信号与系统实验.docx
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信号与系统实验
西京学院实验报告
实验课程：
信号与系统院系（部）：
机电系专业班级：
自动化1002班
学号：
1009101010姓名：
焦建强指导教师：
权宏伟
实验日期：
2013.5.14成绩：
一、实验名称：
信号的认识
二、实验目的：
1．学会典型信号的Matlab编程；
2．掌握相关Matlab语句的作用；
3．进一步掌握典型信号的基本特征。
三、实验仪器设备：
1．PC机；
2．Matlab7.0软件。
四、实验原理及步骤：
1．打开电脑，在屏幕上找到Matlab图标。
点击该图标，出现CommandWindow；
2．在快捷栏中点击白纸状图标，出现编程对话框；
3．开始在编程对话框中编程。
五、实验内容：
1．单位阶跃信号的Matlab实现
（1）Matlab程序
clear;T=0.01;t=-2:
T:
6;f=stepfun（t,0）;plot（t,f）;
axis（[-1,6,-0.2,1.2]）;line（[-2,6],[0,0]）;line（[0,0],[-0.2,1.2]）;
title（'单位阶跃信号'）;xlabel（'时间t'）;ylabel（'幅值f'）;
（2）图形
2．余弦信号
的Matlab实现
（1）Matlab程序
clear;
t0=0;tn=5;dt=0.001;
t=t0:
dt:
tn;
y=cos（20*t）;
plot（t,y）
（2）图形
3．指数信号
的Matlab实现
（1）Matlab程序
clear;
t0=0;tn=5;dt=0.001;
t=t0:
dt:
tn;
y=exp（-2*t）;
plot（t,y）
（2）图形
4．指数调制正弦信号
的Matlab实现
（1）Matlab程序
clear;
t0=0;tn=5;dt=0.001;
t=t0:
dt:
tn;
y=exp（-2*t）.*sin（20*t）;
plot（t,y）
（2）图形
5．钟形脉冲信号的Matlab实现
（1）Matlab程序
clear;
t0=-6;tn=6;dt=0.001;a=2;
t=t0:
dt:
tn;
y=exp（-（t/a）.^2）;
plot（t,y）
（2）图形
西京学院实验报告
实验课程：
信号与系统院系（部）：
机电系专业班级：
自动化1002班
学号：
1009101010姓名：
焦建强指导教师：
权宏伟
实验日期：
2013.5.16成绩：
一、实验名称：
信号的运算
（一）
二、实验目的：
1．学会基本的信号运算的Matlab编程；
2．掌握相关Matlab函数的调用方法；
3．掌握典型信号奇偶分解的Matlab表示。
三、实验仪器设备：
1．PC机；
2．Matlab7.0软件。
四、实验原理及步骤：
1．打开电脑，在屏幕上找到Matlab图标。
点击该图标，出现CommandWindow；
2．在快捷栏中点击白纸状图标，出现编程对话框；
3．开始在编程对话框中编程。
五、实验内容：
1．信号的相加
（1）Matlab程序
Clear；T=0.01;t=0:
T:
10;t1=0:
0.01:
10;
f1=stepfun（t,0）-stepfun（t,4）;f2=cos（2*pi*t1）;y=f1+f2;subplot（311）;
plot（t,f1）;axis（[-0.2,10,-0.1,1.1]）;ylabel（'信号1'）;title（'信号相加'）;
subplot（312）;plot（t,f2）;ylabel（'信号2'）；subplot（313）;plot（t,y）;
line（[-2.2,10],[0,0]）;line（[0,0],[-1.2,2.1]）;axis（[-0.2,10,-1.2,2.1]）;
xlabel（'时间t'）;ylabel（'信号1＋信号2'）;
（2）图形
2．
（1）Matlab程序
clearall;
t=0:
0.01:
36;
x1=square（t,10）;
x2=square（t,60）;
x3=square（t,90）;
subplot（3,1,1）;
plot（t,x1）;
axis（[020-33]）
subplot（3,1,2）;
plot（t,x2）;
axis（[020-33]）
subplot（3,1,3）;
plot（t,x3）;
axis（[020-33]）
xlabel（'时间t'）;ylabel（'信号1＋信号2'）;
（2）图形
3．
（1）Matlab程序
clearall;
t=0:
0.01:
36;
x1=square（t,10）;
x2=square（t,60）;
x3=square（t,90）;
subplot（1,3,1）;
