第6章状态变量分析法

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电力系统稳定性分析方法

电力系统稳定性分析方法一、引言电力系统是现代社会运行的重要基础设施，其稳定性对社会经济发展至关重要。

为了保障电力系统的稳定运行，分析电力系统的稳定性显得尤为重要。

本文将介绍电力系统稳定性分析的方法，并探讨其在实际应用中的意义。

二、动态稳定性分析方法动态稳定性是指电力系统在扰动下的恢复能力，其分析主要包括以下几种方法。

1. 平衡点分析法平衡点分析法是一种最基本的电力系统稳定性分析方法，其通过对电力系统进行线性化处理，以判断系统在发生扰动时是否能够回到平衡状态。

该方法具有计算简单、易于理解的优势，但仅适用于小扰动范围内的稳定性分析。

2. 状态变量分析法状态变量分析法是一种基于微分方程组的稳定性分析方法，其通过建立系统的状态变量模型，利用数学方法分析系统的稳定性。

该方法适用于更大范围的扰动，并能够提供系统动态性能的详细信息。

3. 相量法相量法是一种将电力系统描述为相量方程的稳定性分析方法，其通过对电力系统中各个节点的电压和电流进行相量计算，得到系统的电力输送情况。

相量法能够提供系统各个节点的电力传输能力和动态稳定性等信息，对于大规模电力系统的稳定性分析应用广泛。

三、静态稳定性分析方法静态稳定性是指电力系统在稳定工作点附近对负荷变化和参数扰动的敏感性。

下面介绍两种常用的静态稳定性分析方法。

1. 损耗灵敏度法损耗灵敏度法通过对系统的功率损耗进行分析，以判断电力系统在负荷变化或参数改变时的稳定性。

该方法对于分析系统的经济性具有重要意义，能够指导电力系统的运行和规划。

2. 阻尼灵敏度法阻尼灵敏度法是一种基于系统的各种模式振荡损耗的分析方法，通过测量系统各个模式的阻尼比，以评估系统的稳定性。

阻尼灵敏度法在分析系统的振荡稳定性方面具有一定的优势，广泛应用于电力系统的规划和控制中。

四、实际应用与意义电力系统稳定性分析方法在实际应用中具有重要的意义。

首先，稳定性分析方法可以帮助电力系统运营者评估系统的稳定状况，及时发现潜在的稳定问题，并采取相应的措施进行调整，确保电力系统的安全稳定运行。

系统的状态变量分析法

出
状
方
态
程
方
程
9-1 连续系统状态空间方程建立
一、引例 t<0，K在2；t=0，K从2打到1。求t>0时，电压uR和uL。
（
状
态
方
程
）
（输出
uR t Ri(t)
方程
uL t Ri(t) uc (t) us (t)
）
状态方程和输出方程通称为
状态空间方程
uc(t)和i(t)称为状态变量
说明：同一系统函数或微分方程，可以有不同的模拟图或信号流图，所以可以得到不同的状态方程和输出方程，但特征根相同，同一系统，它的系统矩阵A相似。
练习1：列写状态方程和输出方程，已知系统函数为
状态变量：选积分器输出。
练习2：已知系统函数，用级联型信号流图列写状态方程和输出方程
状态变量：选积分器输出。来自3、系统函数矩阵与单位冲激响应矩阵 1）系统函数矩阵
2）单位冲激响应矩阵： 3）系统自然频率：
意义：第j个激励单独作用时与所产生的第i个响应之间的关系。
3、状态方程：描述系统状态变量和激励与状态变量一阶导数关系的微分方程组。
4、输出方程：描述系统状态变量和激励与输出响应关系的代数方程组。 5、状态向量：由状态变量做分量所构成的向量。（n维） 6、状态空间：状态变量所有取值的集合。即状态向量所在的空间。 7、状态轨迹：在状态空间中状态向量端点随时间变化所形成的轨迹。
（2）便捷的运用到多输入多输出系统；（3）可以分析系统的“可观测性”和“可控制性”；（4）可以描述非线性系统和时变系统；（5）便于计算机求解（一阶微分方程、差分方程）。
4、分析方法：状态变量法
以系统内部的状

