基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真
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实验二利用MATLAB进行时域分析本实验内容包含以下三个部分:基于MATLAB得线性系统稳定性分析、基于MATLAB得线性系统动态性能分析、与MATALB进行控制系统时域分析得一些其它实例。
一、基于MATLAB得线性系统稳定性分析线性系统稳定得充要条件就是系统得特征根均位于S平面得左半部分。
系统得零极点模型可以直接被用来判断系统得稳定性。
另外,MATLAB语言中提供了有关多项式得操作函数,也可以用于系统得分析与计算。
(1)直接求特征多项式得根设p为特征多项式得系数向量,则MATLAB函数roots()可以直接求出方程p=0在复数范围内得解v,该函数得调用格式为:v=roots(p) 例3、1 已知系统得特征多项式为:特征方程得解可由下面得MATLAB命令得出。
>> p=[1,0,3,2,1,1];v=roots(p)结果显示:v =0、3202 + 1、7042i0、3202 - 1、7042i-0、72090、0402 + 0、6780i0、0402 - 0、6780i利用多项式求根函数roots(),可以很方便得求出系统得零点与极点,然后根据零极点分析系统稳定性与其它性能。
(2)由根创建多项式如果已知多项式得因式分解式或特征根,可由MATLAB函数poly()直接得出特征多项式系数向量,其调用格式为:p=poly(v) 如上例中:v=[0、3202+1、7042i;0、3202-1、7042i;-0、7209;0、0402+0、6780i; 0、0402-0、6780i];>> p=poly(v)结果显示p =1、0000 0、0001 3、00002、0001 0、9998 0、9999由此可见,函数roots()与函数poly()就是互为逆运算得。
(3)多项式求值在MATLAB 中通过函数polyval()可以求得多项式在给定点得值,该函数得调用格式为: polyval(p,v)对于上例中得p值,求取多项式在x点得值,可输入如下命令:>> p=[1,0,3,2,1,1];x=1polyval(p,x)结果显示x =1ans =8(4)部分分式展开考虑下列传递函数:式中,但就是与中某些量可能为零。
实验1 利用matlab进行系统的时域分析一.实验目的:1.了解离散时间序列卷积与的matlab实现;2.利用卷积与求解系统的零状态响应;二.实验原理:1.连续时间系统零状态响应的求解连续时间LTI系统以常系数微分方程描述,系统的零状态响应可通过求解初始状态为零的微分方程得到。
在MATLAB中,控制系统工具箱提供了一个用于求解零初始状态微分方程数值解的函数lsim。
其调用方式为y= lsim( sys,x,t)式中t表示计算系统响应的抽样点向量,x就是系统输入信号向量,sys就是连续时间LTI系统模型,用来表示微分方程、差分方程、状态方程。
在求解微分方程时,微分方程的连续时间LTI系统模型sys要借助tf函数获得,其调用方式为sys= tf(b,a)式中b与a分别为微分方程右端与左端各项的系数向量。
例如对3阶微分方程+++=+++可用a=[ a3, a2, a1, a0];b=[b3 ,b2, b1,b0]; sys=tf( b,a)获得连续时间LTI模型。
注意微分方程中为零的系数一定要写入向量a与b中。
【例2-1】描述某力学系统中物体位移y(t)与外力f(t)的关系为++y(t)=x(t)物体质量m=l kg,弹簧的弹性系数ks= 100 N/m,物体与地面的摩擦系数fd=2 N·s/m,系统的初始储能为零,若外力x(t)就是振幅为10、周期为1的正弦信号,求物体的位移y(t)。
解:由已知条件,系统的输入信号为x(t)=10sin(2πt),系统的微分方程为++100y(t)=x(t)计算物体位移y(t)的MATLAB程序如下:%program2_1微分方程求解ts=0;te=5;dt=0、01;sys=tf([1],[1 2 100]);t=ts:dt:te;x=10*sin(2*pi*t);y=lsim(sys,x,t);plot(t,y);xlabel('Time(sec)')ylabel('y(t)')-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.2Time(sec)y (t )图2-1系统的零状态响应2、连续时间系统冲激响应与阶跃响应的求解在MATLAB 中,求解系统冲激响应可应用控制系统工具箱提供的函数impulse,求解阶跃响应可利用函数step 。
