系统时域频率特性分析.docx
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系统时域频率特性分析.docx
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系统时域频率特性分析
电气工程学院
课程设计说明书
设计题目:
系统时域、频率特性分析与验证
系别:
电气工程系
年级专业:
学号:
学生姓名:
指导教师:
教师职称:
讲师讲师
电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称:
数字信号处理课程设计
基层教学单位:
仪器科学与工程系指导教师:
学号
学生姓名
(专业)班级
仪表
(2)班
设计题目
系统时域、频率特性分析与验证
设
计
技
术
参
数
A=1B=-1.3C=0.9
D=1E=0F=0
设
计
要
求
设计一个信号处理系统(差分方程或系统函数形式),利用Matlab软件分析系统的单位脉冲响应,单位阶跃响应,幅频特性和相频特性,并与理论曲线进行比较。
参
考
资
料
【1】楼顺天、李博菡.基于matlab的系统分析与设计—信号处理【M】.西安:
西安电子科技大学出版社,1998.66-68
【2】张志涌,徐艳琴.matlab教程【M】.北京:
北京航空航天大学出版社,2001.1-6
【3】吴大正、杨林耀,张永瑞.信号与线性系统分析【M】(第三版).北京:
高等教育出版社,1998.32-34
周次
第一周
应
完
成
内
容
周一~周二、收集资料及方案论证
周三~周四、程序编写与调试
周五、设计说明书
指导教
师签字
基层教学单位主任签字
说明:
1、此表一式三份,系、学生各一份,报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
目录
1前言……………………………………………………1
2项目概况………………………………………………2
3正文……………………………………………………3
3.1设计的目的和意义………………………………….3
3.1.1设计目的…………………………………………..3
3.2设计的目标与总体方案…………………………….3
3.2.1设计目标…………………………………………..3
3.2.2设计的总体方案…………………………………..3
3.3设计方法及内容…………………………………….4
3.3.1单位脉冲响应,阶跃响应………………………...5
3.3.2绘制的幅频响应和相频响应图…………………...7
4心得体会……………………………………………….8
5附录……………………………………………………..11
6参考文献………………………………………………...13
前言
信号与系统课程设计是学习《信号与系统》课程的必要的教学环节。
由于该课程是专业基础课,需要通过实践巩固基础知识,为使学生取得最现代化的设计技能和研究方法,课程设计训练也就成为了一个重要教学环节。
通过一个模拟信号的一系列数据处理,达到进一步完善对信号与系统课程学习的效果。
《信号与处理》课程同时也是一门实用性较、涉及面较广的专业基础课,该课程是将学生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,对后续专业课起着承上启下的作用。
该课程的基本方法和理论大量应用于计算机信息处理的各个领域,特别是通信、数据语音处理、数字图像处理、数字信号分析等领域,应用更为广泛。
1
近年来,计算机多媒体教学手段的运用逐步普及,大量优秀的科学计算和系统仿真软件不断涌现,为我们实现计算机辅助教学和学生上机实验提供了很好的平台。
通过对这些软件的分析和对比,我们选择Matlab语言作为辅助教学工具,借助Matlab强大的计算能力和图形表现能力,将《数字与系统》中的概念、方法和相应的结果,以图形的形式直观地展现给我们,大大的方便我们迅速掌握和理解老师上课教的有关信号与系统的知识。
此次课程设计是在MatlabB软件下设计一个信号处理系统(差分方程或系统函数形式),利用Matlab软件分析系统的单位脉冲响应,单位阶跃响应,幅频特性和相频特性,并与理论曲线进行比较。
项目概况
2
我这次做的信号与系统课程设计的任务是在Matlab软件下对系统的时域和频域进行分析。
技术内容是;根据时域分析原理,利用Matlab软件求解其单位脉冲响应、阶跃响应。
要求绘制系统的幅频响应和相频响应图。
在做课程设计中首先是对Matlab软件的了解和认识,掌握一些Matlab软件的基本常用函数的用法,对Matlab软件进行程序操作。
这次课设增加了我对仿真软件Matlab的认识,熟悉Matlab软件平台的使用和Matlab软件编程方法及常用语句:
了解Matlab的编程方法和特点;掌握利用Matlab分析系统频域响应的方法。
对Matlab软件进行一定的了解和运用之后,开始做此次课程设计——系统时域、频率特性分析与验证,用Matlab软件对此次课设的系统的脉冲响应、阶跃响应进行绘图。
所做的课程设计完成以后撰写论文,说明自己的实习过程和实习心得等内容。
正文
3.1设计的目的和意义
3.1.1设计目的
通过本设计后,对系统的时域特性和频域特性有更深的了解,具有对信号的时域和频域的分析能力。
并能够利用Matlab软件分析系统的单位脉冲响应,单位阶跃响应,幅频特性和相频特性,并与理论曲线进行比较。
3.1.2设计意义
巩固已经学过的知识,加深随知识的理解和应用,加强学科间的横向联系,学会用Matlab对实际问题进行仿真,为学习后继专业课打下坚实的基础;在学习信号与系统课程的同时,也掌握了Matlab的应用,将课程的重点、难点通过Matlab形象、直观的仿真实现,从而加深对信号与系统基本原理、方法及应用的理解,以培养主动获得知识和独立解决问题的能力,同时也增强锻炼动手实践能力。
