实验一 系统响应及系统稳定性

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1、姓名：涂岳亮 12014242105 组号：15 实验一: 系统响应及系统稳定性 一. 实验目的 （1）掌握 求系统响应的方法。 （2）掌握时域离散系统的时域特性。 （3）分析、观察及检验系统的稳定性。 二. 实验原理与方法 在时域中，描写系统特性的方法是差分方程和单位脉冲响应，在频域可以用系统函数描述系统特性。已知输入信号可以由差分方程、单位脉冲响应或系统函数求出系统对于该输入信号的响应，本实验仅在时域求解。在计算机上适合用递推法求差分方程的解，最简单的方法是采用 MATLAB 语言的工具箱函数 filter 函数。也可以用 MATLAB 语言的工具箱函数 conv 函数计算输入信号和系统的

2、单位脉冲响应的线性卷积，求出系统的响应。 实际中检查系统是否稳定，不可能检查系统对所有有界的输入信号，输出是否都是有界输出，或者检查系统的单位脉冲响应满足绝对可和的条件。可行的方法是在系统的输入端加入单位阶跃序列，如果系统的输出趋近一个常数（包括零） ，就可以断定系统是稳定的注意在以下实验中均假设系统的初始状态为零。三实验内容及步骤 （1）编制程序，包括产生输入信号、单位脉冲响应序列的子程序，用 filter 函数或 conv 函数求解系统输出响应的主程序。程序中要有绘制信号波形的功能。 （2）给定一个低通滤波器的差分方程为 输入信号( a) 分别求出系统对 的响应序列，并画出其波形。( b)

3、 给定系统的单位脉冲响应为（3）用线性卷积法分别求系统 h1(n)和 h2(n)对 的输出响应，并画出波形。给定一谐振器的差分方程为用实验方法检查系统是否稳定。输入信号为 u(n)时，画出系统输出波形。给定输入信号为求出系统的输出响应，并画出其波形。(4).绘出 的频谱。11)()(Nmnnx(5).输入 ，单位脉冲响应5,43,2)(，求输出序列。,463,2)(nh(6). 分析频谱（a,b,c 保证幅频特性的最大值为 1） 。11)(PZaZH12)(pzZbH)()( 113 zrezrecz jj 4,85.0,. r四实验结果A=1,-0.9;B=0.05,0.05; %系统差分方

4、程系数向量 B和Ax1n=ones(1,8) zeros(1,50); %产生信号x1(n)=R8(n) ，用zeros用来加点的个数x2n=ones(1,128); %产生信号x2(n)=u(n)hn=impz(B,A,58); %求系统单位脉冲响应 h(n)subplot(2,2,1);stem(hn,g); %调用函数 stem绘图title(a) 系统单位脉冲响应h(n);y1n=filter(B,A,x1n); %求系统对x1(n)的响应y1(n)subplot(2,2,2);stem(y1n,g);title(b) 系统对R8(n)的响应y1(n);y2n=filter(B,A,x

5、2n); %求系统对x2(n)的响应y2(n)subplot(2,2,3);stem(y2n,g);title(c) 系统对u(n)的响应y2(n);0 20 40 6000.020.040.060.080.1(a) 与 与 与 与 与 与 与 与 h(n)0 20 40 6000.20.40.60.8(b) 与 与 与 R8(n)与 与 与 y1(n)0 50 100 15000.20.40.60.81(c) 与 与 与 u(n)与 与 与 y2(n)图 1：调用 filter 解差分方程以及单位脉冲响应分析：50 个点数和程序所写一致。差分方程描述了离散时间系统的输入-输出关系；系统的单位

6、脉冲响应 h（n）先发生阶跃然后随自变量 n 增大而递减；R8（n）的响应先递增后呈指数型递减，再 n=9 时取得峰值。2、%-（ 3）调用conv函数计算卷积-x1n=ones(1,8); h1n=ones(1,10) zeros(1,10);h2n=1 2.5 2.5 1 zeros(1,10);y21n=conv(h1n,x1n);y22n=conv(h2n,x1n);subplot(2,2,1);stem(h1n,g);title(d) 系统单位脉冲响应h1(n);subplot(2,2,3);stem(y21n,g);title(e) h1(n)与R8(n)的卷积y21(n);sub

7、plot(2,2,2);stem(h2n,g);title(f) 系统单位脉冲响应h2(n);subplot(2,2,4);stem(y22n,g);title(g) h2(n)与R8(n)的卷积y22(n);0 5 10 15 2000.20.40.60.81 (d) 与 与 与 与 与 与 与 与 h1(n)0 5 10 1500.511.522.5 (f) 与 与 与 与 与 与 与 与 h2(n)0 10 20 3002468(e) h1(n)与 R8(n)与 与 与 y21(n)0 10 20 3002468(g) h2(n)与 R8(n)与 与 与 y22(n)图 2：调用 con

