用Matlab实现系统的时域分析
利用MATLAB进行时域分析
实验一 利用MATLAB 进行时域分析一 实验目的1 掌握利用MA TLAB 绘制控制系统时域响应方法。
2 研究二阶系统的两个重要参数阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn 对系统动态性能的影响。
3 掌握利用绘制的图形进行线性系统时域分析的方法二 实验内容1 初步掌握MA TLAB 时域分析中的基本命令；2 绘制系统响应曲线图并根据图形进行性能分析；三 实验步骤1 初步掌握MA TLAB 时域分析中的基本命令；A 熟悉MA TLAB 运行环境；B 控制系统模型的描述如考虑函数432543232546()34276s s s s G s s s s s s ++++=+++++ 传递函数模型描述sys=tf(num,den)执行如下程序：num=[3 2 5 4 6]; den=[1 3 4 2 7 2];sys=tf(num,den)执行结果如下：Transfer function:3 s^4 + 2 s^3 +5 s^2 + 4 s + 6------------------------------------- s^5 + 3 s^4 + 4 s^3 + 2 s^2 + 7 s + 2C 绘制系统的响应曲线考虑如下传递函数225()425G s s s =++ 绘制系统的单位阶跃响应曲线。
执行如下程序：num=[0 0 25];den=[1 4 25];impulse （num, den ）;step(num,den);grid或者num=[0 0 25];den=[1 4 25];sys2=tf(num,den);impulse(sys2, t); (或者可缺省t，即impulse(sys2) ;)step(sys2,t);grid执行结果如下D 绘制多条响应曲线求典型二阶系统222()2nn nss sωζωωΦ=++，当ωn=10时，ζ分别为0,0.25,0.5，0.7,1,2时的单位阶跃响应。
基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真
基于MATLAB的线性系统时域分析及仿真MATLAB是一种高级计算软件，广泛应用于各个领域中的科学和工程问题的分析与仿真。
在信号与系统领域，MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
线性系统是指具有线性特性的系统，它们满足叠加原理和比例原理。
在时域分析中，我们通常关注系统的时域响应，即系统对输入信号的输出响应。
MATLAB提供了许多实用的函数来分析线性系统的时域行为。
首先，我们可以通过建立线性系统模型来研究其时域特性。
MATLAB 中的tf和ss函数可以用于创建传递函数和状态空间模型。
传递函数是输入输出之间的比值关系，而状态空间模型描述了系统的状态变量和输入/输出之间的关系。
可以通过输入系统的差分方程或频域特性来创建或导入线性系统的模型。
接下来，我们可以使用step、impuls和lsim函数来分析线性系统的时域响应。
step函数用于计算系统的单位阶跃响应，impuls函数用于计算系统的单位脉冲响应，而lsim函数用于计算系统对任意输入信号的响应。
这些函数能够绘制系统的时域响应曲线，并提供有关系统稳定性和动态特性的信息。
除了时域分析，MATLAB还提供了一些仿真工具来模拟线性系统的时域行为。
Simulink是MATLAB的一个强大的仿真环境，它可以用于构建复杂的线性系统模型，并通过仿真来分析系统的时域响应。
Simulink提供了丰富的模块库，包括线性系统模型、输入信号源和观测器等，使用户能够快速搭建系统模型并进行仿真。
在仿真过程中，Simulink提供了多种仿真方法，如固定步长仿真和变步长仿真。
固定步长仿真通过以固定的时间步长进行仿真，可以在仿真过程中保持较高的精度。
变步长仿真则根据系统响应的动态特性自适应地调整仿真步长，以确保在不同仿真阶段获取较高的精度和仿真效率。
总之，MATLAB提供了强大的工具来进行线性系统的时域分析与仿真。
通过建立线性系统模型、使用时域分析函数和Simulink仿真工具，用户可以方便地研究和分析系统的时域特性，并得到系统的时域响应曲线，进而了解系统的稳定性、动态特性和性能等信息。
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。
实验二利用matlab进行时域分析
实验二利用matlab进行时域分析在本实验中，我们将使用MATLAB来进行时域分析。
时域分析是指对信号的时间范围内的波形进行分析。
总的来说，它是一种非常实用的分析方法，因为它允许我们对信号进行详细的观察和研究。
