西工大信号系统实验离散系统的Z域分析.docVIP

上机实验8 离散系统的Z域分析 一、 实验目的 （1） 掌握离散时间信号Z变换和逆Z变换的实现方法及编程思想； （2） 掌握系统频率响应函数幅频特性、相频特性和系统函数的零极点图的绘制方法； （3） 了解函数ztrans,iztrans,zplane,dimpulse,dstep和freqz的调用格式及作用； （4） 了解利用零极点图判断系统稳定性的原理。 二、 实验原理 离散系统的分析方法可分为时域解法和变换域解法两大类。其中离散系统变换域解法只有一种，即Z变换域解法。Z变换域没有物理性质，它只是一种数学手段，之所以在离散系统的分析中引进Z变换的概念，就是要想在连续系统分析时引入拉氏变换一样，简化分析方法和过程，为系统的分析研究提供一条新的的途径。Z域分析方法就是把复指数信号ejΩk扩展为复指数信号ek或z=rejΩ，并以ek为基本信号，把输入信号分解为基本信号ek之和，则响应为基本信号ek的响应之和。这种方法的数学描述为Z变换及其逆变换，这种方法称为离散信号与系统的Z域分析方法。 三、 设计的MATLAB函数 1、变换函数ztrans 功能：ztrans可以实现信号f（k）的（单边）Z变换。 调用格式： F=ztrans（f）：实现函数f（n）的Z变换，默认返回函数F是关于z的函数。 F=ztrans（f，w）：实现函数f（n）的Z变换，返回函数F是关于w的函数。 F=ztrans（f，k，w）：实现函数f（k）的Z变换，返回函数F是关于w的函数。 2、单边逆Z变换函数iztrans 功能：iztrans可以实现F（z）的逆变换。 调用格式： f=iztrans（F）：实现函数F（z）的Z逆变换，默认返回函数f是关于n的函数。 f=iztrans（F，k）：实现函数F（z）的逆Z变换，返回函数f是关于k的函数。 f=iztrans（F，w，k）：实现函数F（w）的逆Z变换，返回函数f是关于k的函数。 3、离散系统频率响应函数freqz 调用格式： [H,w]=freqz(B,A,N):其中B，A分别是该离散系统函数的分子，分母多项式的系数向量，N为正整数，返回向量H则包含了离散系统频率响应H（ejθ）在零到派范围内N个频率等分点的值，向量θ为零到派范围内的N个频率等分点，系统默认N=512. [H,w]=freqz(B,A,N,’whole’):计算离散系统在零到2派范围内N个频率等分点的频率响应H（ejθ）的值。 在调用完freqz函数之后，可以利用函数abs和angle以及plot命令，绘制出该系统的幅频特性和相频特性曲线。 4、零极点绘图函数zplane 调用格式： Zplane（Z，P）以单位圆为参考圆绘制Z零点向量，P为极点列向量的零极点图，若有重复点，在重复点右上角以数字标出重数。 Zplane（B，A）B，A分别是传递函数H（z）按Z-1的升幂排列的分子分母系数列向量，注意B，A同为标量时，如B为零点，则A为极点。 5、单位脉冲响应绘图函数dimpulse 调用格式： Dimpulse（B，A）绘制传递函数H（z）的单位脉冲响应图，其中B，A分别是传递函数H（z）按Z-1的升幂排列的分子分母系数行向量。 Dimpulse（B，A，N）功能同上，其中N为指定的单位脉冲响应序列的点数。 6、单位阶跃响应绘图函数dstep 调用格式： Dstep(B,A)绘制传递函数H(z)的单位脉冲响应图，其中B，A分别是传递函数H（z）按Z-1的升幂排列的分子分母系数行向量。 Dstep(B,A,N)功能同上，其中N为指定的单位阶跃响应序列的点数。 7、数字滤波单位脉冲响应函数impz 调用格式： [h,t]= impz(B,A)；B，A分别是传递函数H（z）Z-1的升幂排列的分子分母系数行向量。H为单位相应的样值，t为采样序列。 [h，t]= impz（B，A，N）功能同上，其中N为标量时指定的单位阶跃响应序列的点数，N为矢量时，t=N，为采样序列。 8、极点留数分解函数residuez 调用格式： [r，p，k]= residuez（B，A）：B，A分别是传递函数H（z）按Z-1的升幂排列的分子分母系数行向量。R为极点对应系数，p为极点，k为有限项对应系数。 四、 实验内容与方法 1、 验证性实验 1） Z变换 确定信号f1(n)=3nU(n),f2(n)=cos(2n)U(n)的Z变换。 MATLAB程序： syms n z %声明符号变量 f1=3^n; f1_z=ztrans(f1); f2=cos(2*n); f2_z=ztrans(f2); 运行后在命令窗口显示： f1 f1 =3^n f1_z f1_z =z/(z - 3) f2 f2 =cos(2*n) f2_z f2_z =(z*(