第0章-数字信号处理基础教程-陈纯锴-清华大学出版社

2. 数字信号处理的实现方法
(3)数字信号处理的片上系统（SOC, System on a Chip）随着大规模集成电路的发展，一个复杂数字信号处理系统可以集成在一个芯片上。 SOC 包含有数字和模拟电路、模拟和数字转换电路、微处理器、微控制器以及数字信号处理器等。与传统集成电路不同的是，嵌入式软件的设计也被集成到SOC设计流程中，SOC设计以组装为基础，采用自上至下设计方法，设计过程中大量重复使用自行设计或第三方拥有知识产权的 IP(Intelligent Property) 模块。 SOC 要考虑如何合理划分软件和硬件所实现的系统功能以及如何实现软硬件间的信息传递。 SOC 是数字信号处理系统的一个新型实现方法。
数字滤波器设计
数字滤波器结构（直接型、级联型、并联型、格型） IIR滤波器设计（脉冲不变法、双线性变换法） FIR滤波器设计（窗口法、频率取样法、优化法）卡尔曼滤波器设计、维纳滤波器设计自适应滤波器设计数字滤波器软硬件实现及有限字长效应研究生课程
图1-1数字信号处理理论结构
2. 数字信号处理的实现方法
第3章离散傅里叶变换
第4章快速傅里叶变换第5章数字滤波器基本结构及状态变量分析法第6章无限脉冲响应数字滤波器的设计第7章有限脉冲响应数字滤波器的设计
本课程的特点
1. 数学工具多微积分，概率统计，随机过程，高等代数，数值分析，积分变换，复变函数等。 2. 要求基础强网络理论、信号与系统是本课程的理论基础。 3. 与其它学科密切相连与最优控制、通信理论、故障诊断、计算机、微电子技术不可分，又是人工智能、模式识别、神经网络等新兴学科的理论基础之一。
信号抽样与采集
时域采样定理频域采样定理 Z变换

信号与系统杨晓非课后答案

信号与系统杨晓非课后答案【篇一：《信号与系统》考试大纲】>（一）信号与系统的基本概念信号的基本概念及其分类，信号的表示方法，典型连续信号及其性质，典型离散信号及性质，信号的基本运算和变换，系统的基本概念及其分类，线性非时变系统及其性质，系统性质的判定，连续系统与离散系统的数学模型，离散系统数学模型的建立，连续系统的时域模拟。

（二）连续系统的时域卷积分析法 lti连续系统的时域经典分析法。

冲激响应、阶跃响应及其与冲激响应的关系；任意波形信号的时域分解与卷积积分的定义，卷积积分的图解法和阶跃函数法、求解卷积的运算性质，lti连续系统零状态响应的卷积分析法，运用杜阿密尔积分求解系统的零状态响应。

lti离散系统的时域经典分析法。

单位序列响应、阶跃响应及其与单位序列响应的关系；任意波形离散信号的时域分解与积卷和的定义，卷积和的图解法、时限序列卷积和的不进位乘法和算式法求解、卷积和的运算性质，lti离散系统零状态响应的卷积和分析法。

（三）信号的频谱分析与傅里叶变换分析法周期信号表为傅里叶级数，周期信号的频谱及其特点，周期信号的功率谱。

非周期信号的傅里叶变换，频谱密度及其特点，典型信号的傅里叶变换，傅里叶变换的性质，周期信号的傅里叶变换，能量谱密度和功率谱密度。

频域系统函数h(j?)，lti连续系统零状态响应的傅里叶变换分析法，系统无失真传输的条件；无失真传输系统和理想低通滤波器的冲激响应与阶跃响应，抽样定理。

（四）拉普拉斯变换分析法拉普拉斯变换及其收敛域，单边拉普拉斯变换，典型信号的单边拉普拉斯变换，单边拉普拉斯变换的性质，求拉普拉斯反变换的部分分式展开法和留数法，单边拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系。

微分方程的拉普拉斯变换解，lti连续系统的s域分析法，电路的s 域分析法，系统函数h(s)在系统分析中的意义及求取，系统信号流图及其化简与模拟。

系统函数的零、极点概念，零极点图，连续系统函数h(s)的零极点分布与系统的时间特性、频率特性、因果性以及稳定性的定性关系，系统稳定性的判别。

信号与线性系统分析系统的状态变量分析(精)