plot（t,x1）;
axis（[020-33]）
subplot（1,3,2）;
plot（t,x2）;
axis（[020-33]）
subplot（1,3,3）;
plot（t,x3）;
axis（[020-33]）
xlabel（'时间t'）;ylabel（'信号1＋信号2'）；
（2）图形
4．
（1）Matlab程序
clearall;
w=0.5;
t1=0:
0.0001:
1;
t=10*pi*t1;
y=sawtooth（t）;
y1=sawtooth（t,w）;
subplot（2,1,1）
plot（t,y）
xlabel（'锯齿波'）;
subplot（2,1,2）
plot（t,y1）
xlabel（'三角波'）
xlabel（'时间t'）;ylabel（'信号1＋信号2'）；
（2）图形
西京学院实验报告
实验课程：
信号与系统院系（部）：
机电系专业班级：
自动化1002班
学号：
1009101010姓名：
焦建强指导教师：
权宏伟
实验日期：
2013.5.21成绩：
一、实验名称：
信号的运算
（二）
二、实验目的：
1．理解周期信号的傅立叶展开式的物理意义；
2．掌握周期信号的傅立叶级数的Matlab编程。
三、实验仪器设备：
1．PC机；
2．Matlab7.0软件。
四、实验原理及步骤：
1．打开电脑，在屏幕上找到Matlab图标。
点击该图标，出现CommandWindow；
2．在快捷栏中点击白纸状图标，出现编程对话框；
3．开始在编程对话框中编程。
五、实验内容：
1．方波信号的分解与合成
方波信号波形如下图所示。
（1）分析
首先根据波形特征，判断波形的对称性。
因为方波
同时满足：
，
（1）
所以，
属于奇半波对称和奇对称，其傅里叶级数只含有奇次正弦项，只需计算
，且
为奇数。
根据教材P115式（4-74），有
，
（2）
从而，所求方波
的傅里叶级数为
。
（3）
（2）Matlab程序
clear;A=1;T=4;w=（2*pi）/T;％A：
方波幅度；T：
方波周期；w：
基波频率；
t0=0;tn=10;dt=0.001;t=t0:
dt:
tn;
f=square（（pi/2）*t,50）;
subplot（3,2,1）;plot（t,f）;axis（[0,10,-2,2]）;xlabel（'方波'）;
f1=（4/pi）.*sin（w.*t）;
f3=（4/pi）.*（sin（w.*t）+（1/3）*sin（3.*w.*t））;
f5=（4/pi）.*（sin（w.*t）+（1/3）*sin（3.*w.*t）+（1/5）*sin（5.*w.*t））;
f7=（4/pi）.*（sin（w.*t）+（1/3）*sin（3.*w.*t）+（1/5）*sin（5.*w.*t）+（1/7）*sin（7.*w.*t））;
f9=（4/pi）.*（sin（w.*t）+（1/3）*sin（3.*w.*t）+（1/5）*sin（5.*w.*t）+（1/7）*sin（7.*w.*t）+（1/9）*sin（9.*w.*t））;
subplot（3,2,2）;plot（t,f1）;xlabel（'基波'）;
subplot（3,2,3）;plot（t,f3）;xlabel（'基波＋3次谐波'）;
subplot（3,2,4）;plot（t,f5）;xlabel（'基波＋3＋5次谐波'）;
subplot（3,2,5）;plot（t,f7）;xlabel（'基波＋3＋5＋7次谐波'）;
subplot（3,2,6）;plot（t,f9）;xlabel（'基波＋3＋5＋7＋9次谐波'）;
（2）图形
2．三角波信号的分解与合成
三角波信号波形如下图所示。
（1）分析
首先根据波形特征，判断波形的对称性。
因为三角波
满足：
，
（1）
所以，
属于奇半波对称和偶对称，其傅里叶级数只含有奇次余弦项，只需计算
，且
为偶数。
根据教材P115式（4-73），有
，
（2）
从而，所求方波
的傅里叶级数为
。
（3）
（2）Matlab程序
clear;A=1;T=4;w=（2*pi）/T;％A：
三角波幅度；T：
三角波周期；w：
基波频率；
t0=0;tn=10;dt=0.001;t=t0:
dt:
tn;
f=-sawtooth（（pi/2）*t,0.5）;
subplot（3,2,1）;plot（t,f）;xlabel（'三角波'）;
E=8*A/pi^2;
f1=E.*cos（w.*t）;
f3=f1+（E/3^2）.*cos（3*w.*t）;
f5=f3+（E/5^2）.*cos（5*w.*t）;
f7=f5+（E/7^2）.*cos（7*w.*t）;
f9=f7+（E/9^2）.*cos（9*w.*t）;
subplot（3,2,2）;plot（t,f1）;xlabel（'基波'）;