在此之前，建议你先了解一些MATLAB的基础知识，比如如何在MATLAB中载入数据、如何绘制图形等等。
我们假设你已经掌握了这些基础知识，并已经准备好开始这个实验。
在MATLAB中，有许多内置函数可用于分析时间域信号。
下面仅介绍几个常用的函数。
1. plot函数使用plot函数可以绘制信号波形。
在MATLAB中，我们可以载入所需的数据，然后使用“plot”函数将数据绘制成波形。
例如，以下代码绘制了一个简单的余弦波：```t = 0:0.01:pi;y = cos(t);plot(t,y);```在这个例子中，我们使用“t”来表示时间，它的范围是从0到π，步长为0.01。
我们还设置了一个“y”向量，它是根据时间向量计算得出的余弦函数值。
最后，我们使用“plot”函数将时间和信号值绘制成波形。
2. fft函数使用FFT函数可以将时域信号转换为频域信号。
MATLAB中的fft函数可以帮助我们计算信号的傅里叶变换，进而分析信号的频谱。
以下是示例代码：```Fs = 1000;t = 0:1/Fs:1-1/Fs;x = sin(2*pi*100*t) + sin(2*pi*200*t);N = length(x);X = fft(x)/N;f = Fs*(0:N/2-1)/N;plot(f,2*abs(X(1:N/2)));```在这个例子中，我们首先定义采样率“Fs”，取样时间“t”，并定义一个包含100和200Hz正弦波的信号“x”。
然后，我们使用“fft”函数计算信号“x”的傅里叶变换。
“N”是“x”的长度，而“X”是计算出的FFT系数。
最后，我们使用“plot”函数将傅里叶变换的振幅绘制成图形。
实验二 利用MATLAB进行时域分析报告
实验二 利用MATLAB 进行时域分析本实验容包含以下三个部分：基于MATLAB 的线性系统稳定性分析、基于MATLAB 的线性系统动态性能分析、和MATALB 进行控制系统时域分析的一些其它实例。
一、 基于MATLAB 的线性系统稳定性分析线性系统稳定的充要条件是系统的特征根均位于S 平面的左半部分。
系统的零极点模型可以直接被用来判断系统的稳定性。
另外，MATLAB 语言中提供了有关多项式的操作函数，也可以用于系统的分析和计算。
（1）直接求特征多项式的根设p 为特征多项式的系数向量，则MATLAB 函数roots()可以直接求出方程p=0在复数围的解v,该函数的调用格式为：v=roots(p)例3.1 已知系统的特征多项式为： 123235++++x x x x特征方程的解可由下面的MATLAB 命令得出。
>> p=[1,0,3,2,1,1]; v=roots(p) 结果显示：v =0.3202 + 1.7042i 0.3202 - 1.7042i -0.7209 0.0402 + 0.6780i 0.0402 - 0.6780i利用多项式求根函数roots(),可以很方便的求出系统的零点和极点，然后根据零极点分析系统稳定性和其它性能。
（2）由根创建多项式如果已知多项式的因式分解式或特征根，可由MATLAB 函数poly()直接得出特征多项式系数向量，其调用格式为：p=poly(v)如上例中：v=[0.3202+1.7042i;0.3202-1.7042i;-0.7209;0.0402+0.6780i; 0.0402-0.6780i];>> p=poly(v) 结果显示p =1.0000 0.0001 3.00002.0001 0.9998 0.9999由此可见，函数roots()与函数poly()是互为逆运算的。
（3）多项式求值在MATLAB 过函数polyval()可以求得多项式在给定点的值，该函数的调用格式为： polyval(p,v) 对于上例中的p 值，求取多项式在x 点的值，可输入如下命令：>> p=[1,0,3,2,1,1]; x=1polyval(p,x) 结果显示 x = 1 ans = 8(4)部分分式展开 考虑下列传递函数：nn n nn n a s a s a b s b s b den num s N s M +⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++==--110110)()( 式中0a 0≠，但是i a 和j b 中某些量可能为零。
第3章用MATLAB进行控制系统时域分析
第3章用MATLAB进行控制系统时域分析MATLAB是一种功能强大的计算机软件，被广泛用于进行控制系统分析和设计。
在控制系统领域，时域分析是一种常用的方法，它可以用来评估和改进系统的性能及稳定性。
在MATLAB中，有几个重要的函数可以用于进行控制系统时域分析，包括step、impulse、lsim和initial等。
这些函数可以帮助我们了解系统的响应和行为。
