东华大学信号与线性系统实验解读

《信号与线性系统》实验指导书东华大学信息学院通信与电子信息工程系实验要求及说明一、实验报告内容实验报告包括原理分析、源程序、执行结果分析及实验总结，其中原理分析和实验总结需要手写,其他可打印。

二、实验成绩实验成绩包括出勤（10％）、实验表现（10％）、编程（30％）和实验报告（50％）几部分。

三、其他说明缺席3次及以上取消考试成绩。

目录实验一连续信号的时域分析 1 实验二连续时间系统的时域分析 3 实验三连续信号的频域分析 9 实验四连续系统的频域分析 12 实验五信号采样与重建 15 实验六离散时间信号和系统分析 17 附录 MATLAB主要命令函数表 20实验一连续信号的时域分析一、实验目的1、熟悉MATLAB软件。

2、掌握常用连续信号与离散信号的MA TLAB表示方法。

二、实验设备安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。

三、MATLAB使用说明1、在MATLAB可视化绘图中，对于以t为自变量的连续信号，在绘图时统一用plot函数。

例题：绘出t从-10到10的sin(t)的波形。

t=-10:0.05:10;f=sin(t);plot(t,f);title('f(t)=sin(t)');xlabel('t') ;axis([-10,10,-1,1])grid on可得图1所示图形。

图12、此外也可以利用MATLAB的ezplot函数对连续信号画图。

例题：绘出t从-10到10的sin(t)的波形。

clcclear allclose allsyms tf=sin(t)ezplot(f, [-10 10]);xlabel('t');title ('f(t)=sin(t)') ;grid on图2四、实验内容1、用MATLAB表示连续信号：tAeα，cos()A tωϕ+，0sin()A tωϕ+。

2、用MATLAB表示抽样信号(sinc(t))、矩形脉冲信号(rectpuls(t, width))及三角脉冲信号(tripuls(t, width, skew))。

信号与系统实验报告实验一：常用信号分类与观察一、实验目的：1、观察常用信号的波形，了解其特点及产生方法。

2、学会用示波器测量常用波形的基本参数，了解信号及信号的特性。

二、实验内容：1、了解几种常用典型信号的解析式及时域波形。

2、观察这些信号的波形，思考可以从那几个角度观察分析这些信号的参数。

三、实验仪器：1、数字信号处理模块 S4 1 块2、20MHz 双踪示波器 1 台四、实验数据及分析： 1、指数信号波形：S3=10000000 S4=01000000 分析：指数信号()tf t Ke α=（K>0）开关S3第一位拨为1，其余为0，使得0α>，因此是一个增长的指数信号。

开关S3第二位拨为1，其余为0，使得0α<，因此是一个衰减的指数信号。

2、指数正弦信号波形：S3=00100000 S3=00010000分析：指数正弦信号()sin()tf t Ke t αω=（K>0）开关S3第三位拨为1，其余为0，使得0α<，因此是一个衰减的指数正弦信号。

开关S3第四位拨为1，其余为0，使得0α>，因此是一个增长的指数正弦信号。

3、抽样信号的波形：S3=00001000分析：抽样信号sin ()a tS t t=，该函数是一个偶函数，(0)t n n π=±≠时，函数值等于零。

4、钟形信号的波形：S3=00000100 分析：钟形信号（高斯函数）2()()t f t Eeτ-=0t =时函数值最大等于E,向两边递减。

五、实验总结：观察了一些常用信号的波形，了解了它们的一些特性以及产生方法。

实验二：阶跃响应与冲激响应一、实验目的1、观察和测量 RLC 串联电路的阶跃响应与冲激响应的波形和有关参数，并研究其电路元件参数变化对响应状态的影响；2、掌握有关信号时域的测量分析方法。