3.2设计的目标与总体方案
3.2.1设计目标
3
(1)熟悉Matlab软件平台;
(2)掌握Matlab编程方法、常用语句和可视化绘图技术;
(3)编程实现常用信号及其运算Matlab实现方法;
(4)运用Matlab数值求解系统的脉冲响应、阶跃响应,绘制系统的幅频响应和相频响应图。
3.3设计方法及内容
首先设计一个界面,界面功能为:
若一个二阶系统形式为Ay(k)+By(k-1)+Cy(k-2)=Df(k)+Ef(k)+Ff(k-2),则输入A、B、C、D、E、F的值,直接显示单位脉冲响应,阶跃响应的图像和系统的频幅响应曲线。
界面如下图所示:
图3-1操作界面
其所对应的源程序见《附录》。
4
3.3.1单位脉冲响应,阶跃响应
一个LTI系统,当其初始状态为零时,输入单位脉冲函数
所引起的响应称为单位脉冲响应,简称脉冲响应。
一个LTI系统,当其初始状态为零时,输入为单位阶跃函数
(t)所引起的响应称为单位阶跃响应,简称阶跃响应。
用step(a,b)和impulse(a,b)命令求系统的阶跃响应和脉冲响应,用freqz(b,a)命令求系统的频幅响应,并将其画出来。
程序为:
clear
clc
a=[A,B,C];b=[D,E,F];
[h1,t1]=impz(b,a);
subplot(121);stem(t1,h1);
title('冲击响应');xlabel('采样时间');ylabel('幅值');
[h2,t2]=stepz(b,a,80);
subplot(122);stem(t2,h2);
title('阶跃相应');xlabe('采样时间');ylabel('幅值');
5
在界面输入A、B、C、D、E、F的值为A=1B=-1.3C=0.9D=1E=0F=0
其所对应的脉冲响应曲线和阶跃响应曲线如下图所示:
图3-2脉冲响应曲线
6
图3-3阶跃响应曲线
3.3.2绘制系统的频幅响应和相频响应图
用frepz函数求频率响应并将其画出来。
冲击响应h(t)反应了系统的时域特性,而频率响应H(jw)反应了系统的频域特性二者的关系为:
h(t)→H(jw)
通常频率响应函数(系统函数)可以定义为系统响应的傅里叶变换Y(jw)与激励的傅里叶变换F(jw)之比,即:
H(jw)=Y(jw)/F(jw)
它是频率的复函数,可写为:
H(jw)=
其中
是角频率为
的输出与输入信号幅度之比,称为频幅特性;
是输出与输入信号的相位差,称为相频特性。
由于H(jw)是函数h(t)的傅里叶变换,根据奇偶性可知
是
的偶函数,
是
的奇函数。
源程序为:
Clearall;
a=[A,B,C];b=[D,E,F];
freqz(b,a);
7
在界面输入A、B、C、D、E、F的值为A=1B=-1.3C=0.9D=1E=0F=0.
其所对应的频幅响应曲线如下图所示:
图3-4频幅响应曲线
心得体会
8
通过这次的课程设计,我受益匪浅,不仅对信号这门课程有更深入的掌握,还学到其他方面的知识,同时也摆脱枯燥的理论学习,
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从中体会到这门课程的乐趣。
在准备课程设计的过程中,遇到许多的困难,但从不感到灰心,因为在做的过程中,同学们都是在一起相互讨论,遇到困难就找同法学,在这种集体的学习氛围下,之感受到学习带来的快乐。
通过此次的设计,体会到只有通过实践,才知道他魅力所在,才能更加深入的掌握,同时也在培养自己独立思考和解决问题的能力,也增强锻炼动手、实践能力。
通过这段时间的课程设计,同时也使我懂得了理论与实际结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正提高自己对理论知识的熟练掌握和运用。
在设计的过程中也遇到了很多问题。
才发现原来自己有如此多的不足之处,对以前学过的知识理解的不够深刻,也掌握的不过牢固。
在做课程设计的过程中,对书本上的理论知识有了进一步的理解,对于一些似懂非懂的部分,通过再一次看书,编写程序,调试结果,并对结果进行分析,也理解了。
但是,感觉自己对于理论的实际运用还是比较欠缺。
同时知道了学习知识的方法,学习理论不是一味的看书,理论应该建立在实践的基础上,通过编写程序去实现某个功能,对相应知识有了更进一步的了解,有助于理论的学习。
9
通过做这次课程设计,对MATLAB有了初步了解,知道了MATLAB的一些用途,老师在课堂是也讲了一些简单的MATLAB的用法,但是在做设计的过程中才知道那些远远不过,所以又花了很多时间去找那些函数怎么用,怎么画图啊等等,在理论中求频率影响应计算很麻烦,但是用MATLAB只需一个简单的函数就可以实现,但有许多细节如一些语句等,由于时间关系还是不太明白,需要今后加以学习。
在做课程设计过程中,发现什么事不能等别人,自己需要尽自己的努力去做,又不明白的地方要及时去问,还有学会利用身边各种资源比如图书馆,网络等,什么事情没有亲自去做,不要妄下结论,不要认为自己不行,只有做了才知道其实一些事只要自己认真做了事可以办的。
同时课程设计培养了我独自处理问题的能力以及做事的态度。
俗话说:
态度决定一切。
只有有端正的态度,才能尽心的去做。
才有可能成功。
这次课程设计终于顺利完成,在设计中遇到的运行和调试问题,最后在老师的耐心指导下,终于迎刃而解。
在以后的学习过程中我要不断学习,不断丰富自己的知识。
这次课程设计的顺利完成,让我明白我自己的不足。
在以后的学习过程中我会更加的努力,不断丰富自己的知识。
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附录
functionvarargout=MYfrist(varargin)
gui_Singleton=1;
gui_State=struct('gui_Name',mfilename,...