subplot（3,2,3）;plot（t,f3）;xlabel（'基波＋3次谐波'）;
subplot（3,2,4）;plot（t,f5）;xlabel（'基波＋3＋5次谐波'）;
subplot（3,2,5）;plot（t,f7）;xlabel（'基波＋3＋5＋7次谐波'）;
subplot（3,2,6）;plot（t,f9）;xlabel（'基波＋3＋5＋7＋9次谐波'）;
（3）图形
3．上述三角波信号在通过某一系统时，若三次谐波被滤除，请给出系统输出后的信号？
大致是怎样的？
给出其输出的波形。
（1）Matlab程序
clear;A=1;T=4;w=（2*pi）/T;%A：
三角波幅度；T：
三角波周期；w：
基波频率；
t0=0;tn=10;dt=0.001;t=t0:
dt:
tn;
f=-sawtooth（（pi/2）*t,0.5）;
subplot（3,2,1）;plot（t,f）;xlabel（'三角波'）;
E=8*A/pi^2;
f1=E.*cos（w.*t）;
f3=f1+0;
f5=f3+（E/5^2）.*cos（5*w.*t）;
f7=f5+（E/7^2）.*cos（7*w.*t）;
f9=f7+（E/9^2）.*cos（9*w.*t）;
subplot（3,2,2）;plot（t,f1）;xlabel（'基波'）;
subplot（3,2,3）;plot（t,f3）;xlabel（'基波＋3次谐波'）;
subplot（3,2,4）;plot（t,f5）;xlabel（'基波＋3＋5次谐波'）;
subplot（3,2,5）;plot（t,f7）;xlabel（'基波＋3＋5＋7次谐波'）;
subplot（3,2,6）;plot（t,f9）;xlabel（'基波＋3＋5＋7＋9次谐波'）;
（2）图形
4．上述三角波信号通过一个能阻止一次谐波通过的高通滤波器，则输出的信号是怎样的？
使用Matlab编写程序，并绘出波形。
（1）Matlab程序
clear;A=1;T=4;w=（2*pi）/T;%A：
三角波幅度；T：
三角波周期；w：
基波频率；
t0=0;tn=10;dt=0.001;t=t0:
dt:
tn;
f=-sawtooth（（pi/2）*t,0.5）;
subplot（3,2,1）;plot（t,f）;xlabel（'三角波'）;
E=8*A/pi^2;
f1=0;
f3=f1+（E/3^2）.*cos（3*w.*t）;
f5=f3+（E/5^2）.*cos（5*w.*t）;
f7=f5+（E/7^2）.*cos（7*w.*t）;
f9=f7+（E/9^2）.*cos（9*w.*t）;
subplot（3,2,2）;plot（t,f1）;xlabel（'基波'）;
subplot（3,2,3）;plot（t,f3）;xlabel（'基波＋3次谐波'）;
subplot（3,2,4）;plot（t,f5）;xlabel（'基波＋3＋5次谐波'）;
subplot（3,2,5）;plot（t,f7）;xlabel（'基波＋3＋5＋7次谐波'）;
subplot（3,2,6）;plot（t,f9）;xlabel（'基波＋3＋5＋7＋9次谐波'）;
（2）图形
西京学院实验报告
实验课程：
信号与系统院系（部）：
机电系专业班级：
自动化1002班
学号：
1009101010姓名：
焦建强指导教师：
权宏伟
实验日期：
2013.5.23成绩：
一、实验名称：
信号的时域分析
二、实验目的：
1．掌握Matlab程序求解连续时间系统冲激响应的方法；
2．掌握Matlab程序求解连续时间系统阶跃响应的方法；
3．掌握Matlab程序求解连续时间系统零状态响应的方法；
4．掌握Matlab程序求解连续时间系统全响应的方法。
三、实验仪器设备：
1．PC机；
2．Matlab7.0软件。
四、实验原理及步骤：
1．打开电脑，在屏幕上找到Matlab图标。
点击该图标，出现CommandWindow；
2．在快捷栏中点击白纸状图标，出现编程对话框；
3．开始在编程对话框中编程。
五、实验内容：
1．系统单位冲激响应的Matlab求解
系统的微分方程描述如下：
，
求系统的单位冲激响应。
（1）分析
由系统的微分方程得到系统的传递函数
，从而系统的单位冲激响应
。
（2）Matlab程序
clear;
num=[010];den=[156];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.1:
10;
y=impulse（sys,t）;
plot（t,y）;
axis（[-0.2,4,-0.2,1.1]）;
line（[-0.2,4],[0,0]）;line（[0,0],[-0.2,1.1]）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'单位冲激响应'）;