基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真MATLAB是一种高级计算软件,广泛应用于各个领域中的科学和工程问题的分析与仿真。
在信号与系统领域,MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
线性系统是指具有线性特性的系统,它们满足叠加原理和比例原理。
在时域分析中,我们通常关注系统的时域响应,即系统对输入信号的输出响应。
MATLAB提供了许多实用的函数来分析线性系统的时域行为。
首先,我们可以通过建立线性系统模型来研究其时域特性。
MATLAB 中的tf和ss函数可以用于创建传递函数和状态空间模型。
传递函数是输入输出之间的比值关系,而状态空间模型描述了系统的状态变量和输入/输出之间的关系。
可以通过输入系统的差分方程或频域特性来创建或导入线性系统的模型。
接下来,我们可以使用step、impuls和lsim函数来分析线性系统的时域响应。
step函数用于计算系统的单位阶跃响应,impuls函数用于计算系统的单位脉冲响应,而lsim函数用于计算系统对任意输入信号的响应。
这些函数能够绘制系统的时域响应曲线,并提供有关系统稳定性和动态特性的信息。
除了时域分析,MATLAB还提供了一些仿真工具来模拟线性系统的时域行为。
Simulink是MATLAB的一个强大的仿真环境,它可以用于构建复杂的线性系统模型,并通过仿真来分析系统的时域响应。
Simulink提供了丰富的模块库,包括线性系统模型、输入信号源和观测器等,使用户能够快速搭建系统模型并进行仿真。
在仿真过程中,Simulink提供了多种仿真方法,如固定步长仿真和变步长仿真。
固定步长仿真通过以固定的时间步长进行仿真,可以在仿真过程中保持较高的精度。
变步长仿真则根据系统响应的动态特性自适应地调整仿真步长,以确保在不同仿真阶段获取较高的精度和仿真效率。
总之,MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
通过建立线性系统模型、使用时域分析函数和Simulink仿真工具,用户可以方便地研究和分析系统的时域特性,并得到系统的时域响应曲线,进而了解系统的稳定性、动态特性和性能等信息。
摘要系统的时域响应分析是衡量控制系统的重要指标。
所谓控制系统的时域响应分析就是在时间域内求解系统的微分方程,然后根据绘制出来的曲线分析系统的性能和各主要参数对系统性能的影响。
不过这里的响应曲线一般是指典型的响应曲线,即所谓的阶跃响应和脉冲响应。
求解系统典型响应的思路是首先列出微分方程组,对方程两边同时取拉普拉斯变换得到系统传递函数,然后根据绘制出来的图形进行系统分析。
利用MATLAB提供的系统时域响应分析函数可以方便、快捷地观察到系统的输出是否满足要求。
经过系统仿真后得出诸如系统传递函数等的上升时间、调节时间、超调量和稳态误差等参数。
此次综合实践所选的系统经过MATLAB软件进行系统仿真后,得到系统的输出函数,可以直观的看到系统个状态量变化情况。
关键词:MATLAB软件;系统时域响应分析;系统的响应曲线AbstractThe system time domain response analysis is an important indicator to measure control system. The so-called control system is the time-domain response of the system in time domain for solving differential equations, and then draw out the performance curve analysis system and the main parameters on system performance. But here, generally refers to a typical response curve of the response curve, the so-called step response and pulse response. A typical response to the idea of solving the system is listed first differential equations, both sides of the equation at the same time taking the Laplace transform of the system transfer function, and then draw out a systematic analysis