连续信号与系统的时域分析
连续时间系统的时域分析实验报告
连续时间系统的时域分析实验报告实验目的本实验旨在通过对连续时间系统的时域分析，研究信号在时域上的特性，包括信号的时域图像、平均功率、能量以及系统的时域响应。
实验原理连续时间系统是指输入输出都是连续时间信号的系统。
在时域分析中，我们关注的是信号在时间上的变化情况。
通过观察信号的时域图像，我们可以了解信号的波形和时域特性。
实验装置与步骤实验装置•函数发生器•示波器•连接线实验步骤1.将函数发生器和示波器连接起来，并确保连接正常。
2.设置函数发生器的输出信号类型和幅度，选择合适的频率和幅度。
3.打开示波器并调整合适的触发方式和触发电平。
4.观察示波器上的信号波形，并记录下观察到的时域特性。
实验数据与分析实验数据根据实验装置和步骤，我们得到了如下的实验数据：时间（ms）电压（V）0 01 12 23 14 05 -1实验分析根据实验数据，我们可以绘制出信号的时域图像。
从图像中可以看出，信号在时域上呈现出一个周期性的波形，且波形在[-1, 2]范围内变化。
由此可知，输入信号是一个连续时间周期信号。
接下来，我们可以计算信号的平均功率和能量。
平均功率表示信号在一个周期内平均消耗的功率，而能量表示信号的总能量大小。
首先，我们计算信号的平均功率。
根据公式，平均功率可以通过信号在一个周期内的幅值的平方的平均值来计算。
在本实验中，信号的周期为5ms，幅值范围为[-1, 2]，所以信号的平均功率为：平均功率= (∫[-1, 2] x^2 dx) / T由此可知，信号的平均功率为(1^2 + 2^2 + 1^2 + 0^2 + (-1)^2) / 5 = 1.2。
接下来，我们计算信号的能量。
根据公式，信号的能量可以通过信号在时间上的幅值的平方的积分来计算。
在本实验中，信号在整个时间范围内的幅值范围为[-1, 2]，所以信号的能量为：能量= ∫[-1, 2] x^2 dx由此可知，信号的能量为(1^2 + 2^2 + 1^2 + 0^2 + (-1)^2) = 7。
信号与系统第三章
设 f (t) 2 a 2, b 1 则有
dy(t) 2 y(t) 2 dt
已知初始值 y(0) 4 求 t 0时系统的响应 y(t)
解：第一步，由方程可知系统的特征方程为 2 0
2 由此可得系统的齐次解为
2
处理教研室
第三章 连续信号与系统的时域分析
教学重点：
1、常微分方程的建立及其解的基本特点； 2、阶跃响应和冲激响应的概念； 3、卷积及其在系统分析中的应用。
2020/6/7
信号
3
处理教研室
应用实例：汽车点火系统
汽车点火系统主要由电源（蓄电池和发电机）、电阻、 点火开关、点火线圈、分压器等组成。
系数 a,b都是常量。系统的阶数就是其数学模型——
微分方程的阶数。
而 n 阶常系数线性微分方程的一般形式为
an
dn y(t) dt n
an1
dn1 y(t) dt n1
L
a1
dy(t) dt
a0
y (t )
bm
dm f (t) dt m
bm1
dm1 f (t) dt m1
L
b1
df (t) dt
b0
即yf’(0+) = yf’(0-) = 0，yf(0+) = yf(0-) = 0
对t>0时，有 yf”(t) + 3yf’(t) + 2yf(t) = 6
不难求得其齐次解为Cf1e-t + Cf2e-2t，其特解为常数3，
于是有
yf(t)=Cf1e-t + Cf2e-2t + 3
代入初始值求得
信号与系统分析第二章 连续时间系统的时域分析
第二章 连续时间系统的时域分析
2.1.1
对系统进行分析时, 首先要建立系统的数学模型。 对于电的系统, 只要利用理想的电路元件, 根据基尔霍 夫定律, 就可以列出一个或一组描述电路特征的线性 微分方程。 现举例来说明微分方程的建立方法。
第二章 连续时间系统的时域分析
例2.1 图2.1所示为RLC串联电路, 求电路中电流i(t) 与激励e(t)之间的关系。
第二章 连续时间系统的时域分析
(3)
y(t) C 1 e t C 2 e 6 t5 2c 0 1o 2 t)s 5 3 (s0i2 n t) (
D(p)y(t)=N(p)f(t)
y(t) N(p) f (t) D(P)
式(2.15)中的 N ( p ) 定义为转移算子, 用H(p)表示,
D (P)
(2.14) (2.15)
H (p ) N D ( (P p ) ) b a m n p p m n a b n m 1 1 p p n m 1 1 a b 1 1 p p a b 0 0 (2.16)
t0
解 (1) 齐次解。 由例2.4 yh (t)=C1e-t+C2e-6t
第二章 连续时间系统的时域分析
(2) 特解。 查表2.2, yp(t)=B1cos (2t)+B2sin(2t)
－14B1+2B2－6=0 2B1+14B2=0
于是,
B15201,
B2530
yp(t)5 20 c 1o2ts) (530 si2 nt)(
第二章 连续时间系统的时域分析
3. 用算子符号表示微分方程, 不仅书写简便, 而且在建 立系统的数学模型时也很方便。 把电路中的基本元件R、 L、 C的伏安关系用微分算子形式来表示, 可以得到相应 的算子模型, 如表2.1所示。
MATLAB与信号实验——连续LTI系统的时域分析
MATLAB与信号实验——连续LTI系统的时域分析连续LTI系统的时域分析是信号与系统学中的重要课题。
MATLAB作为一种强大的科学计算软件，提供了丰富的工具和函数来进行信号与系统的分析。
下面将介绍MATLAB在连续LTI系统时域分析中的应用。
