实验一 序列、频谱、DFT的性质(实验指导书2010版)

实验报告

课程名称： 数字信号处理 指导老师： 潘翔

成绩：____________ 实验名称： FIR 序列、频谱、DFT 的性质 实验类型：__演示_同组学生姓名： ——

一、实验目的和要求

设计通过演示实验，建立对典型信号及其频谱的直观认识，理解DFT 的物理意义、主要性质。

二、实验内容和步骤

2-1用MATLAB ，计算得到五种共9个序列：

2-1-1实指数序列

??

?-≤≤=otherwise

length n a n x n

10)( 例如，a=0.5, length=10 a=0.9, length=10 a=0.9, length=20

2-1-2复指数序列???-≤≤+=

otherwise

length n jb a n x n 0

10)()(例如，a=0.5, b=0.8, length=10

2-1-3从正弦信号x (t )=sin(2πft +delta)抽样得到的正弦序列x (n )=sin(2πfnT +delta)。

如，信号频率f =1Hz ，初始相位delta=0，抽样间隔T=0.1秒，序列长length=10。 2-1-4从余弦信号x (t )=cos (2πft + delta)抽样得到的余弦序列x (n )=cos (2πfnT +

delta)。如，信号频率f =1Hz ，初相位delta=0，抽样间隔T=0.1秒，序列长length=10。

2-1-5含两个频率分量的复合函数序列x (n )=sin(2πf 1nT )+delta ×sin(2πf 2nT +phi)。

如，

2-2 用MATLAB ，对上述各个序列，重复下列过程。

2-2-1画出一个序列的实部、虚部、模、相角；观察并记录实部、虚部、模、相角的

专业：_信息与通信工程 姓名：___邵振江______

学号__3080102350____ 日期：_2010-10-3_____ 地点___蓝三-3025____

特征。

2-2-2 计算该序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部；观察和并记录它们的特征，给予解释。

2-2-3 观察同种序列取不同参数时的频谱，发现它们的差异，给予解释。

三、主要仪器设备

MATLAB编程。

四、操作方法和实验步骤

（参见“二、实验内容和步骤”）

五、实验数据记录和处理

列出MATLAB程序清单，加注释。

2-1-1a (a=0.5, length=10)程序

n=0:9;

xn=((0.5).^n).*(0<=n&n<=9);

xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

f=n/10.*(0<=n&n<=5)+(10-n)/10.*(6<=n&n<=9); %求出对应频率

figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');

figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部

subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

2-1-1b（a=0.9, length=10）程序

n=0:9;

xn=((0.9).^n).*(0<=n&n<=9);

xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

f=n/10.*(0<=n&n<=5)+(10-n)/10.*(6<=n&n<=9); %求出对应频率figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');

figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部

subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

2-1-1c

n=0:19;

xn=((0.9).^n).*(0<=n&n<=19);

xw=dftmtx(20)*xn'; %用DFT求频谱

f=n/20.*(0<=n&n<=10)+(20-n)/20.*(11<=n&n<=19); %求出对应频率figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');

figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部

subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

2-1-2程序

n=0:9;

xn=(0.5+j*0.8).^n.*(n>=0&n<=9);

f=n/10.*(0<=n&n<=5)+(10-n)/10.*(6<=n&n<=9); %求出对应频率xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xw)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');

figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

2-1-3程序

n=0:9;

xn=sin(2*pi*n*0.1).*(n>=0&n<=9);

xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

f=n.*(0<=n&n<=5)+(10-n).*(6<=n&n<=9); %求出对应频率figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');

figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

2-1-4程序

n=0:9;

xn=cos(2*pi*n*0.1).*(n>=0&n<=9);

xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

f=n.*(0<=n&n<=5)+(10-n).*(6<=n&n<=9); %求出对应频率figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');

figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

2-1-5a程序

n=0:9;

xn=(sin(2*pi*n*0.1)+0.5*sin(2*pi*3*n*0.1)).*(n>=0&n<=9); xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

f=n.*(0<=n&n<=5)+(10-n).*(6<=n&n<=9); %求出对应频率figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');

figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部

subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)')

2-1-5b程序

n=0:9;

xn=(sin(2*pi*n*0.1)+0.5*sin(2*pi*3*n*0.1+pi/2)).*(n>=0&n<=9); xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

f=n.*(0<=n&n<=5)+(10-n).*(6<=n&n<=9); %求出对应频率figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');w_begin=0;w_step=pi/1600;w_end=2*pi; figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部

subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

2-1-5c程序

n=0:9;

xn=(sin(2*pi*n*0.1)+0.5*sin(2*pi*3*n*0.1+pi)).*(n>=0&n<=9);

xw=dftmtx(10)*xn'; %用DFT求频谱

f=n.*(0<=n&n<=5)+(10-n).*(6<=n&n<=9); %求出对应频率figure(1); %画出序列的实部、虚部、模、相角

subplot(2,2,1);stem(n,real(xn));