of the graphic.MATLAB provides a system using time domain response analysis function can be quickly and easily observe whether the output of the system to meet the requirements. After the system obtained after simulation of the system transfer function, etc., such as rise time, adjusting time, overshoot and steady-state error and other parameters.The practice of the selected system is an integrated MATLAB system simulation software, got the system output function, you can see visual changes in the amount of system-state.Keywords: MATLAB software; the system time domain response analysis; system response curves目录摘要 (I)Abstract .....................................................................................................I I 第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 时域响应分析 (1)1.2.1 系统响应的输入信号 (1)1.2.2 根据模型获得响应曲线 (2)1.3 本次综合实践2的意义 (2)第2章MATLAB软件简介 (3)2.1 MATLAB (3)2.2 MATLAB概述 (3)2.2.1 MATLAB软件 (3)2.2.2 Matlab的优势和特点 (4)第3章系统的软件设计思路 (8)3.1 典型信号的生成 (8)3.2 系统直流增益 (9)3.3 系统的固有频率和阻尼系数 (10)3.4 系统零输入响应 (10)3.5 典型系统传递函数分析 (11)3.6 任意给定输入的系统时域响应 (12)3.7 典型系统传递函数分析应用举例 (13)第4章系统函数的仿真及分析 (15)4.1 系统传递函数的模型建立及仿真 (15)4.2 系统传递函数的仿真结果分析 (19)结论 (19)参考文献 (21)致谢 (22)第1章绪论1.1 概述在控制系统分析和设计中,常采用典型响应特性来描述系统的动态性能。
实验二 MATLAB用于时域分析一、实验目的通过使用MATLAB完成系统的输出响应分析、稳定性分析、求动态性能指标以及稳态误差分析等工作。
二、实验原理在MATLAB中,可以通过单输入单输出系统的传递函数,进行系统的脉冲响应,阶跃响应以及一般输入响应等时域分析。
用到以下函数:单位阶跃响应 step(num,den,t)单位脉冲响应impluse(num,den,t)一般输入响应 y=Isim(num,den,u,t)时间t是事先定义的矢量,u为输入信号。
此外,还可以求出系统的超调量,调节时间以及稳态误差。
SIMULINK是MATLAB的一个附加组件,用来提供一个系统的建模、动态仿真及综合分析的工作平台。
SIMULINK模型可以用来模拟线性或非线性、连续或离散,或者两者混合的系统,即可用它来模拟几乎所有的动态系统。
三、实验内容通过MATLAB以及其中的SIMULINK完成系统的输出响应分析、稳定性分析、求动态性能指标以及稳态误差分析等工作。
四、实验代码1、一阶系统响应sys1=tf([100],[1 0]);sys2=tf([0.1],[1]);sys=feedback(sys1,sys2);step(sys)2、二阶系统响应wn=1t=0:0.1:12;num=[1];zeta1=0;den1=[1 2*zeta1 1];zeta3=0.3;den3=[1 2*zeta3 1];zeta5=0.5;den5=[1 2*zeta5 1];zeta7=0.7;den7=[1 2*zeta7 1];zeta9=1.0;den9=[1 2*zeta9 1];[y1,x,t]=step(num,den1,t);[y3,x,t]=step(num,den3,t);[y5,x,t]=step(num,den5,t);[y7,x,t]=step(num,den7,t);[y9,x,t]=step(num,den9,t);plot(t,y1,t,y3,t,y5,t,y7,t,y9)grid