1

1
t
t0
u L d
1 t0 其中：iL t0 u L d L

1 iC d C1
t

0
1 iC d C1
t0
1
i
t0
t
C1
d
1 t 1 t0 uC t 0 iC d 其中： uC1 t0 iC1 d C1 t C1 1 t 1 t 1 t uC t iC d iC d iC d C2 C2 C2 t
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2018/9/15
信号与线性系统分析——系统的状态变量分析
4
本章讨论一种系统的近代分析法：状态变量分
析法或状态空间分析法。这种分析方法的特点是：
①在多输入、多输出系统分析中显示出其优越性；
②它既可以描述系统的外部特性，也可以描述系统
的内部特性；③而且还可以推广到时变系统和非线性系统中；④它与数字计算机的应用紧密地结合起来——数值计算。由此可知状态变量分析法已为系统理论开拓出新的研究领域。
dt
dt

i2
u1

u1

1H

iL
u2
3
uL

f1 t

1
1F 2
iC

uC
u2 i2

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iC
f1 t

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信号与线性系统分析——系统的状态变量分析
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u L t 1 iL t uC t f1 t 1 uC t f 2 t i t i t C L 3

状态变量的维数

状态变量的维数
状态变量的维数通常用于描述系统的状态空间，特别是在控制论、动力学系统和机器学习等领域中经常遇到。

状态变量的维数反映了系统状态的复杂程度和需要考虑的因素数量。

以下是关于状态变量维数的详细介绍：
定义：状态变量是用来描述动态系统状态的变量，它包含了系统在某一时刻的全部或部分信息。

状态变量的维数指的是状态变量的数量。

在动力学系统中的应用：在动力学系统中，状态变量可以描述系统的位置、速度、加速度等状态。

例如，在控制工程中，汽车的状态变量可能包括位置、速度和方向等，飞行器的状态变量可能包括位置、速度、姿态等。

状态空间表示：状态变量可以被组织成状态空间向量，其中每个分量代表一个状态变量。

状态空间模型用于描述系统的动态行为和状态演化规律。

状态变量的维数：状态变量的维数取决于系统的复杂程度和需要考虑的因素数量。

较简单的系统可能只有几个状态变量，而复杂的系统可能具有数十个甚至数百个状态变量。

维数与系统复杂度的关系：通常情况下，系统的维数越高，系统的复杂度越高。

高维度的状态空间可能意味着系统具有更多的自由度和更丰富的动态行为。

维数与计算复杂度的关系：高维度的状态空间可能导致计算和分析的复杂度增加，因为需要处理更多的状态变量和更复杂的状态转移关系。

总之，状态变量的维数是描述动态系统状态空间的重要参数，它
反映了系统的复杂程度和需要考虑的因素数量，对于系统建模、分析和控制具有重要意义。

信号与系统分析方法

1主要内容信号分析与信号处理1系统分析与系统综合2两种系统描述方法3两类分析方法4信号与系统一.信号分析与信号处理信号分析是把信号分解成它的各个组成部分或成分的概念、理论和方法，例如，信号空间表示法或其各种线性组合表示法、信号谱分析、信号的时域分析和多尺度分析等。

信号处理：信号处理则指按某种需要或目的，对信号进行特定的加工、操作或修改。

信号与系统二.系统分析与系统综合系统分析就是在给定系统的情况下，研究系统对输入信号所产生的响应，并由此获得对系统功能和特性的认识。

一般来说，系统分析包括以下三个步骤：系统建模，求解系统，结果解释。

系统综合：系统综合又可叫做系统的设计或实现，它指在给定了系统功能或特性的情况下，或者已知系统在什么样的输入时有什么样的输出，设计并实现该系统。

信号与系统三.两种系统描述方法•着眼于激励与响应的关系，而不考虑系统内部变量情况；•单输入/单输出系统；•列写一元 n 阶微分方程。

状态变量分析法：•不仅可以给出系统的响应，还可以描述内部变量，如电容电压或电感电流的变化情况；•研究多输入/多输出系统；•列写多个一阶微分方程。

信号与系统四. 两类分析方法1.时域分析2.变换域分析•傅里叶变换——FT• 拉普拉斯变换——LT• Z变换——ZT• 离散傅里叶变换——DFT卷积积分（或卷积和）法经典求解法：连续系统：微分方程离散系统：差分方程信号与系统教学重点教学难点两种系统描述方法输入输出描述法状态变量分析法两类分析方法时域分析变换域分析小结。