8、v 函数计算卷积分析：系统单位脉冲响应 h1（n）的图形是 u(n)-u(n-10)的图形（d） （f）单位脉冲响应点数与程序要求一致（e） （g ）卷积点数满足 M+N-1 的要求，图形也满足要求。3、%-（ 4）实验方法检查系统是否稳定 -close all;clear all;un=ones(1,256); %产生信号 u(n)n=0:255;xsin=sin(0.014*n)+sin(0.4*n); %产生正弦信号A=1,-1.8237,0.9801;B=1/100.49,0,-1/100.49; %系统差分方程系数向量 B 和 Ay1n=filter(B,A,un); %谐振器对 u

9、(n)的响应y31(n)y2n=filter(B,A,xsin); %谐振器对 u(n)的响应y31(n)subplot(2,1,1);stem(y1n,g);title(h) 谐振器对 u(n)的响应 y31(n);subplot(2,1,2);stem(y2n,g);title(i) 谐振器对正弦信号的响应 y32(n);0 50 100 150 200 250 300-0.0500.05 (h) 与 与 与 与 u(n)与 与 与 y31(n)0 50 100 150 200 250 300-1-0.500.51 (i) 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 与 y32(n)图 3：实

10、验方法检查系统是否稳定分析：在系统的输入端加入单位阶跃序列，如果系统的输出趋近一个常数（包括零） ，就可以断定系统是稳定的；图中输出趋进于零，所以是稳定的；中谐振器具有对某个频率进行谐振的性质，本实验中的谐振器的谐振频率是 0.4 rad,因此稳定波形为 sin(0.4n)。4.（1）n=200;stept=2*pi/n;w=stept:stept:2*pi;y=sin(2.5*w)./sin(0.5*w);plot(w,y,g,w,zeros(size(w);axis(stept 2*pi -2 6);ylabel(y=sin(2.5*pi)/sin(0.5*pi);xlabel(w=02*

11、pi);title(-2，6)频谱);grid on;1 2 3 4 5 6-2-10123456y=sin(2.5*pi)/sin(0.5*pi)w=02*pi(-2与 6)与 与图 4：(-2，6)频谱（2）n=200;stept=2*pi/n;w=stept:stept:2*pi;y=sin(2.5*w)./sin(0.5*w);plot(w,abs(y),g,w,zeros(size(w);axis(stept 2*pi 0 6);ylabel(y=sin(2.5*pi)/sin(0.5*pi);xlabel(w=02*pi);title(0-6)的绝对值频谱);grid on;1 2

12、 3 4 5 60123456y=sin(2.5*pi)/sin(0.5*pi)w=02*pi(0-6)与与与与与与图 5：(0-6)的绝对值频谱5. N=5 ;M=6;L=N+M- 1 ;x=1,2,3,4,5;h=6,2,3,6,4,2;y=conv(x,h);nx=0:N- 1 ;nh=0:M- 1 ;ny=0:L- 1 ; subplot(231);stem(nx,x,g);xlabel(n);ylabel(x(n);title(X(n)频谱);grid on; subplot(232);stem(nh,h,g);xlabel(n);ylabel(h(n);title(H(n)频谱);

13、grid on; subplot(233);stem(ny,y,g);xlabel(n);ylabel(y(n);title(y(n)频谱);grid on;0 2 4012345nx(n)X(n)与 与0 50246nh(n)H(n)与 与0 5 10020406080ny(n)y(n)与 与图 6：程序 5 试验结果6. p=0.8;r=0.85;alpha=pi/4;N=25;b1=1, 1;a1=1 -p;a=(1-p)/2;b1=b1*a;b2=1 ,- 1;a2=1 -p;b=(1+p)/2;b2=b2*b; b3=1 0-1;a3=1 -2*r*cos(alpha) r*r;c1

14、=exp(j*2*alpha);c=abs(1-c1)/(1-r)*abs(1-r*c1);b3=b3/c;h1=impz(b1,a1,N);subplot(331);stem(h1,g);subplot(332);zplane(b1,b2)H1,P=freqz(b1,a1,256,whole,1);subplot(333);plot(P,abs(H1);grid on;h2=impz(b2,a2,N);subplot(334);stem(h2,g)hold on;plot(zeros(size(h2);subplot(335);zplane(b2,a2) H2,P=freqz(b2,a2,2

15、56,whole, 1 );subplot(336);plot(P,abs(H2);grid on;h3=impz(b3,a3,N);subplot(337);stem(h3,g)hold on;plot(zeros(size(h3);subplot(338);zplane(b3,a3)H3,P=freqz(b3,a3,256,whole,1);subplot(339);plot(P,abs(H3);grid on;0 20 4000.10.2-1 0 1-101Real PartImaginaryPart0 0.5 100.510 20 40-0.500.51-1 0 1-101Real PartImaginaryPart0 0.5 100.510 20 40-0.200.2-1 0 1-101Real PartImaginaryPart0 0.5 100.51图 7：频谱分析五.实验总