首先，我们需要了解连续LTI系统的基本概念。
一个连续域线性时不变系统（LTI系统）可以由它的冲激响应完全描述。
冲激响应是系统对单位冲激信号的响应。
在MATLAB中，可以使用impulse函数来生成单位冲激信号。
假设我们有一个连续LTI系统的冲激响应h(t)，我们可以使用conv 函数来计算系统对任意输入信号x(t)的响应y(t)。
conv函数实现了卷积运算，可以将输入信号与冲激响应进行卷积运算得到输出信号。
例如，我们假设一个连续LTI系统的冲激响应为h(t) = exp(-t)u(t)，其中u(t)是单位阶跃函数。
我们可以使用以下代码生成输入信号x(t)和计算输出信号y(t)：```matlabt=-10:0.1:10;%时间范围x = sin(t); % 输入信号h = exp(-t).*heaviside(t); % 冲激响应y = conv(x, h, 'same'); % 计算输出信号```这段代码首先定义了时间范围t，然后定义了输入信号x(t)和冲激响应h(t)。
接下来，使用conv函数计算输入信号和冲激响应的卷积，设置参数’same’表示输出信号与输入信号长度相同。
最后，得到了输出信号y(t)。
在得到输出信号后，我们可以使用MATLAB的绘图功能来可视化结果。
例如，使用以下代码可以绘制输入信号和输出信号的图像：```matlabfigure;plot(t, x, 'b', 'LineWidth', 2); % 绘制输入信号hold on;plot(t, y, 'r', 'LineWidth', 2); % 绘制输出信号xlabel('时间');ylabel('幅度');legend('输入信号', '输出信号');```除了卷积运算外，MATLAB还提供了许多其他函数来进行连续LTI系统的时域分析。
课程设计--连续时间信号和系统时域分析及MATLAB实现
课程设计任务书题目:连续时间信号和系统时域分析及MATLAB实现课题内容：一、用MATLAB实现常用连续时间信号的时域波形（通过改变参数，分析其时域特性）。
二、用MATLAB实现信号的时域运算三、用MATLAB实现信号的时域变换（参数变化，分析波形变化）1、反转，2、使移（超时，延时），3、展缩，4、倒相，5、综合变化四、用MATLAB实现信号简单的时域分解1、信号的交直流分解，2、信号的奇偶分解五、用MATLAB实现连续时间系统的卷积积分的仿真波形给出几个典型例子，对每个例子，要求画出对应波形。
六、用MATLAB实现连续时间系统的冲激响应、阶跃响应的仿真波形。
给出几个典型例子，四种调用格式。
七、利用MATLAB实现连续时间系统对正弦信号、实指数信号的零状态响应的仿真波形。
给出几个典型例子，要求可以改变激励的参数，分析波形的变化。
时间安排：学习MATLAB语言的概况第1天学习MATLAB语言的基本知识第2、3天学习MATLAB语言的应用环境，调试命令，绘图能力第4、5天课程设计第6-9天答辩第10天指导教师签名：年月日目录摘要 (Ⅰ)1.绪论 (1)2.对课题内容的分析 (2)2.1连续时间信号概述 (2)2.2采样定理 (2)2.3总体思路 (2)3．设计内容 (2)3.1用MATLAB实现常用连续时间信号的时域波形 (2)3.1.1单位阶跃信号和单位冲击信号 (2)3.1.2正弦信号 (4)3.1.3指数信号 (5)3.1.4实指数信号和虚指数信号 (6)3.2用MATLAB实现信号的时域运算 (7)3.2.1相加 (7)3.2.2相乘 (8)3.2.3数乘 (9)3.2.4微分 (10)3.2.5积分 (12)3.3用MATLAB实现信号的时域变换 (13)3.4用MATLAB实现信号简单的时域分解 (15)3.4.1 交直流分解 (15)3.4.2 奇偶分解 (16)3.5用MATLAB实现连续时间系统的卷积积分的仿真波形 (18)3.6用MATLAB实现连续时间系统的冲激响应、阶跃响应的仿真波形 (19)3.7利用MATLAB实现连续时间系统对正弦信号、实指数信号的零状态响应的仿真波形 (20)4.心得体会 (22)5.参考文献 (23)摘要本文介绍了基于MATLAB的连续时间信号与系统时域分析。
信号与系统实验报告连续时间信号的时域分析
信号与系统实验报告连续时间信号的时域分析实验目的：通过对连续时间信号的时域分析，进一步加深对信号的理解和掌握时域分析的方法和技巧。
实验原理：连续时间信号在时域上可以用其函数形式表示。
通常所说的时域分析即指对该函数形式进行各种数学性质的分析，如：波形特征、奇偶性、对称性、周期性等等。
实验设备：计算机、MATLAB软件。
实验步骤：1. 打开MATLAB软件，新建空白文件，在文件中输入以下代码：t = -10:0.01:10;y = sin(t);subplot(2,1,1);xlabel('t'),ylabel('y');title('原始信号');grid on;plot(-t,-y);2. 点击运行，得到以下结果：图1 连续时间正弦信号及其翻折信号3. 对上述代码进行说明：t表示时间变量，取值范围为-10到10，以0.01为步长。
y表示信号变量，为sin(t)。
subplot(2,1,1)表示将画布分为两个部分，第一个部分为上部分。
plot(t,y)表示绘制t变量与y变量之间的图形。
xlabel('t')表示将x轴标注为t。
title('翻折信号')表示将图形命名为翻折信号。
4. 分别观察原始信号和翻折信号，并进行分析。
原始信号是一条正弦波，周期为2π。
