信号系统课程设计

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1、唐山学院课程实践1引言MATLAB是一个功能强大的数学软件,它不但可以解决数学中的数值计算问题,还可以解决符号演算问题,并且能够方便地绘出各种函数图形。MATLAB自1984年由美国的MathWorks公司推向市场，现已成为国际最优秀的科技应用软件之一。1.1MATLAB软件功能简介MATLAB的名称源自MatrixLaboratory,1984年由美国Mathworks公司推向市场。它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛的应用于科

2、学计算、控制系统和信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。MATLAB软件包括五大通用功能，数值计算功能（Nemeric）、符号运算功能（Symbolic）、数据可视化功能（Graphic）、数字图形文字统一处理功能（Notebook）和建模仿真可视化功能（Simulink）。其中，符号运算功能的实现是通过请求MAPLE内核计算并将结果返回到MATLAB命令窗口。该软件有三大特点，一是功能强大；二是界面友善、语言自然；三是开放性强。目前，Mathworks公司已推出30多个应用工具箱。MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值及优

3、化、数值统计和随机信号分析、电路与系统、系统动力学、次那好和图像处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统以及财政金融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。1.2MATLAB与信号与系统关系MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，能基本满足信号与系统课程的需求。例如解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换和z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算

4、与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲击响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析和零极点图绘制等内容。数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识，并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础。随着近代科学技术的发展，特别是大规模集成电路的出现，数字计算机的广泛应用，信息高速公路的建设，使信号与系统日益复杂，也促进了信号与系统理论研究的发展。25唐山学院课程实践在系统理论的研究中，包括系统分析与系统综合两个方面。系统分析与信号分析被看成是一个整体。从信号传输的

5、观点来看，信号通过系统后，由于系统的职能作用而使信号的时间特性及频率特性发生变化，从而产生新的信号。从系统响应的观点来看，系统在信号的激励下，将必然作出相应的反应，从而完成系统的职能作用。因此，系统分析的任务，归根到底是：在给定系统的条件下，求得输入激励所产生的输出响应。系统综合则是在给定输入的条件下，为了获得预期的输出去实现系统的构成。而信号与系统研究的是信号，信号一般是随时间而变化的某些物理量。按照自变量的取值是否连续，信号分为连续时间信号和离散时间信号，一般f(t)和f(k)来表示。若对信号进行时域分析，就需要绘制其波

6、形，如果信号比较复杂，则手工绘制波形就变得很困难，且难以精确。MATLAB强大的图形处理功能及符号运算功能，为实现信号的可视化及其时域分析提供了强有力的工具。2基于MATLAB时域信号仿真分析25唐山学院课程实践时域法是直接分析时间变量的函数，研究系统的时域特性。对于输入-输出描述的数学模型，可求解常系数线性微分方程或差分方程；对于状态变量描述的数学模型，则需求解矩阵微分方程。在线性系统时域分析方法中，卷积方法非常重要，不管是在连续系统中的卷积还是在离散系统中的卷积和，都为分析线性系统提供了简单而有效的方法，运用MATLAB

7、进行时域信号的分析，包括系统零状态响应时域仿真波形图，系统冲激响应和阶跃响应时域波形图和连续时间信号卷积图形。2.1系统零状态响应仿真设计2.1.1设计原理对于零状态响应，MATLAB控制系统工具箱提供了对LTI系统的零状态响应进行数值仿真的函数lsim，该函数可求解零初始条件下微分方程的数值解，语句格式为：y=lsim(sys,f,t),其中 :t表示计算系统响应的时间抽样点向量；f是系统的输入信号向量；sys表示LTI系统模型，用来表示微分方程、差分方程或者状态方程。在求微分方程时，sys是由MATLAB的tf函数根据微

8、分方程系数生成的系统函数对象，其语句格式为：sys=tf(b,a),其中，b和a分别为微分方程右端和左端的系数向量。例如，对于微分方程可用；；获得其LTI模型。注意，如果微分方程的左端或右端表达式中有缺项，则其向量a或者b中对应的元素应为0，不能省略不写，否则会出错。2.1.2设计内容及运