完整word版武汉大学MATLAB报告

1、武汉大学Matlab设计报告Matlab实训任务书学生姓名:好人专业班级:指导教师:好老师工作单位:信息工程学院离散时间信号和系统时域分析及 MATLAB实现课题要求:深入研究离散时间信号和系统时域分析的理论知识。利用MATLAB虽大的图形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能，实现离散时间信号和系统时域分析的仿真波形。课题内容：、用MATLAB制常用信号的时域波形(通过改变参数分析其时域特性)1单位序列，2、单位阶跃序列，3、正弦序列，4、离散时间实指数序列，5、离散时间虚指数序列，6离散时间复指数序列。、用MATLA实现信号的时域运算1相加，2、相乘，3、数乘。三、用MATLA实现信号的时

2、域变换(参数变化，分析波形的变化)1反转，2、时移(超时，延时)，3、展缩，4、倒相。四、用MATLA实现离散时间系统卷积和仿真波形给出几个典型例子，对每个例子要求画出e(k)，h(k)，e(i)，h(i)，h(-i) ，Rzs(k)波形。五、用MATLA实现离散时间系统的单位响应，阶跃响应的仿真波形给出几个典型例子，四中调用格式。六、用MATLA实现离散时间系统对实指数序列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。指导教师签名:2013年 1月 24 日系主任(或责任教师)签名:2012 年 1 月 24 日武汉大学Matlab设计报告目录摘要II

3、Abstract 1绪论 2 MATLA简介2.3 MATLA实验内容3.1用MATLA绘制常用信号的时域波形，错误！未定义书签。3.1.1单位序列2.3.1.2单位阶跃序列标4.3.1.3正弦序列.4.3.1.4离散时间实指数序列5.3.1.5离散时间虚指数序列6.3.1.6离散时间复指数序列7.3.2用MATLA实现信号的时域运算8.3.2.1相加8.3.2.2相乘8.3.2.3数乘9.3.3用MATLA实现信号的时域变换1.13.4用MATLA实现离散时间系统卷积和仿真波形.1 23.5实现离散时间系统的单位响应，阶跃响应的仿真波形133.6实现离散时间系统对实指数序列信号的零状态响应的

4、仿真波形164实验小结1.75参考文献1.8武汉大学Matlab实训报告书摘要随着计算机软硬件技术的飞速发展，集成电路被广泛应用，电路越来越复杂，集成电路越来越高，加之元器件层出不穷，使得越来越多的工作已经无法依靠手工来完成。以往 在电气自动化专业学生进行毕业设计过程中，常常需要进行大量的数学运算。在当今计算机时代，通常的做法是借助高级语言Basic、Fortran或C语言等编制计算程序，输入计算机做近似计算。但是这需要熟练的掌握所运用的语法规则与编制程序的相关规定，而且编 制程序不容易，费时费力。目前，比较流行的控制系统仿真软件是 MATLAB。1980年美国的Cleve Moler博士研制

5、的MATLAB环境（语言）对控制系统的理论及计算机辅助设计技术起到了巨大的推动 作用。由于MATLAB的使用极其容易，不要求使用者具备高深的数学与程序语言的知识, 不需要使用者深刻了解算法与编程技巧，且提供了丰富的矩阵处理功能，因此控制理论领域的研究人员很快注意到了这样的特点。尤其MATLAB应用在电厂自动化专业的毕业设计的计算机仿真上，更体现出它巨大的优越性和简易性。本文介绍了 MATLAB软件在自动控制理论学习中的应用，并结合具体实例，分析了利用MATLAB的图形化和交互功能，使抽象的理论变得生动形象，易于接受。2AbstractWith the rapid devel opment of

6、 compu ter software and hardware tech no logy, in tegrated circuit is widely used, circuit more and more comp lex, in tegrated circuit more and more high, together with components emerge in en dlessly, more and more work has bee n un able to depend on hand to fini sh. In the p ast while the pro fess

7、i onal stude nts of electric automati on carry on the graduati on p roject, ofte n n eed to carry on a large amount of mathematical op erati on. In curre nt compu ter era, the com mon method is to work out the calculatio n p rocedure through high-levelIan guage Basic, Fortra n or C Ian guage,etc., i

