依靠研究地區(qū)的地質(zhì)﹑鉆井﹑巖石密度和其他物探資料來減少反演的多解性。應(yīng)用運用領(lǐng)域 在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查﹑礦產(chǎn)普查和勘探的各個階段都可應(yīng)用重力勘探﹐要根據(jù)具體的地質(zhì)任務(wù)設(shè)計相應(yīng)的野外工作方法。應(yīng)用條件 應(yīng)用重力勘探的條件是﹕被探測的地質(zhì)體與圍巖的密度存在一定的差別﹔被探測的地質(zhì)體有足夠大的體積和有利的埋藏條件﹔干擾水平低。意義 重力勘探解決以下任務(wù)﹕ 1、研究地殼深部構(gòu)造﹔研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造﹐劃分成礦遠(yuǎn)景區(qū)﹔ 2、掩蓋區(qū)的地質(zhì)填圖﹐包括圈定斷裂﹑斷塊構(gòu)造﹑侵入體等﹔ 3、廣泛用于普查與勘探可燃性礦床(石油﹑天然氣﹑煤)﹐ 4、查明區(qū)域構(gòu)造﹐確定基底起伏﹐發(fā)現(xiàn)鹽丘﹑背斜等局部構(gòu)造﹔ 5、普查與勘探金屬礦床(鐵﹑鉻﹑銅﹑多金屬及其他)﹐主要用于查明與成礦有關(guān)的構(gòu)造和巖體﹐進行間接找礦﹔ 6、也常用于尋找大的﹑近地表的高密度礦體﹐并計算礦體的儲量﹔工程地質(zhì)調(diào)查﹐如探測巖溶﹐追索斷裂破碎帶等。 信號與系統(tǒng)實驗 實驗一常用信號的觀察 方波: 正弦波: 三角波: 在觀測中,虛擬示波器完全充當(dāng)實際示波器的作用,在工作臺上連接AD1為示波器的輸入,輸入方波、正弦波、三角波信號時,可在電腦上利用軟件觀測到相應(yīng)的波形,其縱軸為幅值可通過設(shè)置實現(xiàn)幅值自動調(diào)節(jié)以觀測到最佳大小的波形,其橫軸為時間,宜可通過設(shè)置實現(xiàn)時間自動調(diào)節(jié)以觀測到最佳寬度的波形。實驗四非正弦周期信號的分解與合成 方波DC信號: DC信號幾乎沒有,與理論相符合,原信號沒有添加偏移。 方波基波信號: 基波信號為與原方波50Hz信號相對應(yīng)的頻率為50Hz的正弦波信號,是方波分解的一次諧波信號。 方波二次諧波信號: 二次諧波信號頻率為100Hz為原方波信號頻率的兩倍,幅值較一次諧波較為減少。 方波三次諧波信號: 三次諧波信號頻率為150Hz為原方波信號的三倍。幅值較一二次諧波大為減少。 方波四次諧波信號: 四次諧波信號的頻率為200Hz為原方波信號的四倍。幅值較三次諧波再次減小。 方波五次諧波信號: 五次諧波頻率為250Hz為原方波信號的五倍。幅值減少到0.3以內(nèi),幾乎可以忽略。 綜上可知:50Hz方波可以分解為DC信號、基波信號、二次、三次、四次、五次諧波信號…,無偏移時即無DC信號,DC信號幅值為0。分解出來的基波信號即一次諧波信號頻率與原方波信號頻率相同,幅值接近方波信號的幅值。二次諧波、三次諧波、四次諧波、五次諧波依次頻率分別為原方波信號的二、三、四、五倍,且幅值依次衰減,直至五次諧波信號時幾乎可以忽略??芍?,方波信號可分解為多個諧波。方波基波加三次諧波信號: 基波疊加上三次諧波信號時,幅值與方波信號接近,形狀還有一定差異,但已基本可以看出疊加后逼近了方波信號。 方波基波加三次諧波信號加五次諧波信號: 基波信號、三次諧波信號、五次諧波信號疊加以后,比基波信號、三次諧波信號疊加后的波形更加接近方波信號。 綜上所述:方波分解出來的各次諧波以及DC信號,疊加起來以后會逼近方波信號,且疊加的信號越多,越是接近方波信號。說明,方波信號可有多個諧波合成。 三角波DC信號: 三角波基波信號: 三角波二次諧波信號: 三角波三次諧波信號: 三角波四次諧波信號: 三角波五次諧波信號: 三角波基波加三次諧波信號: 三角波基波加三次諧波加五次諧波信號: 三角波信號的分析與方波信號的分析基本一致,可以看出三角波也可以分解為多個諧波,并且相應(yīng)的多個多次諧波可以合成三角波信號,且參與合成的波形越多,合成波越是逼近三角波信號。 綜合兩個波形來看,可知任何周期性函數(shù)均可分解為相應(yīng)的傅里葉展開式里所包含的直流分量和各次諧波項。且任何周期性函數(shù)均可由鎖對應(yīng)的直流分量和各次諧波項所合成,參與合成的信號越多,結(jié)果越逼近周期性函數(shù)的圖形。 實驗思考題 1.什么樣的周期性函數(shù)沒有直流分量和余弦項; 答:無偏移的周期性函數(shù)沒有直流分量,當(dāng)周期性函數(shù)為奇函數(shù)時沒有直流分量和余弦項。 2.分析理論合成的波形與實驗觀測到的合成波形之間誤差產(chǎn)生的原因。 答:理論合成的波形不能把所有無限個諧波合成起來,故必然產(chǎn)生誤差,且實驗設(shè)備、實驗方法也存在一定的誤差。 實驗二 零輸入、零狀態(tài)級完全響應(yīng) 零輸入響應(yīng)下降沿采樣: 零輸入響應(yīng)上升沿采樣: 可見,零輸入響應(yīng)按照指數(shù)形式下降,最終降為零。其規(guī)律符合-1tU(t)=RCc2e。第四篇:信號與系統(tǒng)實驗報告1
第五篇:信號與系統(tǒng)實驗報告總結(jié)