二、实验仪器1、信号源及频率计模块 S2 1 块2、模块一 S5 1 块3、数字万用表 1 台4、双踪示波器 1 台三、实验内容、数据、分析 （1）阶跃响应实验激励波形为方波，振幅0.7V ，周期T=1.8ms ，占空比=0.5，波形如下欠阻尼电路下的响应波形如下：经测量P12与P13之间的实际电阻 3.742632LR C =Ω<=Ω临界阻尼电路下的响应波形如下：经测量P12与P13之间的实际电阻726.52632LR C =Ω≈=Ω过阻尼电路下的响应波形如下：经测量P12与P13之间的实际电阻38682632LR C =Ω>=Ω（2）冲激响应波形观察： 激励波形如下：欠阻尼下电路下的响应波形：临界阻尼电路下的响应波形：过阻尼下的响应波形：四、实验总结：观察了不同阻尼下的各类响应波形，对冲激响应和阶跃响应有了更深入的了解。

实验二连续系统频域分析一、实验目的1．通过观察信号的分解与合成过程，理解利用傅利叶级数进行信号频谱分析的方法。

2．了解波形分解与合成原理。

3．掌握带通滤波器有关特性的设计和测试方法。

4．了解电信号的取样方法与过程以及信号恢复的方法。

5．观察连续时间信号经取样后的波形图，了解其波形特点。

6．验证取样定理并恢复原信号。

二、实验内容1．用示波器观察方波信号的分解，并与方波的傅利叶级数各项的频率与系数作比较。

2．用示波器观察三角波信号的分解，并与三角波的傅利叶级数各项的频率与系数作比较。

3．用示波器观察方波信号基波及各次谐波的合成。

4．用示波器观察三角波信号基波及各次谐波的合成。

5．用示波器观察不同的取样频率抽样得到的抽样信号。

6．用示波器观察各取样信号经低通滤波器恢复后的信号并验证抽样定理。

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．信号的分解与合成模块（DYT3000-69）一块4．信号的取样与恢复模块（DYT3000-68）一块5．同步信号源模块（DYT3000-57）（选用）6．20MHz双踪示波器一台7．连接线若干四、实验原理1、信号的分解与合成任何电信号都是由各种不同频率、幅度和初始相位的正弦波跌加而成的。

对周期信号由它的傅利叶级数展开式可知，各次谐波为基波频率的整数倍。

而非周期信号包含了从零到无穷大的所有频率成份，每一频率成份的幅度均趋向无穷小，但其相对大小是不同的。

通过一个选频网络可以将电信号中所包含的某一频率成份提取出来。

本实验采用性能较好的有源带通滤波器作为选频网络。

对周期信号波形分解的方案框图如图2-1所示。

实验中对周期方波、三角波、锯齿波信号进行信号的分解。

方波信号的傅利叶级数展开式为411()(sin sin 3sin 5)35Af t t t t ωωωπ=+++…；三角波信号的傅利叶级数展开式为2811()(sin sin 3sin 5)925A f t t t t ωωωπ=-+-…；锯齿波信号的傅利叶级数展开式为11()(sin sin 2sin 3)223A A f t t t t ωωωπ=-+++…，其中2T πω=为信号的角频率。

信号与线性系统分析实验指导书山东理工大学电气与电子工程学院目录实验一、50Hz非正弦周期信号的分解与合成 (2)实验二、三无源和有源滤波器 (6)实验四、抽样定理 (11)实验一、50Hz非正弦周期信号的分解与合成一、试验目的1、用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较。

2、观测基波和其谐波的合成。

二、实验设备1、信号与系统实验箱TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型。

2、双踪示波器三、原理说明1、一个非正弦周期函数可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的2、3、4…、n等倍数分别称为二次、三次、四次…、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减少，直至无穷小。

2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。

3、一个非正弦周期函数可用傅立叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用各个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，各种不同波形及其傅氏级数表达式见表1-1，方波频谱图如图1-1表示。

