信号与测试系统的分类与描述.ppt

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1、机电工程学院数字控制技术研究所王琨琦机电工程测试技术第一章、信号与测试系统的分类与描述本章学习要求：1.了解信号的分类及其定义2.掌握信号频域描述及其频谱分析3.了解傅里叶变换的概念和性质4.了解随机信号的分析方法机电工程测试技术第一章、信号与测试系统的分类与描述1.1信号的分类与描述信号的分类主要是依据信号波形特征来划分的，在介绍信号分类前，先建立信号波形的概念。信号波形：被测信号信号幅度随时间的变化历程称为信号的波形。波形1.1信号的分类与描述0At信号波形图：用被测物理量的强度作为纵坐标，用时间做横坐标，记录被测物理量随时间的变化情况。为深入了解信号的物理实质，将其进行分类研究是非常必

2、要的，从不同角度观察信号，可分为：1从信号描述上分--确定性信号与非确定性信号；2从信号的幅值和能量上--能量信号与功率信号；3从分析域上--时域信号与频域信号；1.1信号的分类与描述4从连续性--连续时间信号与离散时间信号；5从可实现性--物理可实现信号与物理不可实现信号。1.1信号的分类与描述1.1信号的分类与描述1确定性信号与非确定性信号可以用明确数学关系式描述的信号称为确定性信号。不能用数学关系式描述的信号称为非确定性信号,所描述物理现象是一种随机过程。。周期信号：经过一定时间可以重复出现的信号x(t)=x(t+nT)其中：T—周期T=2π/ω0ω0—基波频率n—0,±1,±2…….

3、简单周期信号简单周期信号1.1信号的分类与描述复杂周期信号复杂周期信号机械系统中，回转体不平衡引起的振动，往往也是一种周期性运动。例：某钢厂减速机上测得的振动波形，可以近似地看作复杂周期信号。1.1信号的分类与描述1.1信号的分类与描述b)非周期信号：再不会重复出现的信号。如：x(t)=sin(t)+sin(√2.t)，是两个正弦信号的合成，其频率比不是有理数，不成谐波关系。是非周期信号的特例，处于周期与非周期的边缘情况，是由有限个周期信号合成的，但各周期信号的频率相互间不是公倍数关系，其合成信号不满足周期条件。准周期信号这种信号往往出现于通信、振动系统中，应用于机械转子振动分析、齿轮噪声分

4、析、语音分析等场合瞬态信号:持续时间有限的信号，可用数学关系式描述如x(t)=e-Bt.Asin(2*π*f*t)瞬态信号1.1信号的分类与描述如：锤子的敲击力、承载缆绳断裂时的应力变化、热电偶插入加热炉中温度的变化过程。1.1信号的分类与描述c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。噪声信号(平稳)统计特性变异噪声信号(非平稳)例：汽车奔驰时所产生的振动；飞机在大气流中的浮动；树叶随风飘荡；环境噪声实际物理过程往往是很复杂的，即无理想的确定性，也无理想的非确定性，而是相互参杂的。1.1信号的分类与描述2能量信号与功率信号a)能量信号在所分析

5、的区间（-∞，∞），能量为有限值的信号称为能量信号，满足条件：一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。此时P=01.1信号的分类与描述关于信号的能量可作如下解释：对于电信号，通常是电压或电流，则：电流在区间（-∞，∞）内消耗在电阻上的能量为：上述每种情况，能量都是正比于信号平方的积分，当R=1时，为：即为信号x(t)的“能量”该信号称能量有限信号，简称能量信号。如矩形脉冲信号衰减指数函数电压在区间（-∞，∞）内消耗在电阻上的能量为：瞬时功率对时间积分就是信号在该积分时间内的能量。瞬时功率1.1信号的分类与描述b)功率信号许多信号如周期信号、随机信号，在所分析的区间（-∞，∞），能量不是有限值．

6、此时，研究信号的平均功率更为合适。一般持续时间无限的信号都属于功率信号:如前述单自由度振动系统，其位移信号x(t)就是能量无限的正弦信号，但一定区间内其功率却是有限的。此时E=∞1.1信号的分类与描述3时限与频限信号a)时域有限信号在时间段(t1，t2)内有定义，其外恒等于零．b)频域有限信号经过傅立叶变换，在频率区间(f1，f2)内有定义，其外恒等于零．三角脉冲信号正弦波幅值谱如：矩形脉冲三角脉冲余弦脉冲而周期信号、指数衰减信号、随机过程等则为时域无限信号如：正弦信号1.1信号的分类与描述4连续时间信号与离散时间信号a)连续时间信号:在所有时间点上有定义（含幅值连续和幅值不连续）模拟信号b

7、)离散时间信号:在若干时间点上有定义,幅值可连续或离散（采样信号、数字信号）采样信号1.2信号的频域分析频域描述:应用傅里叶变换，对信号进行变换（分解），以频率为独立变量，建立信号幅值、相位与频率的关系时域描述：以时间为独立变量，直接观测或记录信号，反映信号幅值随时间变化的关系。局限：不能揭示信号的频率组成关系第一章、信号与测试系统的分类与描述1.2信号的频域分析频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换