8、 nput the compu ter and do app roximate calculati on.But this rule of grammer of gras ping and using skillfully and releva nt regulatio ns of the establishment procedure, and it is difficult, time-consuming and strenuous to work out the p rocedure. At p rese nt, more popu lar artificial software of

9、con trol system is MATLAB. MATLAB environment which Dr. Cleve Moler of U.S.A. developed of 1980 (language) assist designing tech nique to p lay an eno rmous role to theory and compu ter of the con trol system. Because the use of MATLAB is extremely easy, do not require users kno wledge with adva nee

10、d mathematics and p rocedure Ian guage, do not n eed users to un dersta nd the algorithm and p rogram ming skill dee ply, and offer abundant matrix to han dle the function, so the researchers of the con trol theory field have noticed such a characteristic quickly. Especially MATLAB applies to the co

11、mputer emulation of the specialized graduation project of automation of power plant, embody its eno rmous sup eriority and simple and easy eve n more.This text in troduces app licati on in automatically con trolled theory study of MATLAB software, combine the concrete embodiment, analyze figure and

12、mutual function to utilizeMATLAB, make the abstract theory vivid, easy to acce pt.武汉大学Matlab实训报告书1绪论MATLAB是主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将 数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能 集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的 众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计 语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。M

13、ATLAB和Mathematics Ma pie、MathCAD并称为四大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C, FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对 C

14、，FORTRAN，C+，JAVA的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用 MATLAB的函数和文件，其中 许多工具采用的是图形用户界面。包括 MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑MATLAB器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着的商业化以及软件本身的不断升级,MATLAB的用户界面也越来越精致，更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。而且新版本的

15、MATLAB提供了完整的联机查询、帮助系统，极大的方便了用户的使用。2 Matlab 简介matlab 是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理计算系统环境,除了 具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理,可视化建模仿真 和实时控制等功能.matlab的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学,工程中常用的 形式十分相似,故用matlab来解算问题要比用C,FORTRA等语言简捷得多.matlab是国际 公认的优秀数学应用软件之一.概括地讲,整个matlab系统由两部分组成,即matlab内核及辅助工具箱,两者的调用构 成了 matlab的强大功能.m

16、atlab语言以数组为基本数据单位,包括控制流语句,函数,数据结构,输入输出及面向对象等特点的高级语言，它具有以下主要特点：1）运算符和库函数极其丰富,语言简洁,编程效率咼,matlab除了提供和C语言一样的运算符号外，还提供广泛的矩阵和向量运算符.利用其运算符号和库函数可使其程序相 当简短,两三行语句就可实现几十行甚至几百行 C或FORTRA的程序功能.2）既具有结构化的控制语句（如for循环,while循环,break语句,if 语句和switch 语句）,又有面向对象的编程特性.3）图形功能强大 它既包括对二维和三维数据可视化，图像处理,动画制作等高层次 的绘图命令,也包括可以修改图形及

17、编制完整图形界面的,低层次的绘图命令.4）功能强大的工具箱工具箱可分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱.功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交 互的功能.而学科性工具箱是专业性比较强的，如优化工具箱，统计工具箱，控制工具箱，小 波工具箱，图象处理工具箱，通信工具箱等。3 MATLAB实验内容3.1用MATLAB制常用信号的时域波形3.1.1单位序列题目 x1(n)=S (n)clear;clc;n=-3:3;x=(n=0);stem (n ,x);xlabel(Time in dex n);ylabel(f( n);title（离散时间冲激信号）

18、;111,111一呼丿就 n寸仲17中涯比十Wn mO幷o &o A0.3oO. 1图1单位序列信号o3.1.2单位阶跃序列题目 x1(n)=u(n) (-5 =0;sub plot(121);stem( n,x1);grid;xIabelCn);ylabel(x1(n);title(u(n)的线图);axis(-1 16 -0.1 1.1);sub plot(122);stem (n, x2);grid;xIabelCn);ylabel(x2(n);title(u(n-5)的线图);axis(-1 16 -0.1 1.1);set(gcf,color,w);即句的线图u(n)的线图5Q.S0

