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1、MATLAB在信号与系统中的应用摘要:论文通过MATLAB在信号与系统中的应用实例,探讨了MATLAB在信号与系统中的应用方法和技巧,对运用计算机软件完成“信号与系统”课程的波形绘制,微分方程的求解信号与系统分析具有较好的参考价值。关键字:MATLAB应用信号与系统微分方程引言“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,是电子信息类专业学生的必修课程。它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,对后继专业课起着承上起下的作用。该课程的基本方法和理论大量运用于计算机信息处理的各个领域,特
2、别是通信、图像处理、数字信号分析等领域,应用更为广泛。MATLAB是Mathworks公司推出的数学软件,它将数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示结合在一起,为众多学科领域提供了一种简洁、高效的编程工具。另外,MATLAB作为一个辅助类的软件可以很好的完成数值计算、信号与系统分析的可视化建模及仿真调试。一、典型信号的MATLAB表示表示连续信号,需定义自变量的范围和取样间隔,如t=0:0.01:31.实指数信号y=k*exp(a*t)2.正弦信号k*sin(w*t+phi)k*cos(w*t+phi)3.复指数信号y=k
3、*exp((a+i*b)*t)实部real(y)虚部imag(y)模abs(y)相角angle(y)共轭conj(y)4.抽样信号Sat=sinc(t/pi)5.矩形脉冲信号y=rectpuls(t,width)周期方波信号y=square(2*pi*f*t,duty)%产生频率为fHZ,占空比为duty%的方波6.三角脉冲信号非周期三角波y=tripuls(t,width,skew)%斜度skew,最大幅度出现在t=(width/2)*skew周期三角波y=sawtooth(t,width)7.单位阶跃信号functio
4、ny=uCT(t)y=(t>=0)阶跃信号符号函数Heaviside()y=sym(‘Heaviside(t)’)%调用时必须用sym定义冲激信号符号函数Dirac()二、这些在信号的表示是至关重要的。MATLAB在信号与系统中有着很重要的作用:1.用MATLAB绘制信号的波形运用MATLAB绘图,可以很快速和简便的得到响应函数的波形图,通过分析响应的波形将对信号的分析有更深入的了解。例:有一正弦衰减数据y=sin(x).*exp(-x/10),其中x=0:pi/5:4*pi,用三次样条法进行插值。>>x0=0:pi/5:
5、4*pi;>>y0=sin(x0).*exp(-x0/10);>>x=0:pi/20:4*pi;>>y=spline(x0,y0,x);>>plot(x0,y0,'or',x,y,'b')这也是MATLAB应用软件最强大最适用的功能。不管你二维图形,三维图形,还是现在流行的四维图形。只要你想要,能编写出来函数式。在短短几秒钟之内,它会呈现在你眼前。另外就是图形的直观性,你在绘编图形时,加上一点修饰,它会自动标注你想要图形的阴影部分。MATLAB具有二维和三维绘图功能,使用方法十分简便。而且用户可以根据需要,坐标图上加标题。
6、坐标轴标记。文本注释及栅格等,也可以指定图线形式(如实线、虚线等)和颜色,也可以在同一张图上画不同函数的曲线,对于曲面图还可以画出等高线。2.利用MATLAB解微分方程在信号与系统中,连续时间系统处理连续时间信号,通常用微分方程来描述这类系统,也就是系统的输入与输出之间通过他们时间函数及其对时间t的各阶导数的线性组合联系起来。因此,在信号与系统中,求解微分方程对于研究连续时间系统的时域分析非常的重要。下面本文选择了一种简便的方法来处理这类问题,运用MATLAB的方法。求解微分方程y’=-y+t+1,y(0)=1,先求解析解
7、,再求数值解,并进行比较。由>>clear;>>s=dsolve('Dy=-y+t+1','y(0)=1','t')>>simplify(s)可得解析解为y=t+e^-t。下面再求其数值解,先编写M文件fun8.m%M函数fun8.mfunctionf=fun8(t,y)f=-y+t+1;再用命令>>clear;close;t=0:0.1:1;>>y=t+exp(-t);plot(t,y);%化解析解的图形>>holdon;%保留已经画好的图形,如果下面再画图,两个图形和并在一起>>[t,y]=ode45('fun8',[
8、0,1],1);>>plot(t,y,'ro');%画数值解图形,用红色小圈画>>xlabel('t'),ylabel('y')结果见图3、利用MATLAB进行数值计算在信号与系统中,计算是比不可少的。MATLAB的计算功能是最基本、最重要的功能,它是备受欢迎的基石。MATLAB能够成为世界上最优秀的数