脉冲响应 阶跃响应

电子信息工程学系实验报告

课程名称：MATLAB

实验项目名称：控制系统阶跃响应与脉冲响应实验 实验时间：2012-4-19

成 绩： 指导教师（签名）： 实 验 目 的:

（1）观察学习控制系统的单位阶跃响应和单位脉冲响应 （2）记录单位阶跃响应和单位脉冲响应曲线 （3）掌握时间响应分析的一般方法 实 验 环 境:

Matlab7.1软件

实 验 内 容 及 过 程: 1、实验内容： 已知二阶系统：G(s)?10s?2s?102

（1）建立系统模型，观察阶跃响应曲线和单位脉冲响应，并计算系统的闭环根、阻尼比，无阻尼振荡频率，并作记录。

（2）修改参数，分别实验ξ=1，ξ=2的响应曲线，并作记录。

2、实验步骤：

（1）运行MATLAB； （2）建立系统模型

1）传递函数模型TF 2）ZPK模型

3）MATLAB的阶跃响应函数

3、 实验

14阶跃响应冲激响应

第6章 一阶电路和二阶电路First-order Circuits and Second-order Circuits

6.9 一阶电路的阶跃响应 6.10 一阶电路的冲激响应 6.12 二阶电路的零输入响应

14阶跃响应冲激响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

Step Response of the First-order Circuit 通过前面的学习，我们知道直流一阶电路中的各种开 关，可以起到将直流电压源和电流源接入电路或脱离电路 的作用，这种作用可以描述为分段恒定信号对电路的激励。 随着电路规模的增大和计算工作量增加，有必要引入 阶跃函数来描述这些物理现象，以便更好地建立电路的物 理模型和数学模型，也有利于用计算机分析和设计电路。

14阶跃响应冲激响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

Step Response of the First-order Circuit 一、 单位阶跃函数

1. 定义

2. 作用

二、 单位阶跃响应 三、延时单位阶跃函数 1. 定义 2. 作用

四、 延时单位阶跃响应 五、任意阶跃函数作用下的一阶电路的全响应

14阶跃响应冲激响应

6.9

一阶电路的阶跃响应

一、阶跃函数 (

实验四 无限长单位脉冲响应滤波器设计

一、 实验目的

1.掌握双线性变换法及脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的具体设计方法及其原理，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR数字滤波器的计算机编程。 2.观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频率特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点。

3.熟悉巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。

二、实验原理

(1)实验中有关变量的定义：fc通带边界频率，fr阻带边界频率，tao通带波动，at最小阻带衰减，fs采样频率，t采样周期。

(2)设计一个数字滤波器一般包括以下两步： a.按照任务要求，确定滤波器性能指标

b.用一个因果稳定的离散时不变系统的系统函数去逼近这一性能要求

(3)数字滤波器的实现：对于IIR滤波器，其逼近问题就是寻找滤波器的各项系数，使其系统函数逼近一个所要求的特性。先设计一个合适的模拟滤波器，然后变换成满足约定指标的数字滤波器。

用双线形变换法设计IIR数字滤波器的过程： a.将设计性能指标中的关键频率点进行“预畸” b.利用“预畸”得到的频率点设计一个模拟滤波器。 c.双线形变换，确定系统函数

三、实验内容

1、设计一切

实验四 无限长单位脉冲响应滤波器设计

一、 实验目的

1.掌握双线性变换法及脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的具体设计方法及其原理，熟悉用双线性变换法及脉冲响应不变法设计低通、高通和带通IIR数字滤波器的计算机编程。 2.观察双线性变换及脉冲响应不变法设计的滤波器的频率特性，了解双线性变换法及脉冲响应不变法的特点。

3.熟悉巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器和椭圆滤波器的频率特性。

二、实验原理

(1)实验中有关变量的定义：fc通带边界频率，fr阻带边界频率，tao通带波动，at最小阻带衰减，fs采样频率，t采样周期。

(2)设计一个数字滤波器一般包括以下两步： a.按照任务要求，确定滤波器性能指标

b.用一个因果稳定的离散时不变系统的系统函数去逼近这一性能要求

(3)数字滤波器的实现：对于IIR滤波器，其逼近问题就是寻找滤波器的各项系数，使其系统函数逼近一个所要求的特性。先设计一个合适的模拟滤波器，然后变换成满足约定指标的数字滤波器。

用双线形变换法设计IIR数字滤波器的过程： a.将设计性能指标中的关键频率点进行“预畸” b.利用“预畸”得到的频率点设计一个模拟滤波器。 c.双线形变换，确定系统函数

三、实验内容

1、设计一切

自动控制原理实验

典型环节及其阶跃相应

.1 实验目的

1. 学习构成典型环节的模拟电路，了解电路参数对环节特性的影响。

2. 学习典型环节阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算典型环节的传递函数。

3. 学习用Multisim、MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。

.2 实验原理

典型环节的概念对系统建模、分析和研究很有用，但应强调典型环节的数学模型是对各种物理系统元、部件的机理和特性高度理想化以后的结果，重要的是，在一定条件下， 典型模型的确定能在一定程度上忠实地描述那些元、部件物理过程的本质特征。

1.模拟典型环节是将运算放大器视为满足以下条件的理想放大器： (1) 输入阻抗为∞。流入运算放大器的电流为零，同时输出阻抗为零； (2) 电压增益为∞： (3) 通频带为∞：

(4) 输入与输出之间呈线性特性： 2.实际模拟典型环节：

(1) 实际运算放大器输出幅值受其电源限制是非线性的，实际运算放大器是有惯性的。 (2) 对比例环节、惯性环节、积分环节、比例积分环节和振荡环节，只要控制了输入量的大小或是输入量施加的时间的长短(对于积分或比例积分环节)，不使其输出工作在工作期间内达到饱和值，则非线性因素对上述环节特