图1-1 方波频谱图表1-1 各种不同波形的傅立叶级数表达式1、方波⎪⎭⎫⎝⎛ΩΩ+Ω+Ω+Ω=t n n t t t t u t u m sin 17sin 715sin 513sin 31sin 4)( π 2、三角波⎪⎭⎫⎝⎛+Ω+Ω-Ω=t t t u t u m 5sin 2513sin 91sin 8)(2π 3、半波⎪⎭⎫⎝⎛+Ω-Ω-Ω+=t t t u t u m 4cos 151cos 31sin 4212)(ππ 4、全波⎪⎭⎫ ⎝⎛+Ω-Ω-Ω-=t t t u t u m 6cos 3514cos 1512cos 31214)(π 5矩形波⎪⎭⎫⎝⎛+Ω+Ω+Ω+=t T u t T u t T u u Tu t u m m m m m3cos 3sin 312cos 2sin 21cos sin2)(τττπτ 实验装置的结构如图1-2所示图1-2 信号分解与合成实验装置结构框图图中LPF 为低通滤波器，可分解出非正弦周期函数的直流分量。

实验二线性系统分析一、实验目的通过实验，掌握线性系统的特性和分析方法，了解系统的幅频特性和相频特性。

二、实验原理1.线性系统线性系统是指遵循叠加原理和比例原理的系统，可以表示为y(t)=h(t)⊗x(t)，其中h(t)为系统的冲激响应，x(t)为输入信号，y(t)为输出信号，⊗为线性卷积操作。

2.系统的频域特性系统的频域特性可以通过离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，简称DFT）来进行分析，DFT是将离散时间域信号变换到离散频域的方法。

3.系统的幅频特性系统的幅频特性描述了输出信号的幅度随频率变化的规律，可以通过对系统的单位冲激响应进行DFT来得到。

4.系统的相频特性系统的相频特性描述了输出信号的相位随频率变化的规律，可以通过对系统的单位冲激响应进行DFT来得到。

三、实验步骤1.准备工作：a.将信号发生器的频率设置为100Hz，幅度设置为5V。

b.将示波器的触发模式设置为自动，并调节水平位置使信号波形居中显示。

2.测量系统的幅频特性：a.将信号发生器的输出信号连接到线性系统的输入端口，将示波器的通道1连接到线性系统的输入端口，将示波器的通道2连接到线性系统的输出端口。

b.调节示波器的时间基准使波形显示在适当的范围内。

c.调节信号发生器的频率和示波器的触发模式，观察输入信号和输出信号的波形。

d.在示波器中进行幅度测量，并记录下输入信号和输出信号的幅值。

e.使用DFT算法对输入信号和输出信号进行频谱分析，得到幅频特性曲线。

f.绘制输入信号和输出信号的幅频特性曲线，并进行比较和分析。

3.测量系统的相频特性：a.调节信号发生器的频率和示波器的触发模式，观察输入信号和输出信号的相位差。

b.在示波器中进行相位测量，并记录下输入信号和输出信号的相位。

c.使用DFT算法对输入信号和输出信号进行频谱分析，得到相频特性曲线。

d.绘制输入信号和输出信号的相频特性曲线，并进行比较和分析。

信号与系统实验分析及总结信号与系统是电子信息类专业中的核心课程之一，提供了许多基本概念和方法，与其他学科如通信、控制、图像处理、声音处理等有着紧密关系。

实验是信号与系统课程教学的重要组成部分之一，通过实验可以让学生加深对理论知识的理解，锻炼实际动手能力。

本文将对实验内容进行分析和总结。

一、实验环境通常，信号与系统实验室采用电子仪器，如万用表、示波器、信号发生器等，以及计算机软件如Matlab等。

这些设备可以帮助学生们进行实际操作并分析数据。

二、实验内容1.基础实验：采样定理该实验通过对各种采样频率下的正弦波信号进行采样，观察实验得到的采样信号形状，判断是否满足采样定理，检验其可靠性。

2.基础实验：FIR滤波器该实验建立在离散系统概念的基础上，以FIR低通滤波器为例，在Matlab上进行简单分析。

学生可以通过对滤波器的设计参数进行调整，以实现不同的滤波器性质。

3.高级实验：傅里叶变换该实验主要是通过信号和频率之间的相互转换，学习傅里叶变换的概念和技术，主要涉及FFT算法及其实现，可以帮助学生更好地理解信号频谱分析中的各种概念。