该信号的奇偶性、对称性、周期性均为偶函数。
实验结论：本实验通过对连续时间信号的时域分析，掌握了分析信号的方法和技巧，并同时对信号的奇偶性、对称性、周期性等属性有了更深入的了解，为以后更深入的信号分析工作奠定了基础。
MATLAB与信号实验——连续LTI系统的时域分析
MATLAB与信号实验-——-连续LTI系统的时域分析在信号处理中，MATLAB是一个强大的工具，它提供了许多功能，使我们能够模拟和分析各种信号系统。
对于连续LTI系统，时域分析是一个重要的方法，它允许我们直接观察系统的输入和输出信号之间的关系。
下面是一个关于连续LTI系统的时域分析的实验。
一、实验目的本实验的目的是验证连续LTI系统的时域响应，通过使用MATLAB模拟系统，我们可以观察到不同的输入信号产生的输出信号，从而了解系统的特性。
二、实验步骤1.定义系统：首先，我们需要定义我们的连续LTI系统。
这可以通过使用MATLAB中的lti函数来完成。
我们需要提供系统的传递函数，它描述了系统的输入和输出之间的关系。
2.设置输入信号：为了观察系统的行为，我们需要设置一个合适的输入信号。
在MATLAB中，我们可以使用square函数来生成一个方波信号，该信号具有固定的频率和幅度。
3.模拟系统：使用MATLAB的lsim函数，我们可以模拟我们的连续LTI系统。
这个函数将输入信号和系统的传递函数作为参数，然后计算出系统的输出信号。
4.分析结果：我们可以使用MATLAB的图形功能来观察输入和输出信号。
这可以帮助我们理解系统的行为，并验证我们的模型是否正确。
三、实验结果与分析在实验中，我们使用了不同的输入信号（如方波、正弦波等）来测试我们的连续LTI系统。
对于每种输入信号，我们都观察了系统的输出信号，并记录了结果。
通过对比不同的输入和输出信号，我们可以得出以下结论：1.对于方波输入，系统的输出信号是带有延迟的方波，这表明系统对突变信号的响应是瞬时的。
2.对于正弦波输入，系统的输出信号是与输入信号同频同相位的正弦波，这表明系统对正弦波的响应是具有稳定性的。
这些结果验证了连续LTI系统的基本特性：即对于单位阶跃函数（突变信号）的输入，系统的响应是瞬时的；而对于周期性输入（如正弦波），系统的响应具有稳定性。
这些结果与我们在理论上学到的知识相符，从而验证了我们的模型是正确的。
信号与系统第二章ppt课件
30
第2章 连续信号与系统的时域分析 31
最后整理得
第2章 连续信号与系统的时域分析
波形如题解图2.6(b)所示。
32
第2章 连续信号与系统的时域分析
3
(2) 因为
第2章 连续信号与系统的时域分析
所以
4
第2章 连续信号与系统的时域分析
2.2 写出下列复频率s所表示的指数信号est的表达式，并画 出其波形。
(1) 2； (2) －2； (3) －j5； (4) －1+j2。
5
第2章 连续信号与系统的时域分析
解 (1) f1(t)=e2t,波形如题解图2.2(a)所示。 (2) f2(t)=e－2t, 波形如题解图2.2(b)所示。显然, f1(t)和f2(t)都 是实指数信号。 (3) f3(t)=e－j5t=cos5t－j sin5t。f3(t)是虚指数信号，其实部、 虚部分别是等幅余弦、正弦信号。实部信号波形如题解图2.2(c) 所示。 (4) f4(t)=e(－1+j2)t=e－t·ej2t=e－t(cos2t+j sin2t)。f4(t)是复指数信 号，其实部和虚部分别是幅度按指数规律衰减的余弦和正弦信 号。实部信号波形如题解图2.2(d)所示。
(4) 由于tε(t)|t=－∞=0,有 所以
38
第2章 连续信号与系统的时域分析
2.8 已知f1(t)和f2(t)如题图2.4所示。设f(t)=f1(t)*f2(t)，试求 f(－1)、f(0)和f(1)的值。
题图 2.4
信号与系统实验报告
信号与系统实验报告一、信号的时域基本运算1．连续时间信号的时域基本运算两实验之一实验分析：输出信号值就等于两输入信号相加（乘）。
由于b=2，故平移量为2时，实际是右移1，符合平移性质。
两实验之二心得体会：时域中的基本运算具有连续性，当输入信号为连续时，输出信号也为连续。
平移，伸缩变化都会导致输出结果相对应的平移伸缩。
2.离散时间信号的时域基本运算两实验之一实验分析：输出信号的值是对应输入信号在每个n值所对应的运算值，当进行拉伸变化后，n值数量不会变，但范围会拉伸所输入的拉伸系数。
两实验之二心得体会：离散时间信号可以看做对连续时间信号的采样，而得到的输出信号值，也可以看成是连续信号所得之后的采样值。
二、连续信号卷积与系统的时域分析1.连续信号卷积积分两实验之一实验分析：当两相互卷积函数为冲激函数时，所卷积得到的也是一个冲激函数，且该函数的冲激t值为函数x，函数y冲激t值之和。
两实验之二心得体会：连续卷积函数每个t值所对应的卷积和可以看成其中一个在k值取得的函数与另外一个函数相乘得到的一个分量函数，并一直移动k值直至最后，最后累和出来的最终函数便是所得到的卷积函数。
3.RC电路时域积分两实验之一实验分析：全响应结果正好等于零状态响应与零输入响应之和。
两实验之二心得体会：具体学习了零状态，零输入，全响应过程的状态及变化，与之前所学的电路知识联系在一起了。
三、离散信号卷积与系统的时域分析1.离散信号卷积求和两实验之一实验分析：输出结果的n值是输入结果的k号与另一个n-k的累和两实验之二心得体会：直观地观察到卷积和的产生，可以看成连续卷积的采样形式，从这个方面去想，更能深入地理解卷积以及采样的知识。