首先，我们可以使用step函数来绘制系统的阶跃响应。
阶跃响应表示系统对输入信号的反应。
通过分析阶跃响应曲线的特性，我们可以评估系统的稳定性和性能。
例如，我们可以从阶跃响应曲线中获取系统的超调量、上升时间和峰值时间等信息。
step函数的使用方法如下：```step(sys)```其中，sys是一个控制系统的传递函数或状态空间模型。
调用step 函数后，MATLAB会自动绘制系统的阶跃响应曲线，并且返回一个包含系统响应数据的结构体。
另一个常用的时域分析函数是impulse，它可以用来绘制系统对冲击输入的响应。
冲击响应是系统对于单位冲击信号的输出。
通过分析冲击响应曲线，我们可以了解系统的固有特性，例如共振频率和阻尼比。
impulse函数的使用方法与step函数类似：```impulse(sys)```同样，调用impulse函数后，MATLAB会绘制系统的冲击响应曲线，并且返回一个包含系统响应数据的结构体。
除了阶跃响应和冲击响应外，我们还可以使用lsim函数来绘制系统对任意输入信号的响应。
lsim函数可以接受用户自定义的输入信号，并给出系统的输出响应。
通过分析系统的输出信号，我们可以更加全面地了解系统的性能和行为。
lsim函数的使用方法如下：```lsim(sys,u,t)```其中，sys是一个控制系统的传递函数或状态空间模型，u是输入信号，t是时间向量。
调用lsim函数后，MATLAB会根据输入信号和时间向量绘制系统的输出响应曲线，并返回一个包含系统响应数据的结构体。
实验二-MATLAB用于时域分析
实验二 MATLAB用于时域分析一、实验目的通过使用MATLAB完成系统的输出响应分析、稳定性分析、求动态性能指标以及稳态误差分析等工作。
二、实验原理在MATLAB中，可以通过单输入单输出系统的传递函数，进行系统的脉冲响应，阶跃响应以及一般输入响应等时域分析。
用到以下函数：单位阶跃响应 step(num,den,t)单位脉冲响应impluse(num,den,t)一般输入响应 y=Isim(num,den,u,t)时间t是事先定义的矢量，u为输入信号。
此外，还可以求出系统的超调量，调节时间以及稳态误差。
SIMULINK是MATLAB的一个附加组件，用来提供一个系统的建模、动态仿真及综合分析的工作平台。
SIMULINK模型可以用来模拟线性或非线性、连续或离散，或者两者混合的系统，即可用它来模拟几乎所有的动态系统。
三、实验内容通过MATLAB以及其中的SIMULINK完成系统的输出响应分析、稳定性分析、求动态性能指标以及稳态误差分析等工作。
四、实验代码1、一阶系统响应sys1=tf([100],[1 0]);sys2=tf([0.1],[1]);sys=feedback(sys1,sys2);step(sys)2、二阶系统响应wn=1t=0:0.1:12;num=[1];zeta1=0;den1=[1 2*zeta1 1];zeta3=0.3;den3=[1 2*zeta3 1];zeta5=0.5;den5=[1 2*zeta5 1];zeta7=0.7;den7=[1 2*zeta7 1];zeta9=1.0;den9=[1 2*zeta9 1];[y1,x,t]=step(num,den1,t);[y3,x,t]=step(num,den3,t);[y5,x,t]=step(num,den5,t);[y7,x,t]=step(num,den7,t);[y9,x,t]=step(num,den9,t);plot(t,y1,t,y3,t,y5,t,y7,t,y9)grid on;3、稳定性分析den=[1 1 2 24];roots(den)4、求动态性能指标t=0:0.01:2;num=[1000]';den=[1 34.5 1000];[y,x,t]=step(num,den,t);plot(t,y);maxy=max(y);yes=y(length(t));pos=100*(maxy-yes)/yesfor i=1:1:201if y(i)==maxy,n=i;endendtp=(n-1)*0.01for i=1:1:201if(y(i)<1.05&y(i)>0.95),n=i;endbreak;endts=(n-1)*0.015、稳态误差分析t=0:0.1:15;[num1,den1]=cloop([1],[1 1]);[num2,den2]=cloop([1],[1 1 0]);[num3,den3]=cloop([4 1],[1 1 0 