信號(hào)和系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告李昂

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1、信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(論文)設(shè)計(jì)（論文）題目基于Matlab-Simulink的信號(hào)與線性系統(tǒng)仿真學(xué)院名稱信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)名稱信息工程學(xué)生姓名李昂學(xué)生學(xué)號(hào)201513010127任課教師賈勇設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)教務(wù)處制二〇一七年四月九日信號(hào)與系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)摘要MATLAB開(kāi)發(fā)平臺(tái)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，已經(jīng)成為科技界最流行的應(yīng)用軟件，它具有高效率的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能、完備的圖形處理功能、友好的用戶界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語(yǔ)言和功能豐富的應(yīng)用工具箱。本次課程設(shè)計(jì)主要是利用Matlab/Simulink仿真工具實(shí)現(xiàn)信號(hào)與線性系統(tǒng)分析方面的應(yīng)用和基于Simulink的采樣定

2、理的原理仿真。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們將了解到一些Simulink的基本使用方法，并對(duì)給出的題目進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞：Matlab；仿真；信號(hào)與系統(tǒng)目錄第1章課程設(shè)計(jì)目的4第2章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容52.1信號(hào)的處理52.1.1對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換52.1.2對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)fir濾波62.2LTI系統(tǒng)的分析62.2.1離散系統(tǒng)分析62.2.2連續(xù)系統(tǒng)分析82.3采樣定理的原理仿真102.3.1采樣定理102.3.2采樣與恢復(fù)結(jié)果10第3章課程設(shè)計(jì)總結(jié)13第1章課程設(shè)計(jì)目的信號(hào)與系統(tǒng)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，而Matlab作為信號(hào)處理強(qiáng)有力的計(jì)算和分析工具，是電子信息工程技術(shù)人員常用的重

3、要工具之一。本次課程設(shè)計(jì)是基于Matlab-Simulink來(lái)完成信號(hào)與系統(tǒng)的線性分析及其仿真，通過(guò)課程設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)，提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。此外，主要應(yīng)達(dá)到以下幾個(gè)目的：1.掌握Matlab的特點(diǎn)和使用方法2.掌握對(duì)信號(hào)處理的方法，進(jìn)行快速傅里葉變換3.掌握對(duì)信號(hào)進(jìn)行fir濾波，分析LTI系統(tǒng)的方法4.通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力第2章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1信號(hào)的處理2.1.1對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換圖2-1Simulink的FFT模塊和SpectrumScope模塊如圖2-1，將Simulink的FFT模塊合SpectrumScope模塊

4、設(shè)置完成后點(diǎn)擊仿真，得到如圖2-2所示頻譜圖。圖2-2頻譜圖2.1.2對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)fir濾波圖2-3Simulink模塊搭建的fir濾波器如圖2-3所示，用Simulink模塊搭建fir濾波器，分別設(shè)置好SineWave模塊、FIRinterpolation模塊的屬性，保存后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，雙擊Scope模塊得到圖2-4所示運(yùn)行結(jié)果。圖2-4Simulink模塊搭建的FIR濾波器的結(jié)果2.2LTI系統(tǒng)的分析2.2.1離散系統(tǒng)分析計(jì)算離散系統(tǒng)y(n)-0.4y(n-1)-0.5y(n-2)=0.2x(n)+0.1x(n-1)的單位脈沖響應(yīng)（計(jì)算64個(gè)采樣點(diǎn)）或Y（z）/X（

5、z）=（0.2z2+0.1z）/（z2-0.4z-0.5）Simulink模型如圖2-5所示。圖2-5模型圖搭建好模型之后，分別設(shè)置Signalfromworkspace模塊、Discreatetransferfcn模塊、Reshape模塊的屬性，修改Simulink的配置參數(shù)，運(yùn)行模型并在Matlab命令窗口輸入代碼：figurestem（yout）運(yùn)行結(jié)果如圖2-6所示。圖2-6單位脈沖響應(yīng)2.2.2連續(xù)系統(tǒng)分析微分方程：y”(t)+3y’(t)+2y(t)=2f(t)，輸入：f(t)=2u(t)系統(tǒng)初始狀態(tài)為零，求系統(tǒng)響應(yīng)。方法一：采用基本的積分模塊。如圖2-7

6、所示。圖2-7模型圖調(diào)整Step模塊、Gain模塊、Sum模塊的參數(shù)，其余模塊參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置。運(yùn)行仿真，示波器窗口中的系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖2-8所示。圖2-8響應(yīng)曲線方法二：采用傳遞函數(shù)模塊建立仿真模型。對(duì)微分方程進(jìn)行l(wèi)aplace變換得傳遞函數(shù)：H(s)=2/(s2+3s+2)搭建模型如圖2-9所示。圖2-9模型圖調(diào)整Step模塊、Transferfcn模塊參數(shù)，Scope模塊保持默認(rèn)參數(shù)。運(yùn)行仿真，示波器顯示系統(tǒng)響應(yīng)如圖2-10所示。圖2-10響應(yīng)曲線2.3采樣定理的原理仿真2.3.1采樣定理采樣過(guò)程所應(yīng)遵循的規(guī)律，又稱取樣定理、抽樣定理。采樣定理說(shuō)明采樣頻率與信號(hào)

7、頻譜之間的關(guān)系，是連續(xù)信號(hào)離散化的基本依據(jù)。在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)(fs.max>2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的2.56～4倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。如果對(duì)信號(hào)的其它約束是已知的，則當(dāng)不滿足采樣率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，完美重建仍然是可能的。在某些情況下（當(dāng)不滿足采樣率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)），利用附加的約束允許近似重建。這些重建的保真度可以使用Bochner定理來(lái)驗(yàn)證和量化。采樣定理表明，如果以不小于2B次/秒的速率對(duì)基帶模擬信號(hào)均勻采