19、.6 gTX040.30.80.60260000510r15图2单位阶跃信号3.1.3正弦序列题目 2sin(0.2 n n+2 n /5) clear all; close all; clc;n=-16:16; x=2*si n(0.2* pi*n+2* pi/5);n1=-24:0.1:24; x1=2*si n(0.2* pi* n1+2* pi/5);stem( n,x,.);hold on;p lot( n1,x1,-);xIabelCn);ylabel(x(n);title(2sin(0.2pin+2pi/5)的线图);axis(-18 18 -2.1 2.1);set(gcf,c

20、olor,w);武汉大学Matlab实训报告书2Ein(p 2jin+2ji/5)的线图1.50.5-0.5-1.5-215dO51015图3正弦序列信号3.14 离散时间实指数序列clear all;close all;clc; n=0:8;x=(0.9).A n;stem (n, x);xlabel( n);ylabel(x( n);title(x(n)=(0.9)An 的线图);xCn)=(p9f的线图武汉大学Matlab实训报告书2Ein(p 2jin+2ji/5)的线图图4离散时间实指数信号K3.1.5离散时间虚指数序列题目离散时间x=fO+A*(w*n+qO)fO=1;A=3;w=

21、pi/4;q0=pi/4;n=-4:4;x=f0+A*ex p(w* n+q0);stem (n ,x);xlabel(Time in dex n);ylabel(f( n);titleC离散时间虚指数);2116014012C1100三 8060200-4-3G-2离散时间虚扌旨数1 0Time index n图5离散时间实指数3.1.6离散时间复指数序列题目对x=exp(0.05+j*pi/4)*n)实现复指数序列变化clear all; close all; clc;n=-20:20;x=ex p( (0.05+j* pi/4)* n);xr=real(x);xi=imag(x);xam

22、p=abs(x);xp ha=a ngle(x);sub plot(221);stem( n,xr,.);axis(-23 23 -3 3);xIabelC n);ylabel(xr);title(eA(A0AA0A5A+AjApiA/A4A)A n的实部);sub plot(222);stem( n,xi,.);axis(-23 23 -3 3);xIabelC n);ylabel(xi);title(eA(A0AA0A5A+AjApiA/A4A)A n的虚部);sub plot(223);stem( n, xam p,.);axis(-23 23 -0.1 3);xIabelC n);yl

23、abel(xa mp );训6(3(八00八5八+乎巾产/八4八)八 n 的幅值);sub plot(224);stem( n,x pha,.);axis(-23 23 -4 4);xIabelC n);ylabel(x pha);title(eA(A0AA0A5A+AjApiA/A4A)A n 的相位);set(gcf,color,w);TO_Cd-2.1R1H -1 j *F P4 1J*F F-4-20 -10 0 10 20n图6离散时间复指数序列图3.2用MATLA实现信号的时域运算321相加322相乘clear all; close all; clc;n 1=-2:2;x1=-1

24、2 -3 1 4;n2=0:3;x2=2 -3 2 -3;n=mi n( mi n(n 1),mi n(n 2):max(max( n1),max( n2);x11=zeros(1,le ngth( n);x22=zeros(1,le ngth( n);x11(fi nd( n=mi n(n 1)&(nv=max( n1)=x1;x22(fi nd( n=mi n(n 2)&(n v=max( n2)=x2;xa=x11+x22;xm=x11.*x22;sub plot(221);stem( n,x11);axis(-3 4 -4 5);xIabelCn);ylabel(x11(n);titl

25、e(x1(n)的扩展序列);sub plot(222);stem( n,xa);axis(-3 4 -4 7);xIabelCn);ylabel(x1(n)+x2(n);title(x1(n)和 x2(n)的和);sub plot(223);stem( n, x22);axis(-3 4 -4 3);xIabelCn);ylabel(x22(n);title(x2(n)的扩展序列);sub plot(224);和x2(n)的乘积);stem( n,xm);axis(-3 4 -7 9);xIabelC n);ylabel(x1( n)*x2( n);title(x1( n) set(gcf,c

26、olor,w);WCMX-2-A幻(n)的护展序刊tjT-占占iix1 (n)和)(2(n)的和642-2-4-20241何粗乂刃的乘积、 20-24 2nO-2024贬(n)的护展序列-2u 1.u-X-5-2图7相乘相加序列323数乘题目将两个信号进行相乘A=3;w=pi/4;a=2;n=-8:0.001:8;f1=A*si n(w* n+p i/6);f=a*f1;plot( n,f1, n,f);图8数乘信号3.3用MATLA实现信号的时域变换题目 (y_1 (n)=x(2n)y_2 (n)=x(n/2)和(y_3 (n)=x(3n)y_4 (n)=x(n/3)的时域变换 syms t