电力系统暂态分析：第六章电力系统稳定性问题概述

M E max
2M E max S Scr
Scr S
• 四、自动调节励磁系统包括： • 1、自动调节励磁系统包括： • 主励磁系统和自动调节励磁装置
• 主励磁系统是从励磁电源到发电机励磁绕组的励磁主回路：
• 自动调节励磁装置根据发电机的运行参数，如端电压、电流等，自动地调节主励磁系统的参数。
➢两机系统
PE1 E12G11 E1E2 Y12 sin(12 12 ) PE12 E22G22 E1E2 Y12 sin(12 12 )
PE1 PE2 δ12
• 三、异步电动机转子运动方程和电磁转矩
• 异步电动机组的转子运动方程为
TJ
0
d*
dt
(M E
Mm)
• TJ 为异步电动机组的惯性时间常数，一般约为
Re
E i
n
Eˆ
jYˆij
j1
n
n
Ei E j (Gij cos ij Bij sin ij ) Ei2Gii Ei Ej Yij sin( ij ij )
j 1
j 1
ji
导纳角 ij
tg1
Gij Bij
➢任一台发电机的功率角的改变，将引起全系统各机组电磁功率的变化。稳定分析是全系统的综合问题。
➢ 机电暂态过程主要是电力系统的稳定性问题。电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态的问题。
如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定
的。
反之，若系统不能回到
原来的运行状态或者不能建
立一个新的稳态运行状态，
J02 SB
Wk

现代控制理论课后习题答案

前言本书是为了与张嗣瀛院士等编写的教材《现代控制理论》相配套而编写的习题解答。

本书对该教材中的习题给予了详细解答，可帮助同学学习和理解教材的内容。

由于习题数量较多，难易程度不同，虽然主要对象是研究型大学自动化专业本科学生，但同时也可以作使用其它教材的专科、本科、以及研究生的学习参考书。

书中第5、6、8章习题由高立群教授组织编选和解答；第4、7 章由井元伟教授组织编选和解答，第1、2章由郑艳副教授组织编选和解答。

由于时间比较仓促，可能存在错误，请读者批评、指正。

另外有些题目解法和答案并不唯一，这里一般只给出一种解法和答案。

编者 2005年5月第2章 “控制系统的状态空间描述”习题解答2.1有电路如图P2.1所示，设输入为1u ，输出为2u ，试自选状态变量并列写出其状态空间表达式。

图P2.1解此题可采样机理分析法，首先根据电路定律列写微分方程，再选择状态变量，求得相应的系统状态空间表达式。

也可以先由电路图求得系统传递函数，再由传递函数求得系统状态空间表达式。

这里采样机理分析法。

设1C 两端电压为1c u ，2C 两端的电压为2c u ，则212221c c c du u C R u u dt++= (1) 112121c c c du u duC C dt R dt+= (2) 选择状态变量为11c x u =，22c x u =，由式(1)和(2)得：1121121121212111c c c du R R C u u u dt R R C R C R C +=--+ 2121222222111c c c du u u u dt R C R C R C =--+ 状态空间表达式为：12111211212121212122222221111111R R C x x x u R R C R C R C x x x u R C R C R C y u u x +⎧=--+⎪⎪⎪=--+⎨⎪⎪==-⎪⎩即: 12121121211112222222211111R R C R C R R C R C x x u x x R C R C R C +⎡⎤⎡⎤-⎢⎥⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦--⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦[]11210x y u x ⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦2.2 建立图P22所示系统的状态空间表达式。