（3）图形
2．系统单位阶跃响应的Matlab求解
系统的微分方程描述如下：
，
求系统的单位冲激响应。
（1）分析
由系统的微分方程得到系统的传递函数
。
（2）Matlab程序
clear;
num=[0010];den=[1221];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.1:
20;
y=step（sys,t）;
plot（t,y,'r'）;
axis（[-0.5,20,-0.1,0.45]）;
line（[-0.5,20],[0,0]）;line（[0,0],[-0.12,0.45]）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'单位阶跃响应'）;
（3）图形
3．系统零状态响应的Matlab求解
系统的微分方程描述如下：
，
求系统在激励
下的零状态响应。
（1）分析
由系统的微分方程得到系统的传递函数
。
（2）Matlab程序
clear;
num=[001];den=[101];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.1:
10;
f=cos（2*pi*t）;
y=lsim（sys,f,t）;
plot（t,y,'r'）;
line（[0,10],[0,0]）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'零状态响应'）;
（3）图形
4．综合求解系统单位冲激、单位阶跃及零状态响应
系统的微分方程描述如下：
，
求系统的单位冲激响应、单位阶跃响应及在激励
下的零状态响应。
（1）
（a）分析
由系统的微分方程得到系统的传递函数
（b）Matlab程序
clear;
num=[0121];den=[1452];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.1:
10;
y1=impulse（sys,t）;
y2=step（sys,t）;
f=exp（-2*pi*t）;
y3=lsim（sys,f,t）;
subplot（2,2,1）;plot（t,y1）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'单位冲激响应'）;
subplot（2,2,2）;plot（t,y2）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'单位阶跃响应'）;
subplot（2,2,3）;plot（t,y3）;
%line（[0,10],[0,0]）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'零状态响应'）;
（c）图形
（2）
（a）分析
由系统的微分方程得到系统的传递函数
（b）Matlab程序
clear;
num=[0121];den=[1452];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.1:
10;
y1=impulse（sys,t）;
y2=step（sys,t）;
f=exp（-2*pi*t）;
y3=lsim（sys,f,t）;
plot（t,y1,'-',t,y2,'--',t,y3,'*-'）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'单位冲激、单位阶跃及零状态响应'）;
（c）图形
5.系统的零极点图
（1）Matlab程序
clear;
num=[0121];den=[1452];
sys=tf（num,den）;
t=0:
0.1:
10;
y1=impulse（sys,t）;
y2=step（sys,t）;
f=exp（-2*pi*t）;
y3=lsim（sys,f,t）;
subplot（2,2,1）;plot（t,y1）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'单位冲激响应'）;
subplot（2,2,2）;plot（t,y2）;
xlabel（'时间'）;ylabel（'幅度'）;title（'单位阶跃响应'）;
subplot（2,2,3）;plot（t,y3）;xlabel（'时间'）;
ylabel（'幅度'）;title（'零状态响应'）;
subplot（2,2,4）;
%line（[0,10],[0,0]）;
pzmap（sys）;
（2）图形
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