信号系统实验11
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信号与系统实验指导书电子科技大学通信学院朱学勇潘晔刘斌崔琳莉黄扬洲徐胜目录第一部分信号与系统实验总体介绍 (1)第二部分实验设备介绍 (2)2.1信号与系统实验板的介绍 (2)2.2PC机端信号与系统实验软件介绍 (5)2.3实验系统快速入门 (6)第三部分信号与系统硬件实验 (8)实验项目一:线性时不变系统的脉冲响应 (8)实验项目二:连续周期信号的分解与合成 (12)实验项目三:连续系统的幅频特性 (17)实验项目四:连续信号的采样和恢复 (21)第四部分信号与系统软件实验 (28)实验项目五:表示信号与系统的MATLAB函数、工具箱 (28)实验项目六:离散系统的冲激响应、卷积和 (34)实验项目七:离散系统的转移函数,零、极点分布 (38)第一部分信号与系统实验总体介绍一、信号与系统实验的任务通过本课程的实验,应加深学生对信号与系统的分析方法的掌握和理解,切实增强学生理论联系实际的能力。
二、信号与系统实验简介本课程实验包含硬件、软件共七个实验项目,教师可以选择开出其中某些实验项目。
单套实验设备包括:硬件:信号系统与DSP实验箱、微型计算机(PC);软件:PC机端实验软件SSP.exe、基于MATLAB的仿真实验软件。
三、信号与系统课程适用的专业通信、电子信息类等专业。
四、信号与系统实验涉及的核心知识点线性时不变系统的冲激响应、连续信号的分解及频谱、系统的频率响应特性、采样及恢复、表示信号与系统的MATLAB函数、工具箱、离散系统的冲激响应、卷积和、离散系统的转移函数,零、极点分布等。
五、信号与系统实验的重点与难点连续信号与系统时域、频域分析,离散系统的冲激响应、卷积和,离散系统的转移函数,零、极点分布等。
六、考核方式实验报告。
七、总学时本实验指导书的实验项目共需要14学时。
可供教师选择开出其中某些实验项目以适应不同的学时数要求。
八、教材名称及教材性质A.V.Oppenheim,A.S.Willsky,S.H.Nawab,Signals&Systems,Prentice-Hall,1999九、参考资料1.蒋绍敏,信号与系统实验,电子科技大学通信学院,2000年7月2.梁虹等,信号与系统分析及MA TLAB实现,电子工业出版社,2002年2月3.S.K.Mitra著,孙洪,于翔宇等译,数字信号处理试验指导书(MA TLAB版),电子工业出版社,2005年1月第二部分实验设备介绍信号与系统硬件实验的设备包括:信号与系统实验板、数字信号处理实验箱、PC机端信号与系统实验软件、+5V电源和计算机串口连接线。
《信号与系统》课程实验报告《信号与系统》课程实验报告一图1-1 向量表示法仿真图形2.符号运算表示法若一个连续时间信号可用一个符号表达式来表示,则可用ezplot命令来画出该信号的时域波形。
上例可用下面的命令来实现(在命令窗口中输入,每行结束按回车键)。
t=-10:0.5:10;f=sym('sin((pi/4)*t)');ezplot(f,[-16,16]);仿真图形如下:图1-2 符号运算表示法仿真图形三、实验内容利用MATLAB实现信号的时域表示。
三、实验步骤该仿真提供了7种典型连续时间信号。
用鼠标点击图0-3目录界面中的“仿真一”按钮,进入图1-3。
图1-3 “信号的时域表示”仿真界面图1-3所示的是“信号的时域表示”仿真界面。
界面的主体分为两部分:1) 两个轴组成的坐标平面(横轴是时间,纵轴是信号值);2) 界面右侧的控制框。
控制框里主要有波形选择按钮和“返回目录”按钮,点击各波形选择按钮可选择波形,点击“返回目录”按钮可直接回到目录界面。
图1-4 峰值为8V,频率为0.5Hz,相位为180°的正弦信号图1-4所示的是正弦波的参数设置及显示界面。
在这个界面内提供了三个滑动条,改变滑块的位置,滑块上方实时显示滑块位置代表的数值,对应正弦波的三个参数:幅度、频率、相位;坐标平面内实时地显示随参数变化后的波形。
在七种信号中,除抽样函数信号外,对其它六种波形均提供了参数设置。
矩形波信号、指数函数信号、斜坡信号、阶跃信号、锯齿波信号和抽样函数信号的波形分别如图1-5~图1-10所示。
图1-5 峰值为8V,频率为1Hz,占空比为50%的矩形波信号图1-6 衰减指数为2的指数函数信号图1-7 斜率=1的斜坡信号图1-8 幅度为5V,滞后时间为5秒的阶跃信号图1-9 峰值为8V,频率为0.5Hz的锯齿波信号图1-10 抽样函数信号仿真途中,通过对滑动块的控制修改信号的幅度、频率、相位,观察波形的变化。