2.离散差分方程求解两实验之一实验分析：其零状态响应序列为0 0 4 5 7.5，零输入响应序列为2 4 5 5.5 5.75，全状态响应序列为2 4 9 10.5 13.25，即全状态=零输入+零状态。
两实验之二心得体会：求差分方程时，可以根据全状态响应是由零输入输入以及零状态相加所得，分开来求，同时也加深了自己对差分方程的求解问题的理解。
《MATLAB》连续时间信号的频域分析和连续时间系统的时域分析实验报告
《MATLAB 》连续时间信号的频域分析和连续时间系统的时域分析实验报告1、编写程序Q3_1，绘制下面的信号的波形图：其中，ω0 = 0.5π，要求将一个图形窗口分割成四个子图，分别绘制cos(ω0t)、cos(3ω0t)、cos(5ω0t) 和x(t) 的波形图，给图形加title ，网格线和x 坐标标签，并且程序能够接受从键盘输入式中的项数ｎ。
2、给程序例3_1增加适当的语句，并以Q3_2存盘，使之能够计算例题3-1中的周期方波信号的傅里叶级数的系数，并绘制出信号的幅度谱和相位谱的谱线图。
-+-=)5cos(51)3cos(31)cos()(000t t t t x ωωω∑∞==10)cos()2sin(1n t n n nωπ3.3反复执行程序例3_2，每次执行该程序时，输入不同的N值，并观察所合成的周期方波信号。
通过观察，你了解的吉布斯现象的特点是什么？3.4分别手工计算x1(t) 和x2(t) 的傅里叶级数的系数。
1．利用MATLAB 求齐次微分方程，，起始条件为，，时系统的零输入响应、零状态响应和全响应。
2． 已知某LTI 系统的方程为：其中，。
利用MATLAB 绘出范围内系统零状态响应的波形图。
3．已知系统的微分方程如下，利用MATLAB 求系统冲激响应和阶跃响应的数值解，并绘出其时域波形图。
（1）'''()2''()'()'()y t y t y t x t ++=()()t x t e u t -=(0)1y -='(0)1y -=''(0)2y -=''()5'()6()6()y t y t y t x t ++=()10sin(2)()x t t u t π=05t ≤≤''()3'()2()()y t y t y t x t ++=（2）''()2'()2()'()y t y t y t x t ++=。
信号与系统中的连续时间系统分析
信号与系统中的连续时间系统分析信号与系统是电子工程、自动控制等领域重要的基础学科，与我们日常生活息息相关。
在信号与系统中，连续时间系统分析是其中的重要内容之一。
本文将着重介绍连续时间系统分析的基本概念、方法和应用。
一、连续时间系统的概念连续时间系统是指信号的取样频率大于或等于连续时间信号的变化频率，信号在任意时间均有定义并连续可取值。
连续时间系统包括线性系统和非线性系统两种，其中线性系统是一类常见且具有重要意义的系统。
二、连续时间系统的表示连续时间系统可以通过微分方程或差分方程来表示，其中微分方程常用于描述线性时不变系统，而差分方程常用于描述线性时变系统。
在实际应用中，可以通过拉普拉斯变换或傅里叶变换对连续时间系统进行分析和求解。
三、连续时间系统的性质连续时间系统具有多种性质，包括线性性、时不变性、因果性、稳定性等。
其中线性性是指系统对输入信号的响应是可叠加的，时不变性是指系统的输出与输入之间的关系不随时间的推移而改变。
四、连续时间系统的频域分析连续时间系统的频域分析是通过傅里叶变换来实现的，可以将时域中的信号转换为频域中的频谱。
通过频域分析，我们可以获得系统的幅频特性和相频特性，进一步了解系统对不同频率信号的响应。
五、连续时间系统的时域分析连续时间系统的时域分析是通过微分方程或差分方程来实现的，可以确定系统的时域特性。
通过时域分析，我们可以获得系统的阶数、单位阶跃响应、单位冲激响应等关键信息。
六、连续时间系统的应用连续时间系统的分析在实际应用中具有广泛的应用价值。
例如，在通信系统中，我们需要对信号进行调制、解调、编码、解码等处理，这些过程都需要借助连续时间系统的分析方法。
此外，连续时间系统的分析也在信号处理、图像处理、音频处理等领域有着重要的应用。
结语：连续时间系统分析是信号与系统学科中的重要内容，具有广泛的理论基础和实际应用。
通过深入学习连续时间系统的概念、表示、性质、频域分析、时域分析和应用，我们可以更好地理解和掌握信号与系统的基本原理和方法，为相关领域的研究和应用提供理论指导和技术支持。
连续信号与系统的时域分析实验报告
实验名称MATLAB对连续信号与系统的时域分析实验目的：1.了解连续时间信号的特点；2.掌握连续时间信号表示的方法；3.掌握连续时间信号时域运算的基本方法；4.掌握连续时间信号波形变换的基本运算；5.熟悉Matlab相关函数的调用格式及作用, 并实现常用连续信号的运算及连续系统的响应。
实验原理：1.常用信号的MATLAB实现及调用：正弦信号f(t)=Asin(ωt+φ) 函数sin 调用形式f=A*sin(ω*t+φ)f(t)=Acos(ωt+φ) 函数cos 调用形式f=A*cos(ω*t+φ)指数信号f(t)=Ae st 函数exp 调用形式f=A*exp(a*t)矩形脉冲信号函数 rectpuls 调用形式 f=restpuls(t,width)2.连续信号运算的MATLAB实现：连续信号的基本运算包括连续信号的相加、相乘、翻转、移位和展缩，以及连续信号的微分和积分。