on;3、稳定性分析den=[1 1 2 24];roots(den)4、求动态性能指标t=0:0.01:2;num=[1000]';den=[1 34.5 1000];[y,x,t]=step(num,den,t);plot(t,y);maxy=max(y);yes=y(length(t));pos=100*(maxy-yes)/yesfor i=1:1:201if y(i)==maxy,n=i;endendtp=(n-1)*0.01for i=1:1:201if(y(i)<1.05&y(i)>0.95),n=i;endbreak;endts=(n-1)*0.015、稳态误差分析t=0:0.1:15;[num1,den1]=cloop([1],[1 1]);[num2,den2]=cloop([1],[1 1 0]);[num3,den3]=cloop([4 1],[1 1 0 0]);y1=impulse(num1,den1,t);y2=impulse(num2,den2,t);y3=impulse(num3,den3,t);subplot(311);plot(t,y1);subplot(312);plot(t,y2);subplot(313);plot(t,y3);er1=0-y1(length(t))er2=0-y2(length(t))er3=0-y3(length(t))6、求单位阶跃响应及其稳态误差t=0:0.1:20[num1,den1]=cloop([1],[1 1]);[num2,den2]=cloop([1],[1 1 0]);[num3,den3]=cloop([4 1],[1 1 0 0]);y1=step(num1,den1,t);y2=step(num2,den2,t);y3=step(num3,den3,t);subplot(311);plot(t,y1);subplot(312);plot(t,y2);subplot(313);plot(t,y3);er1=1-y1(length(t));er2=1-y2(length(t));er3=1-y3(length(t));7、求单位斜坡响应及其稳态误差t=0:0.1:20;t1=0:0.1:100;[num1,den1]=cloop([1],[1 1]);[num2,den2]=cloop([1],[1 1 0]);[num3,den3]=cloop([4 1],[1 1 0 0]);y1=step(num1,[den1 0],t1);y2=step(num2,[den2 0],t);y3=step(num3,[den3 0],t);subplot(311);plot(t1,y1,t1,t1);subplot(312);plot(t,y2,t,t);subplot(313);plot(t,y3,t,t);er1=t1(length(t1))-y1(length(t1))er2=t(length(t))-y2(length(t))er3=t(length(t))-y3(length(t))8、实例分析kp=[0.11 6];t=[0:0.01:1];num1=303.03*kp(1);den1=[0.00001 0.00633 0.20167 21.21*kp(1)+1];y1=step(num1,den1,t);num2=303.03*kp(2);den2=[0.00001 0.00633 0.20167 21.21*kp(2)+1];y2=step(num2,den2,t);subplot(211);plot(t,y1);subplot(212);plot(t,y2);gtext('kp=0.11');gtext('kp=6');9、SIMULINK用于系统仿真五、实验结果1、一阶系统响应2、二阶系统响应3、稳定性分析4、求动态性能指标5、稳态误差分析6、求单位阶跃响应及其稳态误差7、求单位斜坡响应及其稳态误差8、实例分析9、SIMULINK用于系统仿真六、实验总结通过本次实验实现了用MATLAB完成系统的输出响应分析、稳定性分析、求动态性能指标以及稳态误差分析等工作。
基于MATLAB自动控制系统时域频域分析与仿真MATLAB是一款强大的数学软件,也是自动控制系统设计的常用工具。
它不仅可以进行时域分析和频域分析,还可以进行相关仿真实验。
本文将详细介绍MATLAB如何进行自动控制系统的时域和频域分析,以及如何进行仿真实验。
一、时域分析时域分析是指对系统的输入信号和输出信号进行时域上的观察和分析,以了解系统的动态特性和稳定性。
MATLAB提供了一系列的时域分析工具,如时域响应分析、稳态分析和步骤响应分析等。