实验十一 数字同步技术实验内容1.位定时、位同步提取实验2.信码再生实验3.眼图观察及分析实验4.CPU仿真眼图观察测量实验一. 实验目的1.掌握数字基带信号的传输过程。
2.熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。
3.学会观察眼图及其分析方法。
二. 实验电路工作原理所有数字通信系统能否有效地工作,在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。
同步的不良将会导致通信质量的下降,甚至完全不能工作。
通常有三种同步方式:即载波同步、位同步和群同步。
在本实验中主要分析位同步,载波同步和群同步不分析。
实现位同步的方法有多种,但可分为两大类型:一类是外同步法。
另一类是自同步法。
所谓外同步法,就是在发端除了要发送有用的数字信息外,还要专门传送位同步信号,到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。
所谓自同步法,就是在发端不专门向收端发送位同步信号,而收端所需要的位同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。
本实验中,位同步提取的方法是从二相PSK(DPSK)信号中,对解调出的数字基带信息再直接提取恢复出位同步信号。
图11-1是位同步恢复与信码再生电路方框图,图11-2是电原理图。
图11-1 位同步恢复与信码再生电路方框图1.带通滤波与全波整流电路电路如图11-3所示。
设计该电路时,以数字基带码元速率为32KHz/s为例,数字基带信号由测量点TP703输入,经过电解电容E701与电阻R717进入该电路,带通滤波器由U711组成,测量点TP707为眼图测量点,利用二踪示波器的YB通道测量TP304或TP703,YA通道测量TP707时,调节示波器相应的开关与旋钮,就可以测量出眼图信号来。
关于眼图的具体测量在后面再作进一步的介绍。
由运算放大器U711∶C组成全波整流电路。
从图中可知,运算放大器U712(LM311)组成限幅放大电路。
32KHz谐振电路由电阻R731、R732、R722、电容C716、CA701(在电路板上这里为一可插入不同容量的电容作为实验调试,实验值为4700pf)、谐振线圈L701组成。
实验11-验证最大功率传输定理(总3页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除实验十一 最大功率传输条件测定一、实验目的1. 掌握负载获得最大传输功率的条件。
2. 解电源输出功率与效率的关系。
二、原理说明1. 电源与负载功率的关系图1可视为由一个电源向负载输送电能的模型,R 0可视为电源内阻和传输线路电阻的总和,R L负载R L 上消耗的功率P 可由下式表示: 图1当R L =0或R L =∞ 时,电源输送给负载的功率均为零。
而以不同的R L 值代入上式可求得不同的P 值,其中必有一个R L 值,使负载能从电源处获得最大的功率。
2. 负载获得最大功率的条件根据数学求最大值的方法,令负载功率表达式中的R L 为自变量,P 为应变量,并使 dP/dR L =0,即可求得最大功率传输的条件:当满足R L =R 0时,负载从电源获得的最大功率为:这时,称此电路处于“匹配”工作状态。
3. 匹配电路的特点及应用在电路处于“匹配”状态时,电源本身要消耗一半的功率。
此时电源的效率只有50%。
显然,这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。
发电机的内阻是很小的,电路传输的最主要指标是要高效率送电,最好是100%的功率均传送给负载。
为此负载电阻应远大于电源的内阻,即不允许运行在匹配状态。
而在电子技术领域里却完全不同。
一般的信号源本身功率较小,且都有较大的内阻。
而负载电阻(如扬声器等)往往是较小的定值,且希望能从电源获得最大的功率输出,而电源的效率往往不予考虑。
通常设法改变负载电阻,或者在信号源与负载之间加阻抗变换器(如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器),使电路处于工作匹配状态,以使负载能获得最大的输出功率。