信号与系统分析总结与简述题

信号与系统分析简述题一、简述《信号与系统》的主要研究内容。

《信号与系统》主要是以线性时不变系统作为研究对象，当信号作用与线性时不变系统时，从输入输出描述法和状态变量法来研究系统响应。

当求得系统响应后，根据系统的激励与响应之间的关系求得系统函数，进而根据系统的固有属性来研究系统的内在属性，例如：因果性、稳定性和滤波特性等。

二、输入输出描述法和状态变量分析法的区别。

输入输出描述法：将系统看作一个黑匣子，根据系统的输入和基本属性来求解系统的输出响应，只描述系统单输入和单输出的关系，而不讨论系统内部的结构。

状态变量分析法：通过列些系统的状态方程和输出方程，进而求解得出系统函数和各响应。

不仅揭示了系统的内部特性，还可以用来描述非线性、时变系统和多输入多输出系统。

三、简述常用的输入输出描述法及其优缺点。

常用的输入输出描述法主要包括时域分析和变换域分析。

时域分析法：主要通过系统的微分方程（差分方程）、激励和起始状态，利用经典法、双零法和卷积法等来求解系统响应。

该方法均在时域中进行计算，物理概念清晰，但是计算量大。

变换域分析法：对于连续系统来说主要包括傅里叶变换和拉普拉斯变换；对于离散系统来说，则采用z变换。

变换域求解的计算量小，但是物理意义不清晰，因此常常会进行逆变换，将结果变换成时域的形式。

四、如何判断系统的因果性、稳定性、滤波特性等。

当用系统作用表示时，可通过定义法即响应不得超前激励，有界输入有界输出来判断因果稳定；当用h（t）表示时，则通过u（t）和绝对可积来判断因果稳定；当用系统函数来表示时，对于连续系统，通过系统函数的极点只能分布在s平面的左半开平面来判断，对于离散系统，通过系统函数的极点只能位于单位圆内来判断。

滤波特性则是通过系统函数的零极点分布粗略画出幅频特性曲线，根据幅频特性曲线的走势来判断。

五、连续时间信号、离散时间信号、模拟信号和数字信号有什么区别。

连续时间信号是指时间自变量在其定义的范围内，除若干不连续点以外均是连续的。

信号与线性系统名校真题解析及典型题精讲精练

１．【北京理工大学】已知ｆ（ｔ）的波形如下图所示，试作出ｆ（－２ｔ－１）的波形。
Ｄ．０Ｄ．２ｆ（１）
Ｄ．－３
２．【中国矿业大学】已知ｆ（－０．５ｔ）的波形如图所示，画出ｙ（ｔ）＝ｆ（ｔ＋１）ε（－ｔ）的波形。
— ２—
３．【中国矿业大学】
若ｆ（ｔ）是已录制声音的磁带，则下列叙述错误的是（）
Ａ．线性时不变系统
Ｂ．非线性时不变系统
Ｃ．线性时变系统
Ｄ．非线性时变系统
（２）某连续系统满足ｙ（ｔ）＝Ｔ[ ｆ（ｔ）] ＝ｔｆ（ｔ），其中ｆ（ｔ）为输入信号，则该系统为（）
Ａ．线性时不变系统
Ｂ．非线性时不变系统
Ｃ．线性时变系统
Ｄ．非线性时变系统
３【北京航空航天大学】
判断下列叙述的正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
Ａ．对于有界激励信号产生有界响应的系统是稳定系统
Ｂ．系统稳定性是系统自身的性质之一。
Ｃ．系统是否稳定与激励信号有关
Ｄ．当ｔ趋于无穷大时，ｈ（ｔ）趋于有限值或０，则系统可能稳定。
— ４—
第二章连续时间系统的时域分析
【考情分析】
本章的考题主要涉及连续时间系统的时域分析。重点考点：１．ＬＴＩ系统的零输入响应，零状态响应和全响应２．单位冲激响应的求解３．卷积积分的定义、性质及应用
ｔ）ｅ－ｊ６ｔ３
的频谱
Ｙ（ｊω）。
４．【江苏大学】
若实信号
ｆ（ｔ）的傅里叶变换为
Ｆ（ｊω）＝Ｒ（ｊω）＋ｊＸ（ｊω），则信号
ｙ（ｔ）＝
１[ ２
ｆ（ｔ）＋ｆ（－ｔ）]
的
傅里叶变换为（）
— ９—
Ａ．２Ｒ（ｊω）
Ｂ．Ｒ（ｊω）