1.时域响应分析通过时域响应分析,可以观察系统对于不同的输入信号的响应情况。
在MATLAB中,可以使用`lsim`函数进行系统的时域仿真。
具体步骤如下:- 利用`tf`函数或`ss`函数创建系统模型。
-定义输入信号。
- 使用`lsim`函数进行时域仿真,并绘制系统输出信号。
例如,假设我们有一个二阶传递函数模型,并且输入信号为一个单位阶跃函数,可以通过以下代码进行时域仿真:```num = [1];den = [1, 1, 1];sys = tf(num, den);t=0:0.1:10;u = ones(size(t));[y, t, x] = lsim(sys, u, t);plot(t, y)```上述代码中,`num`和`den`分别表示系统的分子和分母多项式系数,`sys`表示系统模型,`t`表示时间序列,`u`表示输入信号,`y`表示输出信号。
通过绘制输出信号与时间的关系,可以观察到系统的响应情况。
2.稳态分析稳态分析用于研究系统在稳态下的性能指标,如稳态误差和稳态标准差。
在MATLAB中,可以使用`step`函数进行稳态分析。
具体步骤如下:- 利用`tf`函数或`ss`函数创建系统模型。
- 使用`step`函数进行稳态分析,并绘制系统的阶跃响应曲线。
例如,假设我们有一个一阶传递函数模型,可以通过以下代码进行稳态分析:```num = [1];den = [1, 1];sys = tf(num, den);step(sys)```通过绘制系统的阶跃响应曲线,我们可以观察到系统的稳态特性。
兰州理工大学《自动控制原理》MATLAB分析与设计仿真实验报告院系:电气工程与信息工程学院班级:电气工程及其自动化四班姓名:学号:时间:年月日电气工程与信息工程学院《自动控制原理》MATLAB 分析与设计仿真实验任务书(2014) 一、仿真实验内容及要求 1.MATLAB 软件要求学生通过课余时间自学掌握MATLAB 软件的基本数值运算、基本符号运算、基本程序设计方法及常用的图形命令操作;熟悉MATLAB 仿真集成环境Simulink 的使用。
2.各章节实验内容及要求1)第三章 线性系统的时域分析法∙ 对教材第三章习题3-5系统进行动态性能仿真,并与忽略闭环零点的系统动态性能进行比较,分析仿真结果;∙ 对教材第三章习题3-9系统的动态性能及稳态性能通过仿真进行分析,说明不同控制器的作用;∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第三章习题3-30,并对结果进行分析; ∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P153.E3.3;∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”,在100=a K 时,试采用微分反馈控制方法,并通过控制器参数的优化,使系统性能满足%5%,σ<3250,510s ss t ms d -≤<⨯等指标。
2)第四章 线性系统的根轨迹法∙ 在MATLAB 环境下完成英文讲义P157.E4.5; ∙ 利用MATLAB 绘制教材第四章习题4-5;∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-10及4-17,并对结果进行分析;∙ 在MATLAB 环境下选择完成教材第四章习题4-23,并对结果进行分析。
3)第五章 线性系统的频域分析法∙ 利用MATLAB 绘制本章作业中任意2个习题的频域特性曲线;4)第六章 线性系统的校正∙ 利用MATLAB 选择设计本章作业中至少2个习题的控制器,并利用系统的单位阶跃响应说明所设计控制器的功能;∙ 利用MATLAB 完成教材第六章习题6-22控制器的设计及验证;∙ 对英文讲义中的循序渐进实例“Disk Drive Read System”,试采用PD控制并优化控制器参数,使系统性能满足给定的设计指标ms t s 150%,5%<<σ。
江西科技师范大学毕业论文(设计)题目(中文):基于MATLAB 的线性系统时域分析及仿真(外文):The Linear System Time-domain Analysis and Simulation Based on MATLAB 系(院):专业:电子信息工程学生姓名:学号:指导教师:2012年5月11日目录1.绪论 (1)1.1线性系统时域分析研究现状 (1)1.2国内外基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真应用现状 (2)2.MATLAB概述 (4)2.1简介 (4)2.2.1数值运算功能 (8)2.2.2图形功能 (12)2.2.3系统仿真功能 (14)3.