三、实验内容与步骤1. 按图2接线,负载R L 取电阻箱。
2. 按表1所列内容,令R L 在0~1K 范围内变化时,分别测出U O 、U L 及I 的值,表中U O ,P O,L LL R R R UR I P 202)(+==[]020240020:0)(2)()()(2)(,0R R R R R R R R R UR R R R RdR dPdR dP L L L L L L L L LL ==+-+++-+==,解得令即LL L L L MAXR U R R U R R R U P 4)2()(2220==+=分别为稳压电源的输出电压和功率,U L 、P L 分别为R L 二端的电压和功率,I 为电路的电流。
实验十一 示波器的原理和使用示波器是一种用途广泛的基本电子测量仪器,用它能观察电信号的波形、幅度和频率等电参数。
用双踪示波器还可以测量两个信号之间的时间差,一些性能较好的示波器甚至可以将输入的电信号存储起来以备分析和比较。
在实际应用中凡是能转化为电压信号的电学量和非电学量都可以用示波器来观测。
【实验目的实验目的】】1.了解示波器的基本结构和工作原理,掌握使用示波器和信号发生器的基本方法。
2.学会使用示波器观测电信号波形和电压幅值以及频率。
3.学会使用示波器观察李萨如图并测频率。
【实验原理实验原理】】不论何种型号和规格的示波器都包括了如图2-11-1所示的几个基本组成部分:示波器(又称阴极射线管,cathode ray tube,简称CRT)、垂直放大电路(Y 放大)、水平放大电路(X 放大)、扫描信号发生电路(锯齿波发生器)、自检标准信号发生电路(自检信号)、触发同步电路、电源等。
1. 示波管的基本结构示波管的基本结构如图2-11-2所示(其中H -灯丝 K -阴极 G 1,G 2- 控制栅极 A 1-第一阳极A 2-第二阳极 Y -竖直偏转板 X -水平偏转板)。
主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成,全都密封在玻璃壳体内,里面抽成高真空。
(1)电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、第一阳极和第二阳极五部分组成。
灯丝通电后加热阴极。
阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒,被加热后发射电子。
控制栅极是一个顶端有小孔的圆筒,套在阴极外面。
它的电位比阴极低,对阴极发射出来的电子起控制作用,只有初速度较大的电子才能穿过栅极顶端的小孔然后在阳极加速下奔向荧光屏。
Y图2-11-1示波器基本组成框图 图2-11-2 示波管结构图示波器面板上的“辉度”调整就是通过调节电位以控制射向荧光屏的电子流密度,从而改变了荧光屏上的光斑亮度。
阳极电位比阴极电位高很多,电子被它们之间的电场加速形成射线。
当控制栅极、第一阳极与第二阳极电位之间电位调节合适时,电子枪内的电场对电子射线有聚焦作用,所以,第一阳极也称聚焦阳极。
信号与系统实验实验一常用信号分类与观察 (2)实验二阶跃响应与冲激响应 (5)实验三信号卷积实验 (8)实验四矩形脉冲信号的分解 (13)实验五矩形脉冲信号的合成 (18)实验六抽样定理与信号恢复 (20)实验七一阶电路的暂态响应 (26)实验八二阶电路的暂态响应 (30)实验九有源无源滤波器 (34)实验一常用信号分类与观察一、实验目的1、观察常用信号的波形特点及产生方法。
2、学会使用示波器对常用波形参数的测量。
二、实验内容1、信号的种类相当的多,这里列出了几种典型的信号,便于观察。
2、这些信号可以应用到后面的“基本运算单元”和“无失真传输系统分析”中。
三、实验仪器1、信号与系统实验箱一台(主板)。
2、20MHz双踪示波器一台。
四、实验原理对于一个系统特性的研究,其中重要的一个方面是研究它的输入输出关系,即在一特定的输入信号下,系统对应的输出响应信号。
因而对信号的研究是对系统研究的出发点,是对系统特性观察的基本手段与方法。
在本实验中,将对常用信号和特性进行分析、研究。
信号可以表示为一个或多个变量的函数,在这里仅对一维信号进行研究,自变量为时间。
常用信号有:指数信号、正弦信号、指数衰减正弦信号、抽样信号、钟形信号、脉冲信号等。
1、指数信号:指数信号可表示为()atf t Ke。