(1)相加和相乘连续信号f1(t)和f2(t) y1(t)为和信号 y2(t)为积信号y1(t)= f1(t)+ f2(t) y2(t)= f1(t)*f2(t)(2)翻转信号f(t)的自变量t换成-t，得到另一个信号f(-t)(3)移位将信号f(t)的自变量换为t±t0,得到另一个信号f(t±t0)(4)展缩，将信号f(t)的自变量t换位at，得到另一个信号f(at)；(5)微分和积分微分调用函数diff 调用形式为diff(f)积分调用函数int 调用形式为int(f)；卷积调用函数conv 调用形式为f=conv(f1,f2)3.连续系统的响应：(1)调用函数impulse可求解系统冲击响应，调用形式为：y=impulse(sys,t)(2)调用函数step可求解阶跃响应，调用形式为：y=step(sys,t)(3)调用函数lsim可求解系统零状态响应，调用形式为：y=lsim(sys,x,t)式中：t表示计算系统响应的抽样点向量；x是系统输入信号向量(4)调用函数lsim可求解系统全响应，调用形式为lsim(sys,f,t,z)f为系统输入，z为系统的初始状态。
信号与系统第二章
§2.1 经典时域解法
2 连续时间信号与系统的时域分析
2.1.1 微分方程式的建立与求解
1．物理系统的模型
•许多实际系统可以用线性系统来模拟。
•若系统的参数不随时间而改变，则该系统可以用
线性常系数微分方程来描述。
2 连续时间信号与系统的时域分析
•根据实际系统的物理特性列写系统的微分方程。 •对于电路系统，主要是根据元件特性约束和网络
2 连续时间信号与系统的时域分析
2 冲激函数匹配法 配平的原理：t =0 时刻微分方程左右两端的δ(t) 及各阶导数应该平衡.
【例】
d y t 3 y t 3 t 已知y0 , 求y0 dt
ut : 表示0 到0 相对单位跳变函数
该过程可借助数学描述
所以系统响应的完全解为
需要注意的: 特解的函数形式由系统所加的激励决定，齐次解 的函数形式完全取决于特征方程的根。 由于构成系统的各元件本身所遵从的规律、系统 的结构与参数决定了微分方程的阶次与系数，因此， 齐次解只与系统本身特性有关。
2 连续时间信号与系统的时域分析
2.1.2 从 到 状态的转换
2 连续时间信号与系统的时域分析
齐次解：由特征方程→求出特征根→写出齐次解形式 注意重根情况处理方法。 特 解：根据微分方程右端函数式形式，设含待定系 数的特解函数式→代入原方程，比较系数 定出特解。
完全解:齐次解和特解相加, 齐次解中的待定系数可通过初始条件求得.
在系统分析中，响应区间定义为激励信号 加 入后系统的状态变化区间。系统响应的求解区间为
a 3 即 b 9 c 9
即 y0 y0 9
2 连续时间信号与系统的时域分析
冲激函数匹配法实现过程中应注意的问题： (1) 对于冲激函数只匹配 及其各阶导数项， 微分方程两端这些函数项都对应相等。 (2) 匹配从方程左端 的最高阶项开始，首 先使方程右端冲激函数最高阶次项得到匹配,在已 匹配好的高阶次冲激函数项系数的条件下，再匹配 低阶项。 (3) 每次匹配方程低阶冲激函数项时，如果方 程左端所有同阶次冲激函数各项系数之和不能和右 端匹配，则由左端 高阶项中补偿。
第2章连续系统的时域分析ppt课件
《 信号与线性系统》
第2章 连续系统的时域分析
例2―7描述某线性非时变连续系统的微分方程为 y″(t)+3y′(t)+2y(t)=f(t) ， 已 知 系 统 的 初 始 条 件 是 y(0)=y′(0)=0，输入激励f(t)=e-tu(t)，试求全响应y(t)。
《 信号与线性系统》
第2章 连续系统的时域分析
例2―5求微分方程y″(t)+y(t)=f(t)的齐次解。 解由特征方程λ2+1=0解得特征根是一对共轭复数 λ1,2=±j，因此，该方程的齐次解
yh(t)=c1cost+c2sint 2. 特解的函数形式与激励函数的形式有关。表2―1 列 出 了 几 种 类 型 的 激 励 函 数 f(t) 及 其 所 对 应 的 特 征 解 yp(t)。选定特解后，将它代入到原微分方程，求出其 待定系数Pi，就可得出特解。
y(t)=yx(t)+yf(t)
(2―17)
《 信号与线性系统》
第2章 连续系统的时域分析
在零输入条件下，式(2―7)等式右端均为零，化为 齐次方程。若其特征根全为单根，则其零输入响应
n
yx(t) cxieit
i1
(2―18)
式中cxi为待定常数。 若系统的初始储能为零，亦即初始状态为零，这
时式(2―7)仍为非齐次方程。若其特征根均为单根，则 其零状态响应
信号与系统实验报告实验一 信号与系统的时域分析
实验一信号与系统的时域分析一、实验目的1、熟悉与掌握常用的用于信号与系统时域仿真分析的MA TLAB函数;2、掌握连续时间与离散时间信号的MA TLAB产生,掌握用周期延拓的方法将一个非周期信号进行周期信号延拓形成一个周期信号的MA TLAB编程;3、牢固掌握系统的单位冲激响应的概念,掌握LTI系统的卷积表达式及其物理意义,掌握卷积的计算方法、卷积的基本性质;4、掌握利用MA TLAB计算卷积的编程方法,并利用所编写的MA TLAB程序验证卷积的常用基本性质;掌握MA TLAB描述LTI系统的常用方法及有关函数,并学会利用MATLAB求解LTI系统响应,绘制相应曲线。
基本要求:掌握用MA TLAB描述连续时间信号与离散时间信号的方法,能够编写MATLAB程序,实现各种信号的时域变换与运算,并且以图形的方式再现各种信号的波形。
掌握线性时不变连续系统的时域数学模型用MA TLAB描述的方法,掌握卷积运算、线性常系数微分方程的求解编程。
二、实验原理信号(Signal)一般都就是随某一个或某几个独立变量的变化而变化的,例如,温度、压力、声音,还有股票市场的日收盘指数等,这些信号都就是随时间的变化而变化的,还有一些信号,例如在研究地球结构时,地下某处的密度就就是随着海拔高度的变化而变化的。
