时域分析仿真试验文档.doc

简介：
本文档详述了时域分析仿真实验的设计、实施及评估过程，包括实验目的、方法和结果解析等内容。适合科研人员和技术工程师参考使用。 在分析线性时不变（LTI）系统的响应过程中，对于任意信号作用于某个系统而言，我们可以通过叠加性和均匀性的特性来获取输出的零状态响应。使用卷积积分方法求解系统的零状态响应比传统的时域分析法更为简便，并且物理意义更加清晰。 进行系统时域分析的重点在于研究LTI系统对不同输入信号的反应方式，其中关键的一点是这些系统的叠加性和均匀性特性：这意味着多个独立输入信号分别作用于同一个系统所产生的总输出结果将是各个独立输入信号各自响应的一个线性组合。 利用MATLAB和Simulink工具进行仿真实验可以帮助我们研究连续系统及离散系统的动态行为。MATLAB的控制系统工具箱提供了一系列函数，如`tf`, `ss`, `lsim`, `impulse`, `step` 和 `freqs` 等，用于创建模型、计算响应以及绘制图形。 1. 冲激响应：这是指LTI系统对单位冲激信号的反应。使用MATLAB中的`impulse(num,den,t)`函数可以生成系统的冲激响应。 2. 阶跃响应：阶跃响应是指当输入为单位阶跃时，系统从一个稳态过渡到另一个新稳态的过程。利用`step(G)`命令可绘制出该过程的图形表示。 3. 零输入响应：指在没有外部输入且初始状态不为零的情况下系统的动态行为。通过使用`initial(G1,y0)`函数可以计算并展示这种情形下的系统反应，其中y0是系统的起始条件。 4. 零状态响应：这是仅由当前时刻的输入引起的输出，并忽略任何先前的状态信息。可以通过模拟法（如`lsim(G,x,t,y0)`)和卷积运算(`conv(x,h)`）来计算零状态响应。卷积运算是求解LTI系统在零初始条件下的输出的基本方法。 5. 全响应：它是所有输入信号作用下系统的总反应，即包括了上述的零输入与零状态两个部分的综合结果。 6. 幅频特性分析：通过`freqs(num,den,w)`函数可以计算传递函数对不同频率点上的幅值变化情况，以此来了解系统如何处理各种频率范围内的信号。 7. 零极点图绘制：使用`pzmap(G)`命令可以帮助我们直观地理解系统的稳定性。如果所有的极点都位于复平面的左半部分，则该LTI系统是稳定的。 通过对比不同输入（例如组合正弦波）所引起的响应，我们可以进一步分析出特定信号在经过滤器后的特性变化情况，并且能够观察到卷积计算可能带来的较长输出时间范围问题。对于离散系统的处理也遵循类似的步骤和方法，只是需要使用适用于此类系统特有的函数。 通过这些仿真工具的应用，可以加深我们对LTI系统动态行为、过滤特性和稳定性的理解，这对于实际中的控制系统设计至关重要。