对于不同的a取值,其波形表现为不同的形式,如图1-1所示:图1-1 指数信号2、指数衰减正弦信号:其表达式为(0)()sin()(0)att f t Ket t ω-<⎧=⎨>⎩,其波形如图1-2所示:图1-2 指数衰减正弦信号3、抽样信号:其表达式为:sin ()a t S t t=。
()a S t 是一个偶函数,t =±π,±2π,…,±n π时,函数值为零。
该函数在很多应用场合具有独特的运用。
其信号如图1-3所示:图1-3 抽样信号4、钟形信号(高斯函数):其表达式为:()2t f t Eeτ⎛⎫- ⎪⎝⎭=,其信号如图1-4所示:图1-4钟形信号5、脉冲信号:其表达式为)()()(T t u t u t f --=,其中)(t u 为单位阶跃函数。
实验:矩形脉冲信号的分解一、实验目的1.分析典型的矩形脉冲信号,了解矩形脉冲信号谐波分量的构成;2.观察矩形脉冲信号通过多个数字滤波器后,分解出各谐波分量的情况。
二、实验原理说明信号的频谱与测量:对于一个周期为T的时域周期信号,可以用三角形式的傅里叶级数求出它的各次分量,在区间内表示为:三、实验设备1.双踪示波器 1台2.信号系统实验箱 1台四、实验步骤(1)连接P04 和P101;(2)调节信号源,使P04输出f=4KHz,占空比为50%的脉冲信号,调节W701使信号幅度为4V;(3)按下SW101按钮,使程序指示灯D3D2D1DO=0101,指示灯对应信号分解;(4)示波器可分别在TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808上观测信号各次谐波的波形;(5)矩形脉冲信号的脉冲幅度和频率保持不变,改变信号的脉宽(即改变占空比),测量不同了值时信号频谱中各分量的大小;(6)根据表11-1、表11-2中给定的数值进行实验,并记录实验获得的数据填入表中。
五、数据处理与分析1.2.六、实验总结1. 由于外界因素干扰,在使用示波器测量偶次谐波时,仍能够检测到部分小信号。
2. 实验中所测量的各次谐波的幅度与通过傅里叶级数计算得出的理论值很接近。
3. 傅里叶级数:该信号的第n 次谐波振幅为:有关。
附录实验过程中的数据图像①谐波数据图像一次二次三次四次五次六次七次八次谐波数据图像一次二次三次四次五次六次七次八次。
实验十一 典型信号的概率密度分析一. 实验目的在理论学习的基础上,通过本实验熟悉典型信号的概率密度函数特点,加深对概率密度函数分析的概念、性质、作用的理解,掌握用其分析信号幅值特性的方法。
二. 实验原理随机信号的概率密度函数定义为:p x x p x x t x x x ()lim(())=−→−∞<≤+∆∆∆ (1)它反映了信号落在不同幅值强度区域内的概率情况。
对于各态历经过程:p x x xT T Tx()lim[lim]=−→−−→−∞∆01(2)下图显示了一个样例信号x(t)的波形和p(x)的计算方法。
图1、概率密度函数的计算图2是典型信号的信号波形、概率密度曲线和概率分布曲线:图2、典型信号波形、概率密度曲线和概率分布曲线三. 实验内容概率密度函数给出了信号取不同幅值大小的概率,在随机振动、随机疲劳试验等应用场合,常常利用它来检测信号的正态性和了解信号的幅值大小分布情况。
实验内容为分析正弦波、方波、三角波和白噪声信号的概率密度函数。
四. 实验仪器和设备1. 计算机1台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套3. 打印机1台五. 实验步骤1.运行DRVI主程序,点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标,选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。
2.在DRVI软件平台的地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址,在实验目录中选择“典型信号的概率密度分析实验”,建立实验环境。
图3 典型信号的概率密度分析实验环境下面是该实验的装配图和信号流图,图中的线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号,**IC为使用的软件芯片。
图4 典型信号的概率密度分析实验装配图3.然后选择不同的信号类型,观察相关函数计算结果,并与相关函数的性质对照,进行实验结果分析。
六. 实验报告要求1.简述实验目的和原理。
1.拷贝实验系统运行界面,插入到Word格式的实验报告中,用Winzip压缩后通过Email上交实验报告。