0]);y1=impulse(num1,den1,t);y2=impulse(num2,den2,t);y3=impulse(num3,den3,t);subplot(311);plot(t,y1);subplot(312);plot(t,y2);subplot(313);plot(t,y3);er1=0-y1(length(t))er2=0-y2(length(t))er3=0-y3(length(t))6、求单位阶跃响应及其稳态误差t=0:0.1:20[num1,den1]=cloop([1],[1 1]);[num2,den2]=cloop([1],[1 1 0]);[num3,den3]=cloop([4 1],[1 1 0 0]);y1=step(num1,den1,t);y2=step(num2,den2,t);y3=step(num3,den3,t);subplot(311);plot(t,y1);subplot(312);plot(t,y2);subplot(313);plot(t,y3);er1=1-y1(length(t));er2=1-y2(length(t));er3=1-y3(length(t));7、求单位斜坡响应及其稳态误差t=0:0.1:20;t1=0:0.1:100;[num1,den1]=cloop([1],[1 1]);[num2,den2]=cloop([1],[1 1 0]);[num3,den3]=cloop([4 1],[1 1 0 0]);y1=step(num1,[den1 0],t1);y2=step(num2,[den2 0],t);y3=step(num3,[den3 0],t);subplot(311);plot(t1,y1,t1,t1);subplot(312);plot(t,y2,t,t);subplot(313);plot(t,y3,t,t);er1=t1(length(t1))-y1(length(t1))er2=t(length(t))-y2(length(t))er3=t(length(t))-y3(length(t))8、实例分析kp=[0.11 6];t=[0:0.01:1];num1=303.03*kp(1);den1=[0.00001 0.00633 0.20167 21.21*kp(1)+1];y1=step(num1,den1,t);num2=303.03*kp(2);den2=[0.00001 0.00633 0.20167 21.21*kp(2)+1];y2=step(num2,den2,t);subplot(211);plot(t,y1);subplot(212);plot(t,y2);gtext('kp=0.11');gtext('kp=6');9、SIMULINK用于系统仿真五、实验结果1、一阶系统响应2、二阶系统响应3、稳定性分析4、求动态性能指标5、稳态误差分析6、求单位阶跃响应及其稳态误差7、求单位斜坡响应及其稳态误差8、实例分析9、SIMULINK用于系统仿真六、实验总结通过本次实验实现了用MATLAB完成系统的输出响应分析、稳定性分析、求动态性能指标以及稳态误差分析等工作。
基于MATLAB自动控制系统时域频域分析与仿真
基于MATLAB自动控制系统时域频域分析与仿真MATLAB是一款强大的数学软件，也是自动控制系统设计的常用工具。
它不仅可以进行时域分析和频域分析，还可以进行相关仿真实验。
本文将详细介绍MATLAB如何进行自动控制系统的时域和频域分析，以及如何进行仿真实验。
一、时域分析时域分析是指对系统的输入信号和输出信号进行时域上的观察和分析，以了解系统的动态特性和稳定性。
MATLAB提供了一系列的时域分析工具，如时域响应分析、稳态分析和步骤响应分析等。
1.时域响应分析通过时域响应分析，可以观察系统对于不同的输入信号的响应情况。
在MATLAB中，可以使用`lsim`函数进行系统的时域仿真。
具体步骤如下：- 利用`tf`函数或`ss`函数创建系统模型。
-定义输入信号。
- 使用`lsim`函数进行时域仿真，并绘制系统输出信号。
例如，假设我们有一个二阶传递函数模型，并且输入信号为一个单位阶跃函数，可以通过以下代码进行时域仿真：```num = [1];den = [1, 1, 1];sys = tf(num, den);t=0:0.1:10;u = ones(size(t));[y, t, x] = lsim(sys, u, t);plot(t, y)```上述代码中，`num`和`den`分别表示系统的分子和分母多项式系数，`sys`表示系统模型，`t`表示时间序列，`u`表示输入信号，`y`表示输出信号。
通过绘制输出信号与时间的关系，可以观察到系统的响应情况。
2.稳态分析稳态分析用于研究系统在稳态下的性能指标，如稳态误差和稳态标准差。
在MATLAB中，可以使用`step`函数进行稳态分析。
具体步骤如下：- 利用`tf`函数或`ss`函数创建系统模型。
- 使用`step`函数进行稳态分析，并绘制系统的阶跃响应曲线。