'gui_Singleton',gui_Singleton,...
'gui_OpeningFcn',@MYfrist_OpeningFcn,...
'gui_OutputFcn',@MYfrist_OutputFcn,...
'gui_LayoutFcn',[],...
'gui_Callback',[]);
ifnargin&&ischar(varargin{1})
gui_State.gui_Callback=str2func(varargin{1});
end
ifnargout
[varargout{1:
nargout}]=gui_mainfcn(gui_State,varargin{:
});
else
gui_mainfcn(gui_State,varargin{:
});
end
functionMYfrist_OpeningFcn(hObject,eventdata,handles,varargin)
handles.output=hObject;
guidata(hObject,handles);
functionvarargout=MYfrist_OutputFcn(hObject,eventdata,handles)
varargout{1}=handles.output;
functionedit1_Callback(hObject,eventdata,handles)
functionedit1_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
functionedit3_Callback(hObject,eventdata,handles)
functionedit3_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
functionedit4_Callback(hObject,eventdata,handles)
functionedit4_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
11
functionedit5_Callback(hObject,eventdata,handles)
s4=get(gcbo,'string');set(d1,'value',s4);
functionedit5_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
functionedit6_Callback(hObject,eventdata,handles)
functionedit6_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
functionedit7_Callback(hObject,eventdata,handles)
functionedit7_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
functionedit8_Callback(hObject,eventdata,handles)
functionedit8_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
functionpushbutton1_Callback(hObject,eventdata,handles)
s1=str2double(get(handles.edit3,'String'));
s2=str2double(get(handles.edit4,'String'));
s3=str2double(get(handles.edit5,'String'));
s4=str2double(get(handles.edit6,'String'));
s5=str2double(get(handles.edit7,'String'));
s6=str2double(get(handles.edit8,'String'));
a=[s1,s2,s3];b=[s4,s5,s6];
[h1,t1]=impz(b,a);
plot(121);stem(t1,h1);
title('³å»÷ÏìÓ¦');xlabel('²ÉÑùʱ¼ä');ylabel('·ùÖµ');
functionpushbutton2_Callback(hObject,eventdata,handles)
s1=str2double(get(handles.edit3,'String'));
s2=str2double(get(handles.edit4,'String'));
s3=str2double(get(handles.edit5,'String'));
s4=str2double(get(handles.edit6,'String'));
s5=str2double(get(handles.edit7,'String'));
s6=str2double(get(handles.edit8,'String'));
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a=[s1,s2,s3];b=[s4,s5,s6];
[h2,t2]=stepz(b,a,80);
plot(122);stem(t2,h2);
title('½×Ô¾ÏìÓ¦');xlabe('²ÉÑùʱ¼ä');ylabel('·ùÖµ');
functionpushbutton3_Callback(hObject,eventdata,handles)
s1=str2double(get(handles.edit3,'String'));
s2=str2double(get(handles.edit4,'String'));
s3=str2double(get(handles.edit5,'String'));
s4=str2double(get(handles.edit6,'String'));
s5=str2double(get(handles.edit7,'String'));
s6=str2double(get(handles.edit8,'String'));
a=[s1,s2,s3];b=[s4,s5,s6];
freqz(b,a);
functionlistbox1_Callback(hObject,eventdata,handles)
functionlistbox1_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)
ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))
set(hObject,'BackgroundColor','white');
end
参考文献
【4】楼顺天、李博菡.基于matlab的系统分析与设计—信号处理【M】.西安:
西安电子科技大学出版社,1998.66-68
【5】张志涌,徐艳琴.matlab教程【M】.北京:
北京航空航天大学出版社,2001.1-6
【6】
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吴大正、杨林耀,张永瑞.信号与线性系统分析【M】(第三版).北京:
高等教育出版社,1998.32-34
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- 系统 时域 频率特性 分析