《信号与系统(A)》教学大纲

《信号与系统（A）》教学大纲课程名称：信号与系统（A）/Signal and System （A）学时/学分：64/4（含实验8学时）先修课程：高等数学、积分变换、线性代数、电路分析适用专业：通信工程、电子信息工程、信息工程、电子科学与技术、电子信息科学与技术、光信息科学与技术开课学院（部）、系(教研室)：信息工程学院通信工程系一、课程的性质与任务本门课程是信号处理、网络理论、通信理论、控制理论等课程的先修课程，它是通信与电子信息类专业的一门重要学科基础课程。

通过本门课程的学习，使学生掌握信号分析的基本理论和方法，掌握线性非时变系统的各种描述方法，掌握线性非时变系统的时域和频域分析方法，掌握有关系统的稳定性、频响、因果性等工程应用中的一些重要结论。

同时，通过这门课程的学习，提高学生的分析问题和利用所学的知识解决问题的能力。

本门课程有着很强的数学背景，介绍的内容涉及到线性微分方程、复变函数、积分变换、离散数学等多门数学课程的知识，本课程的主要任务也是结合线性系统分析这一个主线，对这些数学方法进行详细的介绍。

可以认为，这是一门结合实际工程应用进行的数学课程。

课程中各个理论的系统性较强，数学推导比较严密，但是在内容中不苛求数学上的系统和严密。

通过实际系统分析，可以使学生更好地掌握相关的数学知识。

二、课程的教学内容、基本要求及学时分配（一）教学内容1. 信号与系统的基本概念本章主要内容：信号的描述与分类、信号的基本运算与波形变换、系统的描述与分类、系统的性质。

2. 连续时间信号与系统的时域分析本章主要内容：常用典型信号、连续时间信号的分解、连续时间系统的数学模型、连续时间系统的响应、连续时间系统的零输入响应、冲激响应与阶跃响应、卷积及其性质、连续时间系统的零状态响应、连续时间系统的时域模拟。

3. 连续时间信号与系统的频域分析本章主要内容：周期信号的傅里叶级数、周期信号的频谱、非周期信号的傅里叶变换、常用信号的傅里叶变换、傅里叶变换的性质、连续时间系统的频域分析、理想低通滤波器的冲激响应与阶跃响应、系统无失真传输的条件、调制与解调。

信号与系统课件：系统的状态变量分析

状态变量，得到状态方程为
输出方程为
系统的状态变量分析写成矩阵形式，状态方程和输出方程分别为
系统的状态变量分析
2. 并联模拟由式(7. 2－15b )，系统函数可写为
系统的状态变量分析即可用 3 个简单的子系统的并联来表示。其中每个简单子系统的系统函数为
其模拟框图如图 7.2－4 所示。
系统的状态变量分析
(1)可以有效地提供系统内部的信息，使人们能够较为容易地解决那些与系统内部情况有关的分析设计问题。
(2)状态变量描述法不仅适用于线性非时变的单输入单输出系统特性的描述，也适用于非线性时变多输入多输出系统特性的描述。
(3)描述方法规律性强，便于应用计算机技术解决复杂系统的分析设计问题。
系统的状态变量分析【例 7.2－1 】电路如图 7. 2 1 所示，激励为 u s ( t )，
响应为 i (t )，试写出其状态方程和输出方程。
图 7.2－1 例 7. 2－1 用图
系统的状态变量分析
系统的状态变量分析
将式(7. 2－2 )中状态变量的一阶导数放在等式左端，把状态变量和激励放在等式右端，则可写成
前面几章讨论的分析方法属于输入输出描述法( Input-OutputDescription )，又称端口分析法，也称外部法。它主要关心的是系统的激励与响应之间的关系，而不直接涉及系统的内部情况。这种分析法对于较为简单系统的分析是合适的。其相应的数学模型是 n 阶微分(或差分)方程。
系统的状态变量分析
系统的状态变量分析将式(7. 2－12 )最高阶导数项留在等式左边，其余各项移到等式右边，代入状态变量符号，得
于是，写出其状态方程和输出方程为
系统的状态变量分析写成矩阵形式，状态方程为