三、实验成果通过这些实验，学生能够获得以下几个方面的收获：1.加深对信号与系统理论的理解。

实验教学能够将课上学习到的各种概念与现实情况相结合，让学生体验到理论知识的实际应用。

在实验中，学生需要掌握各种基本信号的特性和各种滤波器的特点，以及各种工具在实际应用中的作用。

2.提高实际应用能力学生在进行实验时需要熟练掌握各种实验器材的使用方法、如何合理地分析信号和计算各种参数等，这将有助于他们更好地掌握实用技能。

3.锻炼团队合作精神和沟通能力在实验中，学生需要采取协作方式，确保组内各成员能够有序开展实验工作和有效交流。

这些实践活动可以培养学生的团队意识和沟通能力。

综上所述，信号与系统实验是信号与系统课程教学中不可缺少的部分，它可以帮助学生进一步深入理解课程内容，并增强他们的实际应用能力和团队意识。

东华大学信号与线性系统实验解读目录实验一连续时间信号时域分析 (2)实验二实验三实验四实验五实验六实验七实验八离散时间信号时域分析连续时间系统时域分析离散时间系统时域分析连续时间信号频域分析连续时间系统频域分析信号采样与重建传输函数与系统特性1 ……………………….9………………………15………………………21………………………24……….……………..33……….……………..47………..…………….53实验一连续时间信号时域分析一、实验目的1、熟悉MATLAB软件。

2、掌握常用连续信号与离散信号的MATLAB表示方法。

二、实验设备安装有以上版本的PC机一台。

三、MATLAB使用说明1、在MATLAB可视化绘图中，对于以t 为自变量的连续信号，在绘图时统一用plot 函数。

2、此外也可以利用MATLAB的ezplot 函数对连续信号画图。

四、实验原理__________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ ______________________________________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ __________________________________ ______________________________________________________________ ________________________2 五、实验内容1、用MATLAB表示连续信号：Ae?t ，Acos(ω0 t +? )，Asin(ω0 t +? )。

《自动控制原理实验》实验报告（二）一、Simulink仿真二、自控原理模拟实验（线性系统的时域分析）姓名：刘克勤学号：110901112班级：自动化1104班指导老师：石洪瑞东华大学信息学院12345678910MP5.6为了保持飞机的航向和飞行高度，人们设计了如图MP5.6所示的飞机自动驾驶仪。

(a) 假设框图中的控制器是固定增益的比例控制器()2c G s = ，输入为斜坡信号(),0.5/dt at a s θ== ，利用matlab 计算并以曲线显示系统的斜坡响应，求出10s 后的航向角误差。

(b) 为了减小稳态跟踪误差，可以采用较复杂的比例积分控制器(PI)，即()2112c K G s K s s=+=+ 试重复(a)中的仿真计算，并比较这两种情况下的稳态跟踪误差。

图MP5.6 飞机自动驾驶仪框图(a) 解：Simulink 仿真原理图 ：运行结果如下：12345678910(b)解：Simulink 仿真原理图 ：运行结果如下：MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路的框图如图MP5.7所示，请用MATLAB/Simulink 求系统的单位阶跃响应，并求出峰值PtM 、超调量..%P O ，峰值时间P T 、调整时间S T 。

.图MP5.7 导弹自动驾驶仪速度控制回路解：Simulink仿真原理图：仿真结果：00.10.20.30.40.50.60.70.80.91峰值时间：Tp=0.1062；峰值：Mp=1.294；超调量：P.O.=(1.294-1)/1=0.294=29.4% 。

00.51 1.52 2.53 3.54 4.55系统稳态值为1，根据2%的误差准则，系统稳定到0.98时的调整时间约为：Ts=2.539。

0102030405060MP5.8 设计如下系统的Simulink 仿真图，求系统的阶跃响应曲线及超调量、调整时间。

图MP5.8 非单位反馈控制系统解：Simulink 仿真原理图：运行结果：由系统稳态值为0.5，根据2%的误差准则，系统稳定到0.51的时间即为调整时间Ts=39.05。