《信号与系统及实验》课程教学大纲一、课程概述1. 课程名称:《信号与系统及实验》2. 课程性质:必修课3. 学时安排:64学时(理论课32学时,实验课32学时)4. 授课对象:电子信息类相关专业本科生二、课程目标1. 理论掌握:通过本课程的学习,学生将掌握信号与系统的基本理论知识,包括信号的表示与处理、系统的特性与分析等方面的内容。
2. 实验能力:学生将具备进行相关实验的基本能力,能够独立完成信号与系统相关的实验设计、实施和数据分析。
3. 应用水平:学生将具备将所学知识应用于实际工程问题的能力,为日后的专业发展打下扎实的基础。
三、教学内容与教学安排1. 信号的基本概念与表示(4学时)2. 信号的操作与运算(4学时)3. 常用信号的分类与性质(4学时)4. 离散时间信号与系统(8学时)5. 连续时间信号与系统(8学时)6. 系统特性与分析方法(8学时)7. 信号与系统的转换(4学时)8. 信号处理器件与应用(4学时)9. 信号与系统实验(32学时)四、教材与参考书1. 主教材:《信号与系统》,作者:Alan V. Oppenheim,Alan S. Willsky,S. Hamid Nawab,出版社:Prentice Hall2. 参考书:- 《信号与系统分析》,作者:张三,出版社:清华大学出版社- 《信号与系统实验》,作者:李四,出版社:电子工业出版社五、考核方式与成绩评定1. 平时成绩(20):包括课堂讨论、作业等2. 实验成绩(30):包括实验报告、实验操作等3. 期中考试(20)4. 期末考试(30)六、教学保障1. 课程实验室:学校配备专门的信号与系统实验室,满足学生的实验需求。
2. 实验设备:提供符合课程要求的实验设备和器材,保证实验教学的质量和安全。
3. 教师队伍:授课教师均具备相关领域的丰富教学与工程实践经验,保证教学质量。
七、教学展望《信号与系统及实验》课程作为电子信息类专业的重要基础课程,旨在培养学生的工程实践能力和创新思维,为学生的专业发展打下扎实的基础。
实验十一 RC 移相电路与补偿分压电路一、实验目的1. 了解由RC 组成的移相电路和补偿分压电路的工作原理。
2. 掌握RC 移相电路和补偿分压电路的设计和调试方法。
二、实验内容1. 用示波器观察RC 移相电路输入信号相位与输出信号相位关系的李沙育图形,测量移相相位差。
2. 用示波器观察补偿分压电路处于最佳补偿、过补偿和欠补偿状态的波形。
三、实验仪器1. 信号与系统实验箱 一台 2. 信号系统实验平台3. RC 移相电路与补偿分压电路模块(DYT3000-66) 一块 4. 20MHz 双踪示波器 一台 5. 连接线若干四、实验原理1. RC 移相电路的工作原理和设计方法① 工作原理图11-1为RC 电路,图11-2为向量模型图。
由图11-2可得21111Rj RC j c R j cU UU ωωω∙∙∙=⨯=⨯++21()12j RC arctg RC j RC U Uωπωω∙∙==-+ (式11-1)其模01U U =(式11-2)相位差为2arctg RC πϕω=- (式11-3)由式11-1可知,U 2与U 1的相位差ϕ为正值,即输出电压超前输入电压。
当ω固定时,若R 从0变到∞,则相位差ϕ从90o 变到0o 。
② 设计方法根据设计要求,先选定电容值,再根据式11-3算出电阻值。
如要求设计一个移相30o ,工作频率为1KHz 的RC 移相电路,则根据式11-3得60o tg R cω=(式11-4)取C =0.047uF ,代入10-4,得3660 5.872100.04710otg R K π-=Ω⨯⨯⨯U 1图11-11图11-2图11-3 U 2相对于U 1超前的相位角③ 调试方法在电路的输入端输入一正弦信号,用示波器的CH1观察U 1,用示波器的CH2观察U 2,这时U 2相对于U 1超前的相位角为ϕ。
如图11-3所示。
2AB ACπϕ⋅=若这时ϕ不满足设计要求,可把电阻换为一个电位计和一个固定电阻串联,调节电位计R W 的大小,可达到设计要求。
信号系统课程设计一、课程目标知识目标:1. 理解信号系统的基本概念,掌握信号的分类及特性;2. 学会分析连续信号和离散信号的时域与频域特性;3. 掌握信号的采样与恢复原理,了解信号处理的基本方法。
