MATLAB仿真之_连续时间LTI系统仿真和时域分析
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航空工业管理学院
《电子信息系统仿真》课程设计
级电子信息工程专业班级
题目连续时间LTI系统仿真和时域分析
姓名学号
指导教师
二О一年月日
MATLAB软件简介
MATLAB 是MathWork 公司于1984 年推出的一套面向工程和科学运算的高性能软件,它具有强大的图形处理功能及符号运算功能,为我们实现信号的可视化及系统分析提供了强有力的工具。MATLAB 强大的工具箱函数可以分析连续信号、连续系统,同样也可以分析离散信号、离散系统,并可以对信号进行各种分析域计算,如相加、相乘、移位、反折、傅里叶变换、拉氏变换、Z 变换等等多种计算MATLAB 用于算法开发、数据可视化、数据分析以数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连Matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
设计目的
掌握信号经过LTI 系统的时域分析方法。根据连续时不变信号处理的基本概念、理论和方法对信号进行分析和处理,实现卷积积分或卷积和,零输入响应和零状态响应,学会应用MATLAB 对实际问题进行仿真,并对仿真结果进行分析。
在本次课程设计中,利用MATLAB 软件对LTI 连续系统时域进行仿真与分析。根据连续时不变信号处理的基本概念、理论和方法对信号进行分析和处理,实现卷积积分或卷积和,零输入响应和零状态响应,熟悉卷积和conv 函数,并会利用卷积求零状态响应,并对输出的波形和仿真结果进行分析。
理论分析
连续时间系统卷积分原理
连续时间信号1()f t 和2()f t 的卷积运算可用信号的分段求和来实现,即:
1212120
()()*()()()lim
()()k f t f t f t f t f t d f k f t k ττ∞
∞
-∞
∆→=-∞
==-=∆-∆⋅∆∑
⎰
如果只求当t (n )(n 为整数)时f (t )的值f (n ) ,则上式可得:
1212()()()()[()]k k f n f k f t k f k f n k ∞
∞
=-∞
=-∞
∆=
∆-∆⋅∆=∆∆-∆∑
∑
式中的12()[()]k f k f n k ∞
=-∞
∆∆-∆∑
实际上就是连续时间信号1()f t 和2()f t 经等
时间间隔均匀抽样的离散序列1()f k ∆和2()f k ∆的-。当
足够小时,
()f n ∆就是卷积积分的结果——连续时间信号f (t )的较好数值近似。
连续时间系统零输入响应原理
零输入响应就是动态电路在没有外实施激励时,有电路中的动态原件的初始储能引起的响应。在电路断开的瞬间有储能元件(电感、电容)引起的响应,所以最后电路的稳态为0。 描述n 阶线性时不变(LTI )连续系统的微分方程为:
连续时间零状态响应原理
零状态响应就是在电路初始状态下(动态储能元件储能为零)由外施激励引起的反应,最终状态的为一确定的实数。 LTI 连续系统可用如下所示的线性常系数微分方程来描述,
()
()
()()N
M
i j i j i j a y
t b f
t ===∑∑
Matlab 实现及波形输出
卷积分程序及仿真
利用conv 函数实现连续时间函数卷积分运算实际上就是先将时
间离散化,在计算卷积分,最后根据函数画出输出函数波形,如求f1(t ),f2(t )的卷积 ,f (t )=f1(t )*f2(t )。 MATLAB 程序:
t=0:0.1:2*pi;
f1=input('输入函数f1='); f2=input('输入函数f2=');
1121111n n m
n n m m n n m d y d y dy d u du a a a a y b b b u dt dt dt dt dt
-++-++⋅⋅⋅⋅⋅++=+⋅⋅⋅⋅++
dt=input('dt=');
y=conv(f1,f2);
plot(dt*([1:length(y)]-1),y);
grid on;
title('卷积');
xlabel('t');
ylabel('f1'*f)
程序运行结果:
输入以下数据:
f1=sin(3*t) f2=cos(3*t+2) dt=0.01 得出图形如图4.1所示:
卷积
t
f 1*f 2
图4.1 卷积和输出波形图
卷积分运用:利用卷积求零状态
系统零状态响应()()*()
zs y t e t h t =,其中激励信号e(t),系统单
位冲激响应h(t)。
已知系统单位冲激响应[]()()(2)2
t
h t u t u t =
--,系统激励()(0.5)(1)e t u t u t =+--,使用卷积法求系统零状态响应
()*()e t h t zs r (t)=。
MATLAB 程序为: a=1000; t=-5:1/a:5;
h=0.5*t.* (stepfun(t,0)-stepfun(t,2) ); e=stepfun(t,-0.5)-stepfun(t,1);