例如，假设我们有一个一阶传递函数模型，可以通过以下代码进行稳态分析：```num = [1];den = [1, 1];sys = tf(num, den);step(sys)```通过绘制系统的阶跃响应曲线，我们可以观察到系统的稳态特性。
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。
实验三 利用MATLAB进行时域分析
实验三
一、实验目的
(1)学会使用MATLAB编程绘制控制系统的单位阶跃响应曲线；
(2)研究二阶控制系统中，、n对系统动态特性和时域指标的影响；
(3)掌握准确读取动态特性指标的方法；
lab2='zunibi = 0.25';text(0.3,1.5,lab2),
>> lab3='zunibi = 0.5';text(0.3,1.2,lab3),
lab4='zunibi = 0.75';text(0,3,1.05,lab4),
lab5='zunibi = 1';text(0,35,0.9,lab5),
den=[1,4,25];
step(num,den)
grid%绘制网格线。
title(¹Unit-Step Response of G(s)=25/(s^2+4s+25) ¹) %图像标题
图3-2MATLAB绘制的响应曲线
还可以用下面的语句来得出阶跃响应曲线
>> G=tf([0,0,25],[1,4,25]);
den = [1 2*sigma*10 100];
damp(den)
sys = tf(num,den);
i=i+1;
step(sys,2)
hold on
end
Eigenvalue Damping Freq. (rad/s)
0.00e+000 + 1.00e+001i 0.00e+000 1.00e+001
基于MATLAB的系统分析
图3-66 二阶系统的单位阶跃响应曲线
基于MATLAB的系统分析
1.2 基于MATLAB的根轨迹分析
使用 rlocus 命令可以得到连续单输入单输出系统的根轨迹图，此命令有两种基本形式： rlocus(num,den) 或 rlocus(num,den,k) 用 MATLAB 绘制根轨迹图时，具有 x，y 坐标轴自动定标功能。如果希望自行设置显示 图形的坐标范围，可以用 axis 命令定义绘制图形的轴线区域。例如， axis([-2.5,1 -3,3]); 表示 x 轴的显示范围是 2.5～1，y 轴的显示范围是 3～3 。
其中，z 为系统的零点；p 为系统的极点；k 为增益；num 为分子多项式降幂排列的系数向
量；den 为分母多项式降幂排列的系数向量。
基于MATLAB的系统分析
1.1 基于MATLAB的时域分析
2. 用MATLAB求取连续系统的输出响应
MATLAB提供了多种求取连续系统输出响应的函数，它们在MATLAB中的调用格 式分别为
1.1 基于MATLAB的时域分析
2. 用MATLAB求取连续系统的输出响应
【例 3-13】
已知典型二阶系统的传递函数为
G(s)
s2
n2 2n s
n2
其中 n 6 ，试绘制系统在 0.1，0.3，0.5，0.7，1.0 时的单位阶跃响应曲线。
【解】 输入以下MATLAB程序，运行结果如图3-66所示 wn=6; num=[wn^2] t=[0:0.1:10]; zeta1=0.1;den1=[1,2*zeta1*wn,wn^2]; zeta2=0.3;den2=[1,2*zeta2*wn,wn^2];
图3-68 连续系统的伯德图
基于MATLAB的系统分析
基于MATLAB的控制系统时域分析
基于MATLAB的控制系统时域分析控制系统的时域分析是通过对控制系统的输入与输出进行观察、计算和分析，研究系统的动态特性和稳态特性，以便设计出性能良好的控制系统。
MATLAB是一种功能强大的数学软件，也是控制系统分析和设计常用的工具。
基于MATLAB的控制系统时域分析包括系统的零极点分析、步跃响应分析、频域响应分析以及稳态误差分析等方面。
首先，零极点分析是控制系统时域分析的基础。
零极点是系统传递函数的根，可以通过MATLAB的roots函数来求解。
根据零极点的位置，可以判断系统的稳定性、阻尼比和共振频率等信息。
例如，根在左半平面的系统为稳定系统，零根的个数与极根的个数之差即为系统的阶数；根在右半平面的系统为不稳定系统；根在虚轴上的系统为临界稳定系统等。
其次，步跃响应分析是研究系统对输入步跃信号的响应情况。
通过MATLAB中的step函数，可以绘制系统的单位阶跃响应曲线，并可以获得系统的一些重要参数，如上升时间、峰值时间、峰值大小和稳态误差等。
其中，上升时间是指系统从初始值到达其稳定值的时间；峰值时间是指系统响应曲线达到其峰值的时间；峰值大小是指系统响应曲线在峰值时的大小；稳态误差是指系统响应与输入信号的差异。