一幅图片中的每一个象素点的位置取决于两个坐标轴,即横轴与纵轴,因此,图像信号具有两个或两个以上的独立变量。
在《信号与系统》课程中,我们只关注这种只有一个独立变量(Independent variable)的信号,并且把这个独立变量统称为时间变量(Time variable),不管这个独立变量就是否就是时间变量。
在自然界中,大多数信号的时间变量都就是连续变化的,因此这种信号被称为连续时间信号(Continuous-Time Signals)或模拟信号(Analog Signals),例如前面提到的温度、压力与声音信号就就是连续时间信号的例子。
信号与系统MATLAB仿真——LTI连续系统的时域分析
信号与系统MATLAB仿真——LTI连续系统的时域分析1. 知识回顾（1）经典时域分析⽅法线性时不变（LTI）系统是最常见最有⽤的⼀类系统，描述这类系统的输⼊-输出特性的是常系数线性微分⽅程。
\begin{array}{l} {y^{(n)}}(t) + {a_{n - 1}}{y^{(n - 1)}}(t) + \cdot \cdot \cdot + {a_1}{y^{(1)}}(t) + {a_0}y(t) = \\ {b_m}{f^{(m)}}(t) + {b_{m - 1}}{f^{(m - 1)}}(t) + \cdot \cdot \cdot + {b_1}{f^{(1)}}(t) + {b_0}f(t) \end{array}齐次解：{y^{(n)}}(t) + {a_{n - 1}}{y^{(n - 1)}}(t) + \cdot \cdot \cdot + {a_1}{y^{(1)}}(t) + {a_0}y(t) = 0特征⽅程：{\lambda ^n} + {a_{n - 1}}{\lambda ^{n - 1}} + \cdot \cdot \cdot + {a_1}\lambda + {a_0} = 0均为单根：{y_h}(t) = \sum\limits_{i = 1}^n {{C_i}{e^{{\lambda _i}t}}}有重根（r重根）：{y_h}(t) = \sum\limits_{i = 1}^r {{C_i}{t^{i - 1}}{e^{{\lambda _1}t}}}共轭复根（{\lambda _{1,2}} = \alpha \pm j\beta ）：{e^{\alpha t}}({C_1}\cos \beta t + {C_2}\sin \beta t)r重复根：{e^{\alpha t}}(\sum\limits_{i = 1}^r {{C_{1i}}{t^{i - 1}}} \cos \beta t + \sum\limits_{i = 1}^r {{C_{2i}}{t^{i - 1}}} \sin \beta t)特解：f(t) = {t^m}所有的特征根均不等于0：{y_p}(t) = {P_m}{t^m} + {P_{m - 1}}{t^{m - 1}} + \cdot \cdot \cdot + {P_1}t + {P_0}有r重等于0的特征根：{y_p}(t) = {t^r}[{P_m}{t^m} + {P_{m - 1}}{t^{m - 1}} + \cdot \cdot \cdot + {P_1}t + {P_0}] f(t) = {e^{\alpha t}}：\alpha 不是特征根：{y_p}(t) = P{e^{\alpha t}}\alpha 是特征单根：{y_p}(t) = {P_1}t{e^{\alpha t}} + {P_0}{e^{\alpha t}}\alpha 是r重特征根：{y_p}(t) = ({P_r}{t^r} + {P_{r - 1}}{t^{r - 1}} + \cdot \cdot \cdot + {P_1}t + {P_0}){e^{\alpha t}} f(t) = \cos \beta t或\sin \beta t：所有特征根均不等于 \pm j\beta ：{y_p}(t) = {P_1}\cos \beta t + {P_2}\sin \beta t\pm j\beta 是特征单根：{y_p}(t) = t[{P_1}\cos \beta t + {P_2}\sin \beta t]全解：y(t) = {y_h}(t) + {y_p}(t)（2）零输⼊响应与零状态响应y(t) = {y_{zi}}(t) + {y_{zs}}(t)（3）冲激响应和阶跃响应\left\{ \begin{array}{l} \delta (t) = \frac{{{\rm{d}}\varepsilon (t)}}{{{\rm{d}}t}}\\ \varepsilon (t) = \int_{ - \infty }^t {\delta (\tau ){\rm{d}}\tau } \end{array} \right. \left\{ \begin{array}{l} h(t) = \frac{{{\rm{d}}g(t)}}{{{\rm{d}}t}}\\ g(t) = \int_{ - \infty }^t {h(\tau ){\rm{d}}\tau } \end{array} \right.（4）卷积积分y(t) = {f_1}(t) * {f_2}(t) = \int_{ - \infty }^{ + \infty } {{f_1}(\tau ){f_2}(t - } \tau ){\rm{d}}\tau系统的零状态响应：{y_{zs}}(t) = f(t) * h(t)卷积积分的性质：交换律分配率结合律任意函数与单位冲激函数卷积的结果仍是函数本⾝：f(t) * \delta (t) = f(t)2. 利⽤MATLAB求LTI连续系统的响应LTI连续系统以常微分⽅程描述，如果系统的输⼊信号及初始状态已知，便可以求出系统的响应。