东华⼤学信号与线性系统课程设计答案答案东华⼤学信号与线性系统课程设计班级：学号：姓名：东华⼤学信息学院⽬录实验⼀连续信号的时域分析 (3)实验⼆连续时间系统的时域分析 (8)实验三连续信号的频域分析 (14)实验四连续系统的频域分析 (22)实验五信号采样与重建 (33)实验六离散时间信号和系统分析 (39)实验总结 (46)实验⼀连续信号的时域分析⼀、实验⽬的1、熟悉MATLAB 软件。

2、掌握常⽤连续信号与离散信号的MATLAB 表⽰⽅法。

⼆、实验设备安装有matlab6.5 以上版本的PC 机⼀台。

三、实验原理四、实验内容1、⽤MATLAB表⽰连续信号：tAe ，Acos(ω0 t +?)，Asin(ω0 t +?)。

源程序：clcclearclosesyms t;f1=2*exp(t);f2=2*cos(3*t+4);f3=2*sin(3*t+4);subplot(2,2,1);ezplot(f1,[-10,2]);title('f(t)=2e^t');grid on;subplot(2,2,2);ezplot(f2,[-5,5]);xlabel('t');title('f(t)=2cos(3t+4)');grid on;subplot(2,2,3);ezplot(f3,[-5,5]);xlabel('t');title('f(t)=2sin(3t+4)');grid on2、⽤MATLAB表⽰抽样信号(sinc(t))、矩形脉冲信号(rectpuls(t, width)) 及三⾓脉冲信号(tripuls(t, width, skew))。

源程序：clcclearcloset=-5:0.01:5;f1=sinc(t);f2=3*rectpuls(t,4);f3=3*tripuls(t,4,0);subplot(2,2,1);plot(t,f1);xlabel('t');title('f(t)=sinc(t)');grid on;subplot(2,2,2)plot(t,f2);xlabel('t');title('f(t)=3rectpuls(t,4)');grid on;axis([-5,5,-1,4]);subplot(2,2,3);xlabel('t');title('f(t)=3rectpuls(t,4,0)');grid on;axis([-5,5,-1,4]);3、编写如图3 的函数并⽤MATLAB 绘出满⾜下⾯要求的图形。

《信号与线性系统》实验指导书东华大学信息学院通信与电子信息工程系实验要求及说明一、 实验报告内容实验报告包括原理分析、源程序、执行结果分析及实验总结，其中原理分析和实验总结需要手写,其他可打印。

二、 实验成绩实验成绩包括出勤（10％）、实验表现（10％）、编程（30％）和实验报告（50％）几部分。

三、 其他说明缺席3次及以上取消考试成绩。

目 录实验一 连续信号的时域分析 1 实验二 连续时间系统的时域分析 3 实验三 连续信号的频域分析 9 实验四 连续系统的频域分析 12 实验五 信号采样与重建 15 实验六 离散时间信号和系统分析 17 附 录 MATLAB主要命令函数表 20实验一 连续信号的时域分析一、 实验目的1、熟悉MATLAB软件。

2、掌握常用连续信号与离散信号的MATLAB表示方法。

二、 实验设备安装有matlab6.5以上版本的PC机一台。

三、 MATLAB使用说明1、在MATLAB可视化绘图中，对于以t为自变量的连续信号，在绘图时统一用plot函数。

例题：绘出t从-10到10的sin(t)的波形。

t=-10:0.05:10;f=sin(t);plot(t,f);title('f(t)=sin(t)');xlabel('t') ;axis([-10,10,-1,1])grid on可得图1所示图形。

图12、此外也可以利用MATLAB 的ezplot 函数对连续信号画图。

例题：绘出t 从-10到10的sin(t)的波形。

clcclear all close all syms t f=sin(t)ezplot(f, [-10 10]); xlabel('t');title (' f(t)=sin(t)') ; grid on图2四、 实验内容1、用MATLAB 表示连续信号：t Ae α，0cos()A t ωϕ+，0sin()A t ωϕ+。