技能目标:1. 能够运用信号处理软件对实际信号进行处理,如滤波、调制等;2. 能够运用所学知识解决简单的信号传输与处理问题,具备一定的信号分析能力;3. 能够通过小组合作,进行信号系统的设计与实践,提高实际操作能力。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对信号系统的兴趣,激发学生主动探索信号世界的热情;2. 培养学生的团队合作意识,提高沟通与协作能力;3. 使学生认识到信号系统在科技发展和社会进步中的重要作用,增强社会责任感和使命感。
课程性质分析:本课程为电子信息类专业的核心课程,旨在帮助学生建立信号系统的基本理论体系,培养学生的信号分析与处理能力。
学生特点分析:学生已具备一定的数学基础和电路基础知识,具有较强的逻辑思维能力和动手能力。
教学要求:1. 结合实际案例,引导学生深入理解信号系统的基本概念和原理;2. 注重实践操作,培养学生的动手能力和实际应用能力;3. 采用启发式教学,激发学生的学习兴趣,提高学生的主动学习能力;4. 强化团队合作,培养学生的沟通与协作能力。
二、教学内容1. 信号系统基本概念:信号的定义、分类及特性;连续信号与离散信号;信号的能量与功率。
教材章节:第一章 信号与系统基本概念2. 信号的分析与处理:时域分析、频域分析;傅里叶变换、拉普拉斯变换;Z 变换。
教材章节:第二章 信号的分析与处理3. 信号的采样与恢复:采样定理;信号的恢复;插值与抽取。
教材章节:第三章 信号的采样与恢复4. 数字信号处理:数字滤波器;快速傅里叶变换(FFT);数字信号处理的硬件实现。
教材章节:第四章 数字信号处理5. 信号传输与调制:信号的传输媒介;调制与解调;多路复用技术。
教材章节:第五章 信号传输与调制6. 信号系统实践:使用信号处理软件(如MATLAB)进行信号处理实践;小组项目:设计并实现一个简单的信号传输与处理系统。
第11章反馈系统[视频讲解]11.1本章要点详解本章要点■反馈系统■信号流图重难点导学一、反馈系统反馈系统的研究是利用分解与互联概念而获得成功的典型范例。
1.连续时间信号反馈系统模型图11-1连续时间信号反馈系统模型2.离散时间信号反馈系统模型图11-2离散时间信号反馈系统模型3.反馈系统的基本特性及其应用(1)基本特性①前馈通路系统函数()A s (或()A z )对整个系统函数()H s (或()H z )的影响可忽略不计;②整个的系统函数()H s (或()H z )近似等于反馈通路系统函数()F s (或()F z )的倒数。
(2)应用①改善系统的灵敏度;②改善系统频响特性;③逆系统设计;④使不稳定系统成为稳定系统;⑤利用反馈系统产生自激振荡。
二、信号流图1.概述利用方框图可以描述系统(连续的或离散的),较微分方程或差分方程更为直观。
而将方框图进一步简化就可以得到流图。
其优点是系统模型的表示简明清楚、系统函数的计算过程明显简化。
2.系统的信号流图表示法信号流图是指用一些点和支路来描述系统,如图11-3所示。
图11-3用信号流图表示框图Y s称为结点。
线段表示信号传输的路径,称为支路。
信号的传输方向用箭X s、()()头表示,转移函数标在箭头附近,相当于乘法器。
3.流图术语(1)结点:表示系统中变量或信号的点。
(2)转移函数:两个结点之间的增益称为转移函数。
(3)支路:连接两个结点之间的定向线段,支路的增益即为转移函数。
(4)输入结点或源点:只有输出支路的结点,它对应的是自变量(即输入信号)。
(5)输出信号或阱点:只有输入支路的结点,它对应的是因变量(即输出信号)。
(6)混合结点:既有输入支路又有输出支路的结点。
(7)通路:沿支路箭头方向通过各相连支路的途径(不允许有相反方向支路存在)。
(8)开通路:通路与任一结点相交不多于一次。
(9)闭通路:如果通路的终点就是起点,并且与任何其他结点相交不多于一次。
第11章 反馈系统11.1 复习笔记反馈系统的研究是利用分解与互联概念而获得成功的典型范例。
本章的应用背景着重于控制工程,考察连续时间信号与系统的反馈系统模型并了解系统特性及应用,本章重点在于反馈系统框图及其系统特性。
通过本章学习,读者应掌握:反馈系统框图与系统函数的互求、根据系统函数画根轨迹图、开环特性稳定条件下的奈奎斯特判断依据以及信号流图与系统函数的互求。
一、反馈系统1.反馈效应的产生利用系统的输出去控制或调整系统自身的输入即可产生反馈效应。
(1)连续时间信号反馈系统模型如图11-1-1所示。
图11-1-1 连续时间信号反馈系统模型反馈系统的系统函数为:H(s)=Y(s)/X(s)=A(s)/[1+F(s)A(s)]。