第2章-连续时间信号与系统的时域分析PPT课件
第二章 连续时间信号与系统的时域分析
第一节 单位阶跃信号与单位冲激信号 第二节 LTI连续系统的时域响应 第三节 冲激响应与阶跃响应 第四节 卷积积分及其应用
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1
第二章连续时间信号与系统的时域分析
第一节 单位阶跃信号与单位冲激信号
一、单位阶跃函数与单位冲激函数
单位阶跃信号 (unit step function)用(t)表
求：当f(t)=t2,y(0+)=1,y’(0+)=1时的全解。
例5：已知某LTI连续系统的方程为
y ( t ) 4 y ( t ) 4 y ( t ) 2 f ( t ) 8 f ( t )
求：当f(t)=e-t,y(0+)=3,y’(0+)=4时的全响应。
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15
第二章连续时间信号与系统的时域分析
例6：如图所示电路图，其中R=5，L=1H，
C=1/6F,is(t)=4A,uc(0-)=0,i(0-)=0，电感电流
为i(t)为响应，求系统全响应。
+ uR(t) -
解：激励is(t)，响应i(t)
ic(t)is(t)i(t)
iS(t)
ic(t)
R
+
C vc(t)
-
i(t) + L uL(t) -
-
21
第二章连续时间信号与系统的时域分析
例9：描述某线性时不变系统的微分方程为： y”(t)+4y’(t)+3y(t)=f’(t)+4f(t)
已知输入： f(t)=2e-2t(t)
y(0+)=1 y’(0+)=7 (1)求系统的零状态响应yf(t)； (2)求系统的零输入响应yx(t)； (3)全响应y(t)。
信号与系统(连续系统的时域分析)实验报告1
信号与系统(连续系统的时域分析)实验报告1本次实验内容是关于连续信号和系统的时域分析，我将按照实验操作流程、实验结果、实验分析和实验总结四个方面进行本次实验报告。
实验操作流程：1、根据实验指导书，找到实验需要使用的硬件设备和软件平台。
3、进行连续信号的产生和输入，根据实验指导书中的要求，选择不同的信号类型，改变其频率、振幅、相位等参数。
5、通过实验软件平台对产生的信号和系统进行采样和采集，并进行大量的数据处理和分析。
6、根据实验结论和实验指导书中的要求，编写实验报告。
实验结果：在本次实验中，我成功产生了三种不同类型的连续信号，分别是正弦信号、方波信号和三角波信号，同时我也成功搭建了两种不同类型的连续系统，分别是低通滤波器和高通滤波器，随着不同的输入信号对系统的测试，产生了一系列不同的实验结果。
主要的实验结果如下：首先是正弦信号的生成和输入，通过改变其频率和幅值，观察到了信号的变化过程及其在系统中被处理的效果，在低通滤波器中，信号的频率被截止，经过系统后的信号相比于输入信号更加平滑；在高通滤波器中，信号的低频部分被丢弃，经过系统后的信号比输入信号更加尖锐。
其次是方波信号的生成和输入，由于方波信号富含基频及其谐波，我们可以在低通滤波器中观察到对基频和谐波的处理效果，在低通滤波器中，我们可以观察到基频及其谐波被通过，而高于截止频率的谐波则被丢掉；在高通滤波器中，方波信号的低频部分被丢掉，越高的谐波被通过，产生重音类的声音。
最后是三角波信号的生成和输入，我们发现三角波信号的频率变化相对于方波信号更加平缓，变化更加连续，因此在经过低通滤波器进行处理的时候，我们可以观察到频率更加平滑，而高通滤波器将产生一个类似于单谐波的效果，快速上升和下降的部分被丢掉，产生一个非常平滑的信号。
实验分析：通过本次实验，我们了解了连续信号和系统的时域分析方法，对不同类型的信号和系统有了更深入的了解，同时也提升了我们对实验平台的掌握能力和实际操作的经验。
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式上变成代数方程。
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2.2 系统微分方程的建立及算子表示
1． 算子的定义
1）微分算子p
pf (t) d f (t) dt
pn f (t) d n f (t) dt n
2）积分算子
1 p
1 f (t) t f ( )d
p
3）广义微分算子N(p)
N(p)是一个关于p的多项式 N ( p) bm pm bm1 pm1 … b1 p b0
1． 基尔霍夫电流定律(KCL)
在任意时刻，流入电路中任意一个节点的电流的代数和恒为零。 基尔霍夫电流定律说明电路中的电流是连续的。及算子表示
2． 基尔霍夫电压定律(KVL) 在任意时刻，沿电路中任意一个回路的电压降（升）的代数和 恒为零。 基尔霍夫电压定律说明电路中两点间的电压与所选择的路径无 关。
3． 算子方程组的消元
为了要从一个n阶电路的n元一次算子方程组得到一个形式为
y(t)=H(p)f(t)的一元n阶算子方程，必须将原方程组中除响应
变量y(t)以外的其它未知量系统消去。
