信号与系统MATLAB实验

《信号与系统及MATLAB实现》

实验指导书

前 言

长期以来，《信号与系统》课程一直采用单一理论教学方式，同学们依靠做习题来巩固和理解教学内容，虽然手工演算训练了计算能力和思维方法，但是由于本课程数学公式推导较多，概念抽象，常需画各种波形，作题时难免花费很多时间，现在，我们给同学们介绍一种国际上公认的优秀科技应用软件MATLAB，借助它我们可以在电脑上轻松地完成许多习题的演算和波形的绘制。

MATLAB的功能非常强大，我们此处仅用到它的一部分，在后续课程中我们还会用到它，在未来地科学研究和工程设计中有可能继续用它，所以有兴趣的同学，可以对MATLAB再多了解一些。

MATLAB究竟有那些特点呢？

1．高效的数值计算和符号计算功能，使我们从繁杂的数学运算分析中解脱出来； 2．完备的图形处理功能，实现计算结果和编程的可视化；

3．友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，易于学习和掌握； 4．功能丰富的应用工具箱，为我们提供了大量方便实用的处理工具；

MATLAB的这些特点，深受大家欢迎，由于个人电脑地普及，目前许多学校已将它做为本科生必须掌握的一种软件。正是基于这些背景，我们编写了这本《信号与系统及MATLAB实现》指导书，内容包括信号的MATLAB表示、基本运算、系统的时域分析、频域分析、S域分析、状态变量分析等。通过这些练习，同学们在学习《信号与系统》的同时，掌握MATLAB的基本应用，学会应用MATLAB的数值计算和符号计算功能，摆脱烦琐的数学运算，从而更注重于信号与系统的基本分析方法和应用的理解与思考，将课程的重点、难点及部分习题用MATLAB进行形象、直观的可视化计算机模拟与仿真实现，加深对信号与系统的基本原理、方法及应用的理解，为学习后续课程打好基础。另外同学们在进行实验时，最好事先预习一些MATLAB的有关知识，以便更好地完成实验，同时实验中也可利用MATLAB的help命令了解具体语句以及指令的使用方法。

实验一 基本信号在MATLAB中的表示和运算

一、实验目的

1． 学会用MATLAB表示常用连续信号的方法； 2． 学会用MATLAB进行信号基本运算的方法； 二、实验原理

1． 连续信号的MATLAB表示

MATLAB提供了大量的生成基本信号的函数，例如指数信号、正余弦信号。

表示连续时间信号有两种方法，一是数值法，二是符号法。数值法是定义某一时间范围和取样时间间隔，然后调用该函数计算这些点的函数值，得到两组数值矢量，可用绘图语句画出其波形；符号法是利用MATLAB的符号运算功能，需定义符号变量和符号函数，运算结果是符号表达的解析式，也可用绘图语句画出其波形图。

例1-1指数信号 指数信号在MATLAB中用exp函数表示。

如f(t)?Ae，调用格式为 ft=A*exp(a*t) 程序是

A=1; a=-0.4;

t=0:0.01:10; %定义时间点

ft=A*exp(a*t); %计算这些点的函数值

plot(t,ft); %画图命令，用直线段连接函数值表示曲线 grid on; %在图上画方格

例1-2 正弦信号 正弦信号在MATLAB中用 sin 函数表示。

调用格式为 ft=A*sin(w*t+phi) A=1; w=2*pi; phi=pi/6;

t=0:0.01:8; %定义时间点

ft=A*sin(w*t+phi); %计算这些点的函数值 plot(t,ft); %画图命令 grid on; %在图上画方格

例1-3 抽样信号 抽样信号Sa(t)=sin(t)/t在MATLAB中用 sinc 函数表示。

定义为 Sa(t)?sinc(t/?)

t=-3*pi:pi/100:3*pi; ft=sinc(t/pi); plot(t,ft); grid on;

axis([-10,10,-0.5,1.2]); %定义画图范围，横轴，纵轴 title('抽样信号') %定义图的标题名字

例1-4 三角信号 三角信号在MATLAB中用 tripuls 函数表示。

at调用格式为 ft=tripuls(t,width,skew)，产生幅度为1，宽度为width，且以0为中心左右各展开width/2大小，斜度为skew的三角波。width的默认值是1，skew的取值范围是-1~+1之间。一般最大幅度1出现在t=(width/2)*skew的横坐标位置。 t=-3:0.01:3;

ft=tripuls(t,4,0.5); plot(t,ft); grid on; axis([-3,3,-0.5,1.5]);

例1-5 虚指数信号 调用格式是f=exp((j*w)*t) t=0:0.01:15;

w=pi/4;

X=exp(j*w*t);

Xr=real(X); %取实部 Xi=imag(X); %取虚部 Xa=abs(X); %取模 Xn=angle(X); %取相位

subplot(2,2,1),plot(t,Xr),axis([0,15,-(max(Xa)+0.5),max(Xa)+0.5]), title('实部');

subplot(2,2,3),plot(t,Xi),axis([0,15,-(max(Xa)+0.5),max(Xa)+0.5]), title('虚部');

subplot(2,2,2), plot(t,Xa),axis([0,15,0,max(Xa)+1]),title('模');

subplot(2,2,4),plot(t,Xn),axis([0,15,-(max(Xn)+1),max(Xn)+1]),title('相角'); %subplot(m,n,i) 命令是建立m行n列画图窗口，并指定画图位置i 例1-6 复指数信号 调用格式是f=exp((a+j*b)*t) t=0:0.01:3;

a=-1;b=10;

f=exp((a+j*b)*t);

subplot(2,2,1),plot(t,real(f)),title('实部') subplot(2,2,3),plot(t,imag(f)),title('虚部') subplot(2,2,2),plot(t,abs(f)),title('模') subplot(2,2,4),plot(t,angle(f)),title('相角')

例1-7 矩形脉冲信号 矩形脉冲信号可用rectpuls函数产生，

调用格式为y=rectpuls(t,width),幅度是1，宽度是width，以t=0为对称中心。 t=-2:0.01:2; width=1;

ft=2*rectpuls(t,width); plot(t,ft) grid on;

例1-8 单位阶跃信号 单位阶跃信号u(t)用“t>=0”产生，调用格式为ft=(t>=0) t=-1:0.01:5; ft=(t>=0);

plot(t,ft); grid on;