信号与系统第十二次作业要求

TsinghuaJoking 2023-05-19 06:01

01 础练习

一、系统框图与系统函数

1、连续时间系统

  • 必做题 :第一小题

  已知 LTI 系统框图如下图所示。

▲ 图1.1.1 LTI系统框图


  (1) 写出该系统的传递函数  

  (2) 求出该系统的单位阶跃响应;

  (3) 判断该系统的稳定性。

  • 选做题: 第二小题

  已知 LTI 系统框图如下图所示。

▲ 图1.1.2 LTI 系统框图


  (1)  写出该系统的传递函数  

  (2) 当激励信号为   的时候, 求系统的零状态输出

  (3) 判断该系统的稳定性;

2、离散时间系统

  • 必做题 :第一小题

  已知离散时间 LTI 系统的零点、极点分布如下图所示。

▲ 图1.1.3 系统的零极点分布


  (1) 设系统为因果系统, 单位样值响应的初值为 h 。求该系统的单位样值响应 和系统函数

  (2) 绘制出该系统的系统框图。

  (3) 设系统的激励信号为   , 求系统的零状态响应  

  • 必做题 :第二小题

  已知离散时间 LTI 系统框图如下图所示:

▲ 图1.1.4 离散时间LTI 系统框图


  (1)  求该系统的传递函数  

  (2)  已知输入信号为 

  (3)  判断该系统的稳定性和因果性;

  • 选做题 :第三小题

  在下图所示的因果离散时间系统中, 已知其中的三个子系统的传递函数分别为:

▲ 图1.1.5 离散时间LTI 系统框图


  (1)  求该系统的系统函数  

  (2)  判断系统的稳定性;

二、系统输入输出分析

  • 必做题 : 第一小题

  已知 LTI 系统的单位冲激响应和零状态响应分别为:

  求系统的输入信号  

  • 必做题 :第二小题

  已知离散时间 LTI 系统的差分方程为:

  (1)  社系统的零状态响应为:

  (2)  绘制出系统的结构框图;

  求系统的激励信号  

三、系统的稳定性与因果性

1、连续时间系统

  • 本题是必做题

  已知连续时间反馈系统的系统框图如下图所示:

▲ 图1.3.1 连续时间LTI系统的系统框图


  (1)  写出系统的系统函数  

  (2) K 满足什么条件下, 该系统稳定?

  (3) 求出该系统具有二重极点时对应的 K 的取值, 并求出此时系统的单位冲激响应  

2、离散时间系统

  • 本题是选做题

▲ 图1.3.2 离散时间LTI系统的系统框图


  (1) 求离散时间系统的系统函数  

  (2)  求系统中参数 K 满足什么条件时, 系统是稳定的?

3、判断系统的稳定性

  已知因果 LTI 离散时间系统 输入输出之间对应的差分方程如下。求出对应的系统函数并判断系统的稳定性。

  (1)

  (2)

4、判断系统的因果性

  下列 z 变换表达式中, 那些对应的是因果系统的系统函数?

四、求解系统函数

1、问题1

  • 必做题

  一个因果、稳定、LTI系统的单位冲激响应信号为   , 对应的系统函数为有理分式   , 已知:

  (1)  系统输入为   时, 系统的输出为绝对可和; 当输入为   时, 系统的输出不是绝对可和;

  (2)

  是一个有限长的时间信号;

  (3)   ,   在无穷远点只有一个零点;

  求系统的系统函数   以及对应的收敛域。

2、问题2

  • 思考题

  因果、稳定、 LTI 的系统传递函数为   。该系统的输入信号为:

  其中   未知;  是复数常量。

  由   引起的系统输出信号为:

  求复合上述条件的系统函数  

五、电路系统分析

1、受控电压源

  • 必做题

  已知电路如下图所示, 其中的   是受控电压源, 是试求:

▲ 图1.5.1 电路图


  (1)  系统函数  

  (2)  如果   , 求电路的单位阶跃响应。

本题来自于 郑君里 《信号与系统》 P264, 4-16

2、全通网络

  • 选做题

  已知对称LC全通网络如下图所示:

▲ 图1.5.2 对称LC全通网络


  (1)  求电路的传递函数: 

  (2)  求 电阻 R 满足 什么条件时, 该系统是一个全通系统 电路网络?

□  参考文献

  • 在 LTspice 下研究全通网络[4]

  • 全通系统[5]

02 验作业

  号与系统第六章内容给出了基于系统函数 对系统的进行分析的方法。它的前提是我们能够方便获得对象的系统函数。这次作业给出的两个内容, 让同学们熟悉MATLAB中进行系统辨识的工具, 从而能够对一些实际系统完成系统函数辨识。如果大家对系统辨识理论感兴趣,也可以根据MATLAB文档给出的文献进行阅读。

一、热风机系统辨识

  应用MATLAB中的系统辨识工具, 完成下面出风机输入功率与输出热风温度之间的传递函数。

▲ 图2.1.1 热风机的输入输出信号


1、实验数据

  使用MATLAB调入数据命令:load Dryer.mat 调入实验数据。

  ●  数据说明:
   数据个数:1000
   采样时间间隔:0.08s
   输入变量:xd-输入功率
   输出变量:yd-输出温度

▲ 图2.1.2 实验数据:输入与输出信号波形


2、处理结果说明

  下面是对实验数据辨识出热风机的 一个传递函数: 

改系统对应的单位阶跃响应以及零极点分布:


▲ 图2.1.3 系统的单位阶跃响应以及零极点分布


  利用上面辨识的系统函数, 将上面实际输入信号进行仿真,得到输出仿真信号。下图给出了系统在实际激励信号下的输出与实际输出信号的对比。

▲ 图2.1.4 模型输出与实际测量信号对比


二、仿真系统辨识

  对给定的系统函数, 首先产生对应的单位阶跃响应。在利用MATLAB中的系统辨识工具完成对系统函数的辨识。

1、系统函数

  下面是给定的系统函数: 

请产生该系统的单位阶跃响应。


  下面是MATLAB产生单位阶跃响应代码。

▲ 图2.2.1 系统单位阶跃响应仿真数据


2、系统辨识工具

  下面是MATLAB中的系统标识工具:

▲ 图2.2.2 MATLAB系统辨识工具


  下面是一次系统辨识的结果:

▲ 图2.2.3 MATLAB根据单位阶跃响应系统辨识结果

参考资料

[1]

信号与系统 2023年春季作业要求与参考答案汇总: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/130018064?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22130018064%22%2C%22source%22%3A%22zhuoqingjoking97298%22%7D

[2]

信号与系统2022春季作业-第十二次作业: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/124863791?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22124863791%22%2C%22source%22%3A%22zhuoqingjoking97298%22%7D&ctrtid=58k30

[3]

信号与系统分析2022春季作业-参考答案:第十二次作业: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/124284820

[4]

在 LTspice 下研究全通网络: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/126433692

[5]

全通系统: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/117134021



TsinghuaJoking 这是一个公众号,它不端、不装,与你同游在课下、课上。 卓晴博士,清华大学中央主楼 626A。010-62773349, 13501115467,zhuoqing@tsinghua.edu.cn
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