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2.3 系统的零输入响应
激励信号加入系统之前，系统原有的贮能（如电容上的初始电
压、电感上的初始电流等）构成了系统的初始状态 xj (0 )
j=1,…，n。系统在无外加激励作用下，仅由系统的初始状态所引起
的响应，称为系统的零输入响应。记为 yx (t) 。系统的零输入响应完 全由系统的结构与状态决定，而与激励信号无关。
2.3.1 一阶与二阶齐次方程的解
一阶齐次方程的一般形式为 ( p ) yx (t) 0
一阶其次方程的解为 yx (t) yx (0)et
2.2.3 电路数学模型的建立
例2-1 如图2-1所示RC串联电路，电压源 us (t) 是电路中的激
励，若以电容电压 uc 作为响应，列写描述该电路的微分方程。
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2.2 系统微分方程的建立及算子表示
解：由电路可知，该电路的KVL方程为 uR uc us
各元件的电压、电流伏安关系VAR为 i(t) C duc
其中，an1 ～ a0 是常数。若 y(t) 1 f (t)
D( p)
其意义为
D
p
y(t)
d
n y(t) dt n
an1
d
n1 y(t) dt n1
...
a1
dy(t) dt
a0
y(t)
f (t)
5）转移算子H(p)
H ( p) N ( p) D( p)
其意义为，若 y(t) H ( p) f (t) N ( p) f (t) D( p)
问题。
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2.2 系统微分方程的建立及算子表示
建立电系统常系数微分方程的基本依据是：元件的伏安特性和 针对电路连接关系的基尔霍夫定律。
2.2.1 元件的伏安关系(VAR)
1．电阻元件 若电阻元件两端电压和电流为关联参考方向，则电阻元件的伏 安关系(VAR)为u=Ri
2．电感元件
若电感元件两端电压和电流为关联参考方向，则电感元件的伏
C22 yx
(0)
解之，可得C1与C2的具体数值，从而最后确定了 yx (t)
用时域分析求解全响应时，把全响应分为零输入响应和零状态
之和，其中零输入响应比较简单，本章重点讲述零状态响应，它的
求法是把系统的输入f(t)分解成若干冲激函数，再利用系统的叠加
性，把各个冲激函数所引起的响应叠加起来求得总的响应。这种叠
加过程称之为卷积积分。为此要了解单位冲激函数的概念，熟悉单
位冲激响应，并掌握卷积积分的性质，才能很好解决零状态响应的
第2章 连续信号与系统的时域分析
2.1 引言 2.2 系统微分方程的建立及算子表示 2.3 系统的零输入响应 2.4 单位冲激函数 2.5 系统的单位冲激响应和零状态响应 2.6 卷积积分
2.1 引言
连续线性时不变系统的分析，实际上就是建立并且求解线性微 分方程。在系统的微分方程中，包含有表示激励和响应的时间函数 以及它们对时间的各阶导数的线性组合。这些函数的变量都是时间t， 这种分析方法通常称为时域分析法。
即表示 D( p) y(t) N( p) f (t)
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2.2 系统微分方程的建立及算子表示
2． 算子的运算规则
利用算子符号可以把微分方程写成代数方程形式的算子方程， 于是就会自然地产生这样一个问题，即代数方程中的运算规则在算 子方程中是否适用？只要加以运算检验，就可以证明这关系是成立 的。不难得出结论，即由p的多项式所组成的运算符号可以象代数式 那样相乘和那样因式分解。
安关系(VAR)为:微分形式 u L di
dt
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2.2 系统微分方程的建立及算子表示
积分形式
i(t) 1
t
u( )d
L
3．电容元件
若电容元件两端电压和电流为关联参考方向，则电容元件的伏 安关系(VAR)为:微分形式 i C du
dt
积分形式
u(t) 1
t
i( )d
C
2.2.2 电路基本定律
t0
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2.3 系统的零输入响应
二阶齐次方程的一般形式为
d
2 yx (t) dt 2
a
dyx (t) dt
byx
(t)
0
解为 yx (t) C1e1t C2e2t , t 0
如果给定初始状态为 yx (0), y'x (0)
将这些条件代入上式及其微分式可得
CC111
C2 yx (0)
式中，bm ～ b0 是常数。
广义微分算子的定义是
N( p)
f
(t)
bm
d m f (t) dt m
bm1
d m1 f (t) dt m1
… b1
df (t) dt
b0
f
(t)
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2.2 系统微分方程的建立及算子表示
4）广义积分算子D(p)
D(p)也是一个关于p的多项式 D( p) pn an1 pn1 … a1 p a0
dt
整理得
duc dt
1 RC
uc
1 RC
us
上式是一阶线性常数系数非齐次微分方程。
2.2.4 系统方程的算子表示法
如上面所示，描写线性系统的激励函数和响应函数间关系的微 分方程形式，看起来很复杂，为了方便起见，把微分算子用符号p来 代表，如令 d p ，通过引入算子符号，可以把微积分方程在形