接下来，频域响应分析是研究系统对输入频率信号的响应情况。
通过MATLAB中的freqresp函数，可以绘制系统的频率响应曲线。
频域响应曲线可以展示系统在不同频率下的增益和相位特性，用于研究系统的稳定性和频率补偿。
频域响应分析常用的工具包括Bode图和Nyquist图等。
最后，稳态误差分析是分析系统输出与输入的差异，用于评估系统的性能。
通过MATLAB中的step函数和sys2tf函数，可以计算系统的稳态误差，并绘制稳态误差曲线。
稳态误差可以分为位置误差和速度误差，用于评估系统的静态精确性。
综上所述，基于MATLAB的控制系统时域分析涵盖了零极点分析、步跃响应分析、频域响应分析和稳态误差分析等方面。
实验二用MATLAB实现线性系统的时域分析
实验二用MATLAB实现线性系统的时域分析线性系统是一种重要的数学模型，用于描述许多自然和工程系统的行为。
在实际应用中，对线性系统进行时域分析是非常重要的，以了解系统的稳定性、响应和性能特性。
MATLAB是一种功能强大的数学软件，被广泛用于线性系统的建模和分析。
首先，我们将介绍线性系统的时域分析的基本概念和方法。
然后，我们将学习如何使用MATLAB进行线性系统的时域分析，并通过具体的例子来演示。
时域分析是研究系统在时间上的响应，主要包括系统的因果性、稳定性、阶数、零极点分布、阻尼特性和幅频特性等。
其中，系统的因果性表示系统的输出只依赖于输入的过去和现在，与未来的输入无关；系统的稳定性表示系统的输出有界，不会无限增长或发散；系统的阶数表示系统差分方程的最高阶导数的次数。
在MATLAB中，线性系统可以用传输函数、状态空间或差分方程的形式表示。
传输函数是输入输出之间的比例关系，常用于分析系统的频率特性；状态空间是通过一组状态变量和状态方程描述系统的，可以用于分析系统的稳定性和阻尼特性；差分方程是通过相邻时刻的输入和输出之间的关系来描述系统的，可以用于分析系统的因果性和稳定性。
下面，我们以传输函数为例，介绍如何在MATLAB中进行线性系统的时域分析。
首先，我们需要定义传输函数。
MATLAB提供了tf函数来定义传输函数，其语法为：G = tf(num, den)，其中num是传输函数的分子多项式的系数，den是传输函数的分母多项式的系数。
接下来，我们可以使用MATLAB中提供的各种函数和命令来进行时域分析。
例如，可以使用step函数来绘制系统的阶跃响应曲线，语法为：step(G)；可以使用impulse函数来绘制系统的冲激响应曲线，语法为：impulse(G)；可以使用initial函数来绘制系统的零状态响应曲线，语法为：initial(G, x0)，其中x0是系统的初始状态。
此外，还可以使用MATLAB中的函数和命令来计算系统的阶数、零极点分布、频率响应等。
matlab系统的时域分析实验报告
matlab系统的时域分析实验报告Matlab系统的时域分析实验报告引言：时域分析是信号处理中的重要内容，它可以帮助我们理解信号的时序特性以及信号在时间上的变化规律。
Matlab作为一款强大的数学软件，提供了丰富的工具和函数，可以方便地进行时域分析实验。
本实验报告将介绍利用Matlab进行时域分析的方法和实验结果。
实验目的：1. 了解时域分析的基本概念和方法；2. 掌握Matlab中时域分析的相关函数和工具；3. 进行实际信号的时域分析实验，并分析实验结果。
实验步骤：1. 信号生成：利用Matlab生成一个正弦信号，设置合适的频率和振幅。
2. 信号采样：将生成的信号进行采样，得到离散的信号序列。
3. 时域分析：利用Matlab中的fft函数对离散信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱。
4. 信号重构：利用Matlab中的ifft函数对频谱进行逆傅里叶变换，将信号重构回时域。
5. 分析实验结果：比较原始信号和重构信号的差异，分析由于采样引起的信号失真。
实验结果：经过实验，我们得到了以下结果：1. 通过Matlab生成的正弦信号具有一定的频率和振幅，可以在时域上观察到信号的周期性变化。
2. 通过采样得到的离散信号序列可以用于进行时域分析。
3. 利用Matlab中的fft函数对离散信号进行傅里叶变换，得到信号的频谱图。
频谱图可以展示信号在不同频率上的能量分布情况。
4. 利用Matlab中的ifft函数对频谱进行逆傅里叶变换，将信号重构回时域。
重构的信号与原始信号在时域上基本一致，但可能存在细微的差异。
5. 由于采样引起的信号失真，重构的信号可能会与原始信号存在一定的差异。
差异的大小与采样频率有关，采样频率越高，失真越小。
讨论与结论：本实验通过Matlab进行时域分析，得到了信号的频谱图并进行了信号的重构。