27、;a=2;f=sym(t/2+1)*(heaviside(t+2)-heaviside(t-2);sub plot(231),ez plot(f,-5,5);xlabel(Time(sec);ylabel(f);titleC原函数);f1=subs(f,t,-t);sub plot(232),ez plot(f1,-5,5);xlabel(Time(sec);ylabel(fl);titleC 反摺);f2=subs(f,t,t-1);sub plot(233),ez plot(f2,-5,5);xlabel(Time(sec);ylabel(f2);titleC 时移);f3=a*f;sub

28、 plot(234),ez plot(f3,-5,5);xlabel(Time(sec);ylabel(f3);titleC幅值展缩);f4=-f1;sub plot(235),ez plot(f4,-5,5);xlabel(Time(sec);ylabel(f4);titleC 倒相);f5=subs(f,t,a*t);sub plot(236),ez plot(f5,-2,2);xlabel(Time(sec);ylabel(f5);titleC时间展缩);图8对信号各种变换图3.4用MATLA实现离散时间系统卷积和仿真波形题目对例子e=5 4 3 2 1;h=1,1,1,1卷积及其仿真

29、clear;e=5 4 3 2 1;h=1,1,1,1;r=con v(e,h);kr=le ngth(r);figure (3);%待卷积信号 sub plot(2,1,1);stem(e,.);title(e(k)的波形);axis(0,6,0,5);sub plot(2,1,2);stem(h,.);title(h(k)的波形);axis(0,6,0,5);set(gcf,color,w);figure;卷积过程 sub plot(2,2,1);stem(e,.);axis(-length(h),kr+1,0,5);title(e(i)的波形);sub plot(2,2,2);stem(

30、h,.);axis(-length(h),kr+1,0,5);title(h(i)的波形);sub plot(2,2,3);stem(-(1:le ngth(h),h,.);title(h(-i)的波形);axis(-length(h),kr+1,0,5);sub plot(2,2,4);stem(2:1+kr,r,.);title(Rzs(k)的波形);axis(-length(h),kr+1,0,15);1 iUJ 1Q set(gcf,color,w);图9 MATLAB实现离散时间系统卷积和仿真波形1IE11 11 1I -0123455h(町的滅形IHrI1 !rillII.-634

31、5图10离散时间系统的单位响应，阶跃响应的仿真波形3.5实现离散时间系统的单位响应，阶跃响应的仿真波形%示例一：系统为 yk+yk-1+yk-2=fkclear all;close all;clc;n=10;a=1,1,1;b=1;u=on es(1,10);h=i mp z(b,a ,n);Ru=ste pz(b,a, n);r=c on v(u,h);figure(1);sub plot(2,1,1);stem(h,.);titleC单位响应波形);axis(1,10,-2,2);sub plot(2,1,2);stem(Ru,.);titleC 阶跃响应波形);axis(1,10,-2,

32、2);set(gcf,color,w);%示例二：系统为 yk-1yk-1+2yk-2=fkclear;n=10;a=1,-1,2;b=1;u=on es(1,10);h=i mp z(b,a ,n);Ru=ste pz(b,a, n);r=c on v(u,h);figure(2);sub plot(2,1,1);stem(h,.);titleC单位响应的波形);axis(1,10,-20,20);sub plot(2,1,2);stem(Ru,.);titleC 阶跃响应的波形);axis(1,10,-30,30);set(gcf,color,w);单位D向应滅形单位响应的波形图12离散时间系统的单位响应，阶跃响应的仿真波形3.6实现离散时间系统对实指数序列信号的零状态响应的仿真波形题目系统函数为 yk+2yk-1+3yk-2=fk； clear all;close all;clc;a=1,2,3;b=1;%此参数可以调整 n=10;k=0: n;m=1;%可变参数 imp=1,zeros(1, n);e=ex p( m*k);h=filter(b,a,im p);figure(1);stem(k,h,.);title(单位响应波形);r=filter(b,a,e);set(gcf,color,w);figure(2);s