《数字信号处理》教学大纲

《数字信号处理》教学大纲一、课程概述《数字信号处理》是大学本科三年级通信工程专业本科生继《信号与系统》课程后的一门重要专业基础课。

随着计算机技术和信息科学的发展，数字信号处理技术也获得了飞速的发展。

数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术领域。

本课程是一门理论和实践要求都较高的课程，教学中要求采用理论推导和应用分析相结合的手段。

通过理论学习和实验使学生掌握数字信号处理的基本原理和方法，初步培养学生能够从数学概念、物理概念及工程概念去分析问题和解决实际问题的能力，采用数字的数值计算方法（软件实现和硬件实现）处理以达到提取信息和便于应用的目的，为深入学习本专业有关课程及为以后从事专业工作打下良好的基础。

二、课程目标1.了解信号处理技术的发展趋势，以及信号处理在现代通信系统中的位置和作用。

2.通过学习掌握数字信号处理的基础理论：信号的基本运算、傅氏分析和Z变换等；3.熟练掌握是数字滤波器的基本理论和设计方法：IIR数字滤波器、FIR滤波器的基本理论和设计方法；4.初步掌握是数字信号处理的技术实现：软、硬件实现方法；三、课程内容和教学要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。

这四个层次的一般涵义表述如下：知道：是指对这门学科和教学现象的认知。

理解：是指对这门学科涉及到的概念、原理、策略与技术的说明和解释，能提示所涉及到的教学现象演变过程的特征、形成原因以及教学要素之间的相互关系。

掌握：是指运用已理解的教学概念和原理说明、解释、类推同类教学事件和现象，并能够用所学的内容分析、初步设计和解答与实际应用相关的问题学会：是指能模仿或在教师指导下独立地完成某些教学知识和技能的操作任务，或能识别操作中的一般差错。

教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。

教学内容及教学要求表四、课程实施（一）课时安排与教学建议数字信号处理是计算机通信工程专业本科生必修课程，系主干课程。

可以安排72学时，也可以安排54学时，具体安排如下：课时安排与教学方法表（二）教学组织形式与教学方法要求1. 打破传统的教学模式，注意教学方法的灵活性，建立多种教学媒体综合运用的运行机制，逐步建立适合学生个别化自主学习的支持服务体系和质量保证体系。