实验结果表明，Matlab提供的时域分析工具和函数能够方便地进行信号分析和处理。
通过时域分析，我们可以更好地理解信号的时序特性，并对信号进行处理和优化。
实验1 利用matlab进行系统的时域分析
实验1 利用matlab进行系统的时域分析一．实验目的：1．了解离散时间序列卷积和的matlab实现；2．利用卷积和求解系统的零状态响应；二．实验原理：1．连续时间系统零状态响应的求解连续时间LTI系统以常系数微分方程描述，系统的零状态响应可通过求解初始状态为零的微分方程得到。
在MATLAB中，控制系统工具箱提供了一个用于求解零初始状态微分方程数值解的函数lsim。
其调用方式为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，sys是连续时间LTI系统模型，用来表示微分方程、差分方程、状态方程。
在求解微分方程时，微分方程的连续时间LTI系统模型sys要借助tf函数获得，其调用方式为sys= tf(b，a)式中b和a分别为微分方程右端和左端各项的系数向量。
例如对3阶微分方程+++=+++可用a=[ a3, a2, a1, a0]；b=[b3 ,b2, b1,b0]; sys=tf( b,a)获得连续时间LTI模型。
注意微分方程中为零的系数一定要写入向量a和b中。
【例2-1】描述某力学系统中物体位移y(t)与外力f(t)的关系为++y(t)=x(t)物体质量m=l kg，弹簧的弹性系数ks= 100 N/m，物体与地面的摩擦系数fd=2 N·s/m，系统的初始储能为零，若外力x(t)是振幅为10、周期为1的正弦信号，求物体的位移y(t)。
解：由已知条件，系统的输入信号为x(t)=10sin（2πt），系统的微分方程为++100y(t)=x(t)计算物体位移y(t)的MATLAB程序如下：%program2_1微分方程求解ts=0;te=5;dt=0.01;sys=tf([1],[1 2 100]);t=ts:dt:te;x=10*sin(2*pi*t);y=lsim(sys,x,t);plot(t,y);xlabel('Time(sec)') ylabel('y(t)')Time(sec)y (t )图2-1系统的零状态响应2.连续时间系统冲激响应和阶跃响应的求解在MATLAB 中，求解系统冲激响应可应用控制系统工具箱提供的函数impulse ，求解阶跃响应可利用函数step 。
(完整版)利用MATLAB进行时域分析
自动控制原理与系统课程实验报告实验题目：利用MATLAB进行时域分析班级：机电1131班姓名：刘润学号：38号一、实验目的及内容时域分析法是一种直接在时间域中对系统进行分析的方法，具有直观、准确的优点，并且可以提供系统时间响应的全部信息。
在此实验中，主要介绍时域法进行系统分析，包括一阶系统、二阶系统以及高阶系统,以及系统的性能指标。
通过实验，能够快速掌握、并利用MATLAB及控制系统箱对各种复杂控制系统进行时域分析。
二、实验设备三、实验原理典型的二阶系统在不同的阻尼比的情况下，它们的阶跃响应输出特性的差异是很大的。
若阻尼比过小，则系统的振荡加剧，超调量大幅度增加；若阻尼比过大，则系统的响应过慢，又大大增加了调整时间，下面通过此实验课题分析输出响应变化规律：已知二阶振荡环节的传递函数为：G（s）=ωn*ωn/（s*s+2*ζ*ωn*s+ωn*ωn），其中ωn=0.4，ζ从0变化到2，求此系统的单位阶跃响应曲线，并分析当ζ发生变化时，二阶系统的响应有什么样的变化规律。
四、实验步骤编出程序如下图：五、实验结果画出图表如下图：六、结果分析（1）当ξ=0（无阻尼）（零阻尼）时：无阻尼时的阶跃响应为等幅振荡曲线。
如图ξ=0曲线。
（2）当0<ξ<1（欠阻尼）时：对应不同的ξ，可画出一系列阻尼振荡曲线，且ξ越小，振荡的最大振幅愈大。
如图ξ=0.4曲线。
(3)当ξ=1（临界阻尼）时：临界阻尼时的阶跃响应为单调上升曲线。
如图ξ=1曲线。
（4）当ξ>1（过阻尼）时：过阻尼时的阶跃响应也为单调上升曲线。
不过其上升的斜率较临界阻尼更慢。
如图ξ=1.6曲线七、教师评语。
MATLAB线性系统时域响应分析实验
MATLAB线性系统时域响应分析实验线性系统时域响应分析是信号与系统课程中非常重要的一部分，通过掌握该实验可以深入了解线性系统的特性和性能。
本实验将介绍如何利用MATLAB软件进行线性系统时域响应分析。
一、实验目的1.掌握线性时不变系统的时域响应分析方法；2.学会利用MATLAB软件进行线性系统的时域响应分析；二、实验原理线性系统时域响应分析是指对于给定的线性时不变系统，通过输入信号和系统的冲激响应，求解系统的输出信号。