基于MATLAB线性系统时域分析及仿真 (15)3.1基于MATLAB连续系统分析及仿真 (15)3.1.1信号的描述及运算 (15)3.1.2系统时域分析 (18)3.1.3连续系统的仿真 (21)3.2离散线性系统时域分析 (26)3.2.1线性离散时间信号的基本运算 (26)3.2.2线性离散系统分析 (28)3.2.3离散系统的仿真 (34)4.结束语 (35)参考文献 (36)基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真摘要:信号与系统是通信和电子信息类专业的核心基础课,其中的概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电路与系统等领域。
MATLAB是Matrix LABoratoy的缩写,它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言,专门针对科学、工程计算及绘图的需求。
MA TLAB是美国M ath Wo rk s公司开发的大型工程计算软件,其顶尖的数值计算功能、强大的图形可视化功能、简洁易学的编程语言、可交互式的集成环境,深受工程技术人员欢迎。
由于其内部包含规模极大、覆盖面极广的工具箱,因此应用范围十分广泛。
利用其强大的信号处理工具箱可以生成信号,而且还可计算系统的响应,并可完成对连续时间系统的时域、频域及复频域的分析和仿真。
MATLAB可应用于连续系统中零输入和零状态响应的数值求解和符号求解,冲激响应和阶跃响应,以及卷积积分的求解和仿真。
可应用于离散系统的时域分析和响应、单位取样响应、卷积运算、信号抽样的运算和仿真。
关键词:线性系统;时域分析;MATLAB;仿真1.绪论1.1线性系统时域分析研究现状信号与系统课程是一门实用性较强、涉及面较广的专业基础课,是通信、电子信息类专业本科生的必修课程。
也是许多通信、电子信息类专业硕士研究生入学必考课程,其中的概念和分析方法广泛应用于通信、自动控制、信号与信息处理、电路与系统等领域。
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。
在信号与系统中,线性系统有着极其重要的地位。
线性系统常应用在自动控制理论、信号处理及电信上。
由于线性系统较容易处理,分析和计算简单,许多时候会将系统理想化或简化为线性系统。
严格地说,实际的物理系统都不可能是线性系统。
但是,通过近似处理和合理简化,大量的物理系统都可在足够准确的意义下和一定的范围内视为线性系统进行分析。
例如一个电子放大器,在小信号下就可以看作是一个线性放大器,只是在大范围时才需要考虑其饱和特性即非线性特性。
线性系统的理论比较完整,也便于应用,所以有时对非线性系统也近似地用线性系统来处理。
例如在处理输出轴上的摩擦力矩时,常将静摩擦当作与速度成比例的粘性摩擦来处理,以便于得出一些可用来指导设计的结论。
从这个意义上来说,线性系统是一类得到广泛应用的系统。
时域分析法是系统三大分析法之一,在系统分析中具有重要意义。
这不仅是因为时域分析简单直观,概念容易理解,而且,还有一些非线性系统在限定范围与指定条件下,遵从线性特性的规律,另一方面,线性系统时域分析方法已经形成了完整的,严密的体系,日趋完善和成熟。
时域分析法直接分析时间变量的函数,研究系统的时间响应特性这种方法的主要有点是概念清楚。
对于输入--输出描述的数学模型,可以利用经典法解常系数线性方程或差分方程;对于状态变量描述的数学模型,则需求解矩阵方程,在线性系统时域分析方法中,卷积方法最受重视,它的有点表现在许多方面。
本课题主要应用MATLAB的数值运算和图形功能对线性时域系统进行分析,并利用其仿真功能对线性时域系统进行分析。
1.2国内外基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真应用现状20世纪50年代,美国麻省理工大学总结了二战以来在通信、雷达、控制等领域的广泛应用的基础理论,创立了"Electronic Circuit,Signals and Systems"。
这门课程不仅包含了现在的"信号与系统"课程的内容,还包括了"电路分析"等课程的内容,成为"信号与系统"课程的雏形。
在当时的情况下,它以全新的面貌,改变了传统的"电机和电子学"课程体系,对后续课程的发展起到了很大的推动作用。
课程出现伊始,由于与电路分析理论密切相关,重点放在了连续信号与系统的分析上,包括连续系统的时域分析法、傅里叶变换、拉普拉斯变换等。
20世纪60年代以后,随着数字电路和计算机技术的飞速发展,离散信号与系统的分析逐步在实际应用中占据了越来越重要的位置,与之相关的离散时间系统的时域分析法、z变换、离散傅里叶变换以及状态空间分析等方法逐步加入了课程教学当中。