典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1. 掌握控制系统模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

3. 加深典型环节的概念在系统建模、分析、研究中作用的认识。 4. 加深对模拟电路——传递函数——响应曲线的联系和理解。 二、实验仪器

1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理

1．模拟实验的基本原理

根据数学模型的相似原理，我们应用电子元件模拟工程系统中的典型环节，然后加入典型测试信号，测试环节的输出响应。反之，从实测的输出响应也可以求得未知环节的传递函数及其各个参数。

模拟典型环节传递函数的方法有两种：第一种方法，利用模拟装置中的运算部件，采用逐项积分法，进行适当的组合，构成典型环节传递函数模拟结构图；第二种方法将运算放大器与不同的输入网络、反馈网络组合，构成传递函数模拟线路图，这种方法可以称为复合网络法。本节介绍第二种方法。

采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络构成相应的模拟系统。将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影

典型环节及其阶跃响应

一、实验目的

1. 掌握控制系统模拟实验的基本原理和一般方法。 2. 掌握控制系统时域性能指标的测量方法。

3. 加深典型环节的概念在系统建模、分析、研究中作用的认识。 4. 加深对模拟电路——传递函数——响应曲线的联系和理解。 二、实验仪器

1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理

1．模拟实验的基本原理

根据数学模型的相似原理，我们应用电子元件模拟工程系统中的典型环节，然后加入典型测试信号，测试环节的输出响应。反之，从实测的输出响应也可以求得未知环节的传递函数及其各个参数。

模拟典型环节传递函数的方法有两种：第一种方法，利用模拟装置中的运算部件，采用逐项积分法，进行适当的组合，构成典型环节传递函数模拟结构图；第二种方法将运算放大器与不同的输入网络、反馈网络组合，构成传递函数模拟线路图，这种方法可以称为复合网络法。本节介绍第二种方法。

采用复合网络法来模拟各种典型环节，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络构成相应的模拟系统。将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，得到系统的动态响应曲线及性能指标。若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影

实验四

阶跃响应与冲激响应/

零输入与零状态响应

一、实验目的 1、观察和测量RLC串联电路的阶跃响应与冲激响 应的波形和有关参数，并研究其电路元件参数变化 对响应状态的影响。

2、掌握有关信号时域的测量方法。3、熟悉系统的零输入响应与零状态响应的工作原

理及特性的观察方法。

二、实验原理 1、RLC串联电路的阶跃响应与冲激响应 冲激信号是阶跃信号的导数， 对线性时不变系统，冲激响应也是阶跃响应的导

数。 为了便于用示波器观察响应波形，实验中用周期

方波代替阶跃信号，而用周期方波通过微分电路后得到的尖脉冲代替冲激信号，冲激脉冲的占空 比可通过电位器W102调节。

VE E

42.

U1 01 A 1

R1 02 T P10 3 1 80

W 1 01 T P10 1 5K

L 1 01 1 0m H

3

C1 02 0 . 01 uF

VCC

电路原理图中，其阶跃响应有三种状态： 当电阻L R 2 C

时，称过阻尼状态；

当电阻 当电阻

L 时，称临界阻尼状态； R 2 C L 时，称欠阻尼状态。 R 2 C

8

2、零输入和零状态响应R + 则系统的响应为： + Vc(0-) + Vc(t)

e(t)

VC (t ) e

t RC

1 VC (0 ) e RC

南京工程学院

电力工程学院

10/ 11 学年 第 2 学期

实 验 报 告

课程名称 电路实验（二） 实验名称 RLC串连电路的零输入 响应和阶跃响应 班级名称 学生姓名 学 号 同组学生姓名 实验时间 2011.5.12 实验地点

实验报告成绩： 评阅教师签字：

年 月 日

电力工程学院二〇〇七年制

一、实验目的 1、当R变化时，分别观察：过阻尼、临界阻尼、欠阻尼衰减振荡、等幅度振荡时的UC的零输入响应和阶跃响应波形。 2、熟悉Multisim9的具体操作。 3、通过仿真，分析RLC二阶串联电路参数对响应波形的影响。 二、原理简述 能用二阶微分方程描述的电路称为二阶电路，它在电路结构上含有两个独立的动态电路元件。在二阶电路中，给定的初始条件应有两个，它们由储能元件的

实验五 利用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器

一、 实验目的

1.掌握利用脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的原理及具体方法。 2.加深理解数字滤波器和模拟滤波器之间的技术指标转化。

3.掌握脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器的优缺点及适用范围。

二、 实验设备与环境

计算机、MATLAB软件环境。

三、 实验基础理论

1.基本原理

从时域响应出发，使数字滤波器的单位脉冲响应h(n)模仿模拟滤波器的单位冲击响应ha(t),h(n)等于ha(t)的取样值。 2.变换方法

思 路：拉 式 反 变 换时 域 采 样z变 换????ha(s)??????ha(t)??????ha(nT)?h(n)????H（z)（1）将Ha(s) 进行部分分式展开

Ha(s)??k?1NAks?Pk

（2）对Ha(s)进行拉式反变换

ha(t)??Akepktu(t)

k?1N（3）对ha(t)时域采样得到h(n)

h(n)??Akek?1NpknTu(nT)??Ak(epkT)u(n)

k?1N（4）对h(n)进行Z变换

Akh(z)??pkT?11?ezk?13.设计步骤

N

（1） 确定数字滤波器性能指标fst?1.5kHz

（2） 将数字滤波器频率指标转换