信号与系统实验综合设计报告.docx
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信号与系统实验综合设计报告
信号与系统实验综合设计
《二阶电路系统的设计与测试分析》
年级:
本科生2017级
班级:
通信XX班
姓名:
XXX
学号:
XXXXX
日期:
XXX年XX月XXX日
一、实验目的
在软硬件常规实验的基础上,运用“信号与系统”的理论知识,设计、分析、测试基本电路系统,初步掌握综合运用理论知识、软件仿真以及硬件测试进行简单系统的设计与分析的基本方法。
为同学创造应用实践的契机,培养同学的自学能力和钻研能力。
二、基本要求
(1)阅读教师给出的参考资料;
(2)通过查找纸质资料和网络资料,独立地提出研究问题的设计方案;
(3)编程实现连续系统的计算机仿真;
(4)完成硬件电路制作与硬件测试;
(5)综合理论基础、软件仿真与硬件测试结果进行分析与讨论;
(6)最后撰写出实验报告。
三、设计要点
选题一:
二阶电路系统的设计与测试分析
1、选取一个二阶的LTI连续系统,建立系统模型。
2、系统的软件仿真内容可选取时域、频域和S域中的部分内容或全部内容。
如在时域中分别研究系统的冲激响应、阶跃响应,以及不同激励信号下的系统零状态响应;在频域中的幅频特性、相频特性等。
3、对自己制作的硬件电路,完成系统特性的相关测试。
如冲激响应、阶跃响应、频响曲线等。
四、实验方案的选取与分析
针对这次实验,根据课本的知识,鉴于RLC二阶电路具有制作简单,易检错易修理,成本低廉,实验波形明显等优良特点,本实验将选取经典RLC二阶电路作为本次实验的测试电路。
五、电路设计与简单计算分析
如下图所示为RLC串联电路;
其中
为激励,电容两端电压
为响应,有:
;
又:
;
;
;
整理可得:
;
由上式可知,RLC串联电路为典型的二阶LTI连续系统;
可得RLC二阶电路的系统函数为:
与典型二阶系统:
做比较,得
,其中
为系统无阻尼振荡频率,
为系统阻尼比。
因此根据电路参数R、L、C的数值,可以确定二阶系统的无阻尼振荡频率
和阻尼比
,于是,二阶系统的相应特性可以由
和
两个参数确定,要使二阶系统具有满意的动态性能指标,必须选择合适的参数。
本实验将对过阻尼的RCL二阶电路进行仿真与选择部分进行测试。
六、Matlab软件仿真与结果
过阻尼(R=200Ω,L=10mH,C=1mF),此时
1.输入冲激和阶跃信号
Vpp=1v,f=50hz
2.输入方波信号
Vpp=1v,f=50hz
3.输入三角波信号
Vpp=1v,f=50hz
4.输入正弦波信号
Vpp=1v,f=50hz
5.幅频特性曲线
七、实验测量结果
实际电路图:
1.输入三角波
Vpp=4v,f=1khz
2.输入正弦波
Vpp=4v,f=1khz
3.输入方波
Vpp=4v,f=1khz
4.输入脉冲信号
Vpp=4v,f=1khz
5.频幅特性数据记录及对应曲线
频率f/hz
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.5
幅度V/v
0.8
1.16
1.48
1.8
2.04
2.36
2.4
2.54
频率f/khz
0.55
0.8
0.9
1.0
2
2.5
3
3.5
幅度V/v
2.88
3.08
2.96
2.03
1.66
1.38
1.16
1.02
八、测量结果分析
由于元件的实际数值与标识参数存在一定误差,加之冲激信号是近似取的,所以针对欠阻尼
状态的RLC电路的冲激响应,实测结果与仿真结果有一定出入,不过其他测试结果与仿真
结果吻合度较高,实验较为理想。
九、实验总结
通过这次实验,我掌握了如何选用模型,并且把模型变成实质性的电路;掌握了仿真软件的
使用方法,加深了对信号系统实验的认识;也掌握了matlab的使用方法,懂得了如何编写程序等等。
而且实验进行得很顺利,期间也没出现大的错误,总之很愉快,也学到了很多新的技能与知识。