"信号与系统"课程的主要内容是介绍信号与系统的基本理论和基本分析方法,含括对连续和离散两类信号的时域和频域分析和两类线性非时变系统的分析。
在方法上,涉及时域方法和变换域方法,并介绍了信号与系统分析用的三大变换--傅里叶变换、拉普拉斯变换和z变换。
同时,作为一门与工程应用密切相关的课程,各个学校的课程之中都加入了很多应用知识。
例如,系统的频率响应、因果性、稳定性及其判定准则等。
国内大学在"文革"以前主要是参照苏联的教学体系,其中很多学校教学中与"信号与系统"课程内容相近的主要包含在"无线电技术"(或者其他名称)的课程当中。
10年动乱结束以后,教育部(当时称国家教委)重新开始制定大学的教学计划,开展了教材和课程建设。
大多数工科学校在无线电技术专业中开设了"信号与系统"课程。
后来,由于课程的内容在其他各个电类专业中日趋基础和重要,几乎所有的电类专业,甚至很多非电专业,都开设了这门课程,成为一门非常重要的专业基础课。
国内的这门课程从建立之日起,就以国外高校的课程为参考,特别是欧美的一些名校,如MIT、UCB等,而且相关的教师也非常注重收集国外的先进经验,所以很多国外高校的新做法,例如Matlab引入信号系统实验等,在国内很多教材和课程中都有所体现。
再加上前面提到的最近30年"信号与系统"的核心内容相对稳定,所以在体系和内容上,国内和国外都非常相近。
在具体介绍顺序上,大致可以分为4类:(1)先时域,后变换域(频域、复频域);在时域或变换域中是先连续,后离散。
(2)先连续,后离散;先时域,后变换域(频域、复频域)。
(3)侧重于连续信号与系统,少讲/不讲离散信号与系统,这种课程设置方案用于一些高校中的通信和控制领域的相关专业。
(4)增加离散信号与系统分析的比重,减少连续信号与系统的分析,倾向于通信与数字信号处理。
无论是国内还是国外,"信号与系统"课程的核心教学内容在近30年的时间内相对保持稳定。
但是,改革和发展应该是各个课程永恒的主题。
面向未来,我认为以下几个方面值得我们重点关注:(1)处理好数字技术发展对课程体系的影响随着数字电路和计算机技术的不断发展,数字系统在实际工程中的应用越来越广泛,离散信号与系统分析的内容在课程中占的比例也越来越高,大有取代连续信号与系统分析的趋势。
有关这方面的改革一直没有间断,争议也一直没有平息过。
连续信号与系统分析是对实际客观世界的观察、描述和分析,而离散信号与系统则通过数字技术提供了信号传输与处理的有效手段,两者的关系应该是相辅相成的。
(2)注意计算机和CAD技术的影响由于计算机技术的飞速发展,目前很多计算机辅助设计或者计算软件在科研和工程中起到了越来越大的作用。
这不可避免地会对课程内容产生影响,相应的内容必须进行修改,但这并不意味着是对内容的简单删节。
例如,在计算机技术的支持下,绘制系统精确的频响曲线已经成为非常简单的事情,原来的通过分段折线逼近加修正的波特图画法就显得笨拙而没有必要了。
但是,各阶系统极零点在波特图上表现出的截止特性依然是工程应用中的重要知识点,对系统综合等有着重要的意义。
(3)及时跟踪未来技术及其可能产生的影响当前,科技飞速发展,新技术不断涌现,例如超宽带通信、人工神经网络信号处理、盲信号处理以及量子计算机与量子通信等,都可能成为今后实用的技术,相关的知识将成为"信号与系统"课程中新的知识点,并可能对整个课程体系产生重大的影响。
在今后必须重视跟踪新技术发展趋势。
2.MATLAB概述2.1简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,MATLAB自产生之日起,就以其强大的功能和良好的开放性而在科学计算诸软件中独占鳌头。
如今,新版本的MATLAB在符号运算上不甘落后,在与符号运算最为强大的工具软件Maple实现接口之后,可以说MATLAB在数值计算、符号运算及图形处理方面都在同类软件产品中占有优势。
MATLAB语言主要有以下其他语言无可比拟的特点:(1)友好的工作平台编程环境MATLAB由一系列工具组成。
这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件,其中许多工具采用的是图形用户界面。
包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。
随着MATLAB 的商业化以及软件本身的不断升级,MATLAB的用户界面也越来越精致,更加接近Windows的标准界面,人机交互性更强,操作更简单。
而且新版本的MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统,极大的方便了用户的使用。