其基本原理可以用以下公式表示：y(t) = Σ[h(t)*x(t-tk)]其中，y(t)表示系统的输出信号，x(t)表示系统的输入信号，h(t)表示系统的冲激响应，tk表示冲激响应的时刻。
在MATLAB中，我们可以利用conv函数来计算线性系统的时域响应。
具体步骤如下：步骤一：定义输入信号x(t)和系统的冲激响应h(t)；步骤二：利用conv函数计算系统的时域响应y(t)；步骤三：绘制输入信号、冲激响应和输出信号的图像；步骤四：分析系统的特性和性能。
三、实验内容1.定义输入信号x(t)和系统的冲激响应h(t)；2. 利用conv函数计算系统的时域响应y(t)；3.绘制输入信号、冲激响应和输出信号的图像；4.分析系统的特性和性能，包括时域特性、频域特性、稳定性等。
四、实验步骤1.打开MATLAB软件并新建一个脚本文件；2.定义输入信号x(t)和系统的冲激响应h(t)；3. 利用conv函数计算系统的时域响应y(t)；4.绘制输入信号、冲激响应和输出信号的图像；5.分析系统的特性和性能，包括时域特性、频域特性、稳定性等；6.运行脚本文件，并观察输出图像和分析结果；7.根据实验结果和分析结果，进行总结和讨论。
五、实验总结通过本次实验，我们掌握了利用MATLAB软件进行线性系统时域响应分析的方法。
实验中，我们定义了输入信号和系统的冲激响应，并利用conv函数计算了系统的时域响应。
然后，我们绘制了输入信号、冲激响应和输出信号的图像，并分析了系统的特性和性能。
利用MATLAB进行时域分析
利用MATLAB进行时域分析时域分析是信号处理中的重要一环，它可以帮助我们了解信号的时域特性和动态行为。
MATLAB是一个功能强大的数学软件，其中的信号处理工具箱可以方便地进行时域分析。
首先，我们需要将信号载入到MATLAB中。
MATLAB支持多种载入信号的方式，如读取文件、生成随机信号或者使用MATLAB中的内置信号。
如果有信号文件，我们可以使用`audioread`函数将音频文件加载到MATLAB中。
如下所示的代码将导入名为`audio.wav`的文件并存储为`y`变量：```matlab[y, Fs] = audioread('audio.wav');```其中，`y`是一个包含音频数据的向量，`Fs`是采样率。
第二步是绘制信号波形。
通过使用`plot`函数，我们可以可视化信号的时域波形。
以下代码将绘制信号`y`的波形：```matlabt = (0:length(y)-1)/Fs; % 计算时间轴plot(t, y);xlabel('Time (s)');ylabel('Amplitude');title('Time Domain Analysis');```这将绘制信号`y`的时间波形，其中x轴表示时间，y轴表示信号的幅度。
接下来，我们可以计算信号的功率谱密度（PSD）。
功率谱密度是用于描述信号频谱特性的一种方法。
MATLAB提供了`pwelch`函数用于计算功率谱密度。
以下代码计算信号`y`的功率谱密度：```matlab[p,f] = pwelch(y,[],[],[],Fs); % 计算功率谱密度plot(f, 10*log10(p));xlabel('Frequency (Hz)');ylabel('Power Spectral Density (dB/Hz)');title('Power Spectral Density');```这将绘制信号`y`的功率谱密度图，其中x轴表示频率，y轴表示功率谱密度。
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y=lsim(sys,f,t);
plot(t,y); gridon
xlabel('Time(sec)')
ylabel('y(t)')
抽样间隔为0.001：
抽样间隔为0.5：
2.
clear;
k=0:30;
a=[1 0.7 -0.45 -0.6];
姓名：李强
实验名称：用Matlab实现系统的时域分析
学号：1101050814
实验时间：2012.10.27
评语：
一.实验目的
1.深入理解系统时域响应的物理意义
2.学会用Matlab实现系统的时域分析
二.实验内容
1.某系统满足的微分方程为
(1)求出该系统的零状态响应 。
解：
故有冲击响应
系统零状态响应
(2)用lism求出该系统的零状态响应的数值解。利用（1）求得的结果，比较不同的抽样间隔对数值解精度的影响。
2.利用impz函数，计算系统
的单位脉冲响应，并画出前30点的图。
三.仿真分析
1.（2）
clear;
ts=0; te=5; dt=0.001;
sys=tf(1, [1 5 6]);
t=ts:dt:te;
b=[0.8 -0.44 0.36 0.02];
h=impz(b,a,k);
stem(k,h,'.')
四.实验总结
利用练运用MATLAB中的函数。