(2)离散时间信号反馈系统模型如图11-1-2所示。
反馈系统的系统函数为:H(z)=Y(z)/X(z)=A(z)/[1+F(z)A(z)]。
图11-1-2 离散时间信号反馈系统模型【注】①若反馈信号与输入信号作相减运算,则称为负反馈或非再生反馈;②若反馈信号与输入信号作相加运算(即图11-1-1中加法器下面的符号改为正号),则称为正反馈或再生反馈。
2.反馈系统的特性及应用(见表11-1-1)表11-1-1 反馈系统的特性及应用3.利用反馈系统产生自激振荡(见表11-1-2)表11-1-2 反馈系统产生自激振荡二、根轨迹根轨迹是指闭环系统函数式中某种参量变动时,特征方程的根(极点)在s 平面内移动的轨迹(路径)。
1.根轨迹法的模量条件和幅角条件(1)模量条件1111||||||n n k k k k mm ii i i s pM K s z N ====-==-∏∏∏∏(2)幅角条件110π 0m ni k i k K r r K r ϕθ==>⎧-=⎨<⎩∑∑时为奇数时为偶数2.作图规则①根轨迹具有几条分支;②根轨迹始于开环系统函数A (s )F (s )的极点,止于A (s )F (s )的零点;③根轨迹对s 平面的实轴呈镜像对称;④若有一段实轴,在它右边的实轴上A (s )F (s )的极点与零点总数是奇数,则此段实轴是根轨迹的一部分;⑤两支根轨迹的交点可由方程d [()()]0d A s F s s=求出;⑥根轨迹为虚轴变点可由s =jω代入特征方程求出:1+A (jω)F (jω)=0;⑦当k→∞时,根轨迹各分支趋向A (s )F (s )的零点,其中有m 个分支趋于有限零点,另有(n -m )个分支各自沿“渐近线”趋向无穷远处零点,渐近线与实轴交角为lπ/(n -m ),其中l =1,3,5···,共有(n -m )个正奇数;⑧渐近线会交于实轴上的一点,此点称为渐近线重心,其坐标为:12120()()n m p p p z z z n mδ+++-+++=-L L 3.开环特性稳定条件下的奈奎斯特判断依据当ω由-∞到+∞改变时,在A (jω)F (jω)平面中的奈奎斯特图顺时针绕(-1+j0)点的次数等于系统函数分母G (s )=1+F (s )A (s )在s 右半平面内的零点数(即系统函数H (s )的极点数),此奈奎斯特图若不包围(-1+j0)点,则系统稳定,否则系统不稳定。
《信号与系统》实验指导书王晓春编沈阳大学信息工程学院目录实验一:DDS信号发生器实验 (6)实验二:函数信号发生器 (9)实验三:扫频信号源 (12)实验四:频率计和交流毫伏表实验 (15)实验五:阶跃响应与冲激响应 (19)实验六:零输入响应和零状态响应...............................................................2 2 实验七:信号的抽样与恢复 (25)实验八:串联谐振电路的特性研究 (29)实验九:二阶无源滤波器 (32).课程编号:11211391 课程类别:专业必修适用层次:本科(2本3本)适用专业:通信工程课程总学时:80 适用学期:第4学期实验学时:20 开设实验项目数:10撰写人:王晓春审核人:周昕教学院长:范立南信号与系统实验箱介绍一、概述“信号与系统”是电子信息工程、通信工程、无线电技术、自动控制、生物医学电子工程等专业的重要专业基础课,也是国内各院校相应专业的主干课程。
当前,科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化,这要求高等院校培养的大学生,既要有坚实的理论基础,又要有严格的工程技术训练,不断提高实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法非常重要,而且系统性、理论性很强,为此在学习本课程时,开设必要的实验,对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法,培养学生分析问题和解决问题的能力,以及使抽象的概念和理论形象化、具体化,对增强学习的兴趣有极大的好处,做好本课程的实验,是学好本课程的重要教学辅助环节。
通过本实验课程学习要求达到下列目标:1、巩固和加深所学的理论知识。
2、掌握万用表、数字电压表、直流稳压电源、函数信号发生器、示波器等常用电表和电子仪器的使用方法及测量技术。
3、培养选择实验方法、整理实验数据、绘制曲线、分析实验结果、撰写实验报告的能力。