15.状态变量的概念

状态变量的概念在采用状态变量方法来分析系统时，系统可以用一组描述系统状态变量的一阶微分方程或差分方程来表述。

系统的分析和设计可以通过求解一组一阶方程的方法来完成，而不需要求解一个高阶方程。

这种方法使得问题得到简化，并且在使用数字计算机求解时具有一些优点。

状态变量方法也是最优控制的基础。

系统的状态表示什么呢？定性来说，系统得状态指的是系统最初的、当前的和未来的行为。

定量来说，状态定义为的一个变量最少的组，用x1(t0) 、x2(t0)来表示，初始时刻为t=t0，初始状态和给定输入为u1(t)一起决定系统未来任何时刻的状态。

因此我们可以将系统的状态看成是系统的过去、现在和未来的行为。

系统的状态变量是什么呢？这些状态变量定义为描述系统状态的最少的一组变量。

其物理意义为，状态变量x1(t0) 、x2(t0)描述了基于过去的系统的初始状态。

另外，状态变量组描述了系统在输入u1(t)作用下的系统的行为。

输入和系统的初始状态一起决定的行为。

需要指出的是，系统地状态变量并不一定是系统的输出，并且也不一定是可达的、可测的、可观测的或可控的。

状态向量表示什么呢？状态向量是用系统的n个状态变量描述系统动态特性的向量。

因此，给出初始状态和输入信号，系统的状态向量就完全定义了系统在t>t0时的状态。

状态空间是什么呢？状态空间指的是一个n维的包括x1(t0)、x21(t0)等轴的空间，一个具体的状态是状态空间中的一个点。

促使人们使用状态变量模型的动力是状态变量可以描述系统动态，它包含了n阶系统的输入和输出的关系，系统输入和输出的关系是用n个一阶微分方程来表示的。

这些方法有下列优点：1．在数字计算机中，一组n个一阶微分方程或差分方程的解比和此方程组相对应的高阶微分方程和差分方程更容易求得。

这便于在数字计算机上进行高阶系统的计算机辅助分析和设计。

应该注意Laplace变换/传递函数/方块图都不便于作计算机辅助分析和设计。

状态变量分析法

1. ode23函数：采用具自适应变步长的二阶/三阶Runge-Kutta-Felbberg法
调用格式： ode23(‘StateEquation’,t,x0)
StateEquation为矩阵形式的状态方程，用函数描述 t为计算时间区间 x0为状态变量初始条件
2. ode45函数：采用具自适应变步长的四阶/五阶Runge-Kutta-Felbberg法，运算效率高于ode23。
调用格式与ode23相同
（5）求状态变量初始条件。（6）编写MATLAB程序求解。编写函数StateFunc，描述状态方程：
u1(0 ) 0
u
2
(
0
)

0
i4 (0 ) 0
i
5
(
0
)
0
function SF=StateFunc(t,x) C1=0.1e-6;C2=0.47e-6; R3=1000;R6=5000;R36=R3+R6; L4=0.1;L5=0.2; us7=10;is8=1; SF=[-1/C1/R36 0 R3/C1/R36 -R6/C1/R36;
主程序： clear; x0=[0;0;0;0]; t=[0,2e-3]; [t,x]=ode45('StateFunc',t,x0) subplot(2,2,1),plot(t,x(:,1)); title('u1(t)');ylabel('u1(t)'); subplot(2,2,2),plot(t,x(:,2)); title('u2(t)');ylabel('u2(t)'); subplot(2,2,3),plot(t,x(:,3)); title('i4(t)');ylabel('i4(t)'); subplot(2,2,4),plot(t,x(:,4)); title('i5(t)');ylabel('i5(t)');

一阶电路的详细分析

1. RC电路的零状态响应
K(t=0)
i
+
+
uR R +
US –
–
u+C C
US –
–
1、电路特征（换路后）
i
2、建立方程
+
（换路后）
uR
–
R 3、微分方程的解
u+C C
–
uC (0－)=0
换路后的电路
t
t
uc U S U S e U S (1 e ) (t 0)
从上式可以得出：
U0 uC
连续函数
i I0
跃变
0
t
0
t
（2）响应衰减快慢与有关；
=RC ,称为一阶电路的时间常数

RC

欧法

欧
库伏

欧
安秒伏

秒
（3）时间常数的大小反映了电路过渡过程时间的长短
大 → 过渡过程时间长
uC U0
小 → 过渡过程时间短
3、微分方程的解
1t
i(t) I0e t 0
uL (t)
L diL dt
t
RI 0e
从以上式子可以得出：
（1）电压、电流是随时间按同一指数规律衰减的函数；
I0 iL
连续函数
0
t
uL
t
-RI0
跃变
（2）其衰减快慢与 =L/R有关；
大 → 过渡过程时间长小 → 过渡过程时间短
= L/R , 称为一阶RL电路时间常数
[
]

信号与系统,徐亚宁

F
j
1 2

f t e
j t
dt
f t

F
j t j e d
10
典型非周期信号的傅里叶变换
g t Sa 2
e
at
U t
1 a j
d t 1
U (t ) d 1 j
第2章连续时间信号与系统的时域分析
• 一、常用信号及其基本运算 • 二、阶跃信号与冲激信号
1. 单位阶跃
定义: U(t) =
U (t)
0
1
t ＜0 t ＞0
1 0
t
2. 单位冲激
定义: δ(t) = 0 ∞ t≠0 t=0 且 d t dt

d (t)
1
(1) 0
5
t
3. 冲激信号的性质
s at e U t U t 1 1 sa
(3) 单位冲激: d t
1
15
二、单边拉普拉斯变换的性质
1. 线性特性 a1 f1 t a2 f 2 t a1 F1 s a2 F2 s 2. 时移特性
f t t 0 U t t 0 F s e f t e
f
n
t
s F s
n

n 1
s
n 1 m
f
m
0

16
m 0
(2) 复频域微分 t f t
dF s ds
,
t
n
f t
d F (s) ds
n
n
7. 积分定理
(1) 时域积分若下限为 0 , 则: 下限为－∞, 则: