信号与系统仿真实验指导书

实验指导书

实验1 MATLAB基本操作

一、实验目的

1．熟悉MATLAB实验环境，练习MATLAB命令、m文件、Simulink的基本操作。

2．利用MATLAB编写程序进行矩阵运算、图形绘制、数据处理等。

3．利用Simulink建立系统的数学模型并仿真求解。

二、实验原理

MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。MATLAB有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window）。Simulink 是MATLAB的一个部件，它为MATLAB用户提供了一种有效的对反馈控制系统进行建模、仿真和分析的方式。而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。

1．命令窗口（The Command Window）

当MATLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。

在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。在命令窗口中输入该文件名，这一连串命令就被执行了。因为这样的文件都是以“.m”为后缀，所以称为m文件。

2．m文件编辑窗口（The Edit Window）

我们可以用m文件编辑窗口来产生新的m文件，或者编辑已经存在的m文件。在MATLAB主界面上选择菜单“File/New/M-file”就打开了一个新的m文件编辑窗口；选择菜单“File/Open”就可以打开一个已经存在的m文件，并且可以在这个窗口中编辑这个m文件。

3．图形窗口（The Figure Window）

图形窗口用来显示MATLAB程序产生的图形。图形可以是2维的、3维的数据图形，也可以是照片等。

4．Simulink的启动方式：

启动运行Simulink有两种方式：（1）在Command window中，键入simulink，回车。（2）单击工具栏上Simulink图标。启动Simulink后，

即打开了Simulink 库浏览器（Simulink library browser ）。在该浏览器的窗口中单击“Create a new model （创建新模型）”图标，这样就打开一个尚未命名的模型窗口。把Simulink 库浏览器中的单元拖拽进入这个模型窗口，构造自己需要的模型。对各个单元部件的参数进行设定，可以双击该单元部件的图标，在弹出的对话框中设置参数。

三、实验内容与方法

1．输入命令，计算以下问题： （1）已知矩阵⎥

⎦

⎤

⎢

⎣⎡=654321a ，[]i i b 7221-+=，利用MATLAB 进行矩阵计算：a*b a/b a\b a^3 a.*b a./b a.\b a.^3 （2）多项式计算：求[12+2×（7-4）]÷32的算数计算结果。

2．编写M 文件绘制函数的图形。 【例1-1】：绘制下面函数在[0 3]区间的图形。

⎪⎩

⎪

⎨⎧>+-≤<≤=3 ,630 ,0

,sin )(x x x x x x x y

MATLAB 程序： x=-6:0.1:6; leng=length(x); for m=1:leng if x(m)<=0

y(m)=sin(x(m)); elseif x(m)<=3 y(m)=x(m); else

y(m)=-x(m)+6; end end

plot(x,y,'*'),grid;

练习：绘制下面的图形：（1）sin(1/t),-1

启动Simulink ，建立如图模型，并运行，观察运行结果。

练习：（1）应用Simulink 建立系统模型，并对系统的阶跃响应进行仿真。

8

41

)(2

++=

s s s G （2）建立一个简单的模型，用信号发生器产生一个幅值为2V ，频率为0.5Hz 的正弦波，并叠加一个0.1V 的噪声信号，将叠加后的信号显示在示波器上。

四、实验报告

1．写出实验步骤1的计算结果。

2．编写M 文件，写出程序清单，并绘出实验步骤2的图形曲线。 3．画出建立的模型，输出实验结果。

实验2 连续时间信号的产生与运算

一、实验目的

1.熟悉MATLAB软件的使用。

2.掌握连续时间信号表示方法与基本运算的实现。

3.掌握用MATLAB常用函数来产生信号并实现信号的可视化方法。

二、实验原理

时域信号是指将信号表示成时间的函数f(t)，信号的时间特性是指信号的波形出现的先后、持续时间的长短、随时间变化的快慢等。

信号按照特性的不同，分为确定信号、周期信号、能量信号等。

常用的连续信号有直流信号、正弦信号、单位阶跃信号、单位门信号、单位冲激信号、符号函数、单位斜坡函数、单位衰减指数信号、采样信号、随机信号等。

信号的运算包括：信号的基本运算，包括加、减、乘、除等；信号的时域变换，包括信号的平移、翻转、尺度变换等；两个信号的卷积运算等。

三、实验内容与方法

从严格意义上讲，MATLAB并不能处理连续信号。在MATLAB中是用连续信号在等间隔时间的样值来近似表示连续信号的。当取样时间间隔足够小时，这些离散的样点就能够很好地近似出连续信号。

MATLAB提供了许多函数用于常用函数的产生，如阶跃信号、脉冲信号、指数信号、正弦信号和周期方波等，这些函数都是信号处理的基础。

1.连续信号的生成与可视化

（1）正弦交流信号

)

sin(

)(φ

ω+

=t

t

f

实现，MATLAB程序如下：

t=-0:0.001:1;

y=sin(2*pi*t);

plot(t,y,'k');

xlabel('时间(t)');ylabel('幅值(f)');title('正弦交流信号');

（2）单位阶跃信号

)(

)(t t

fε

=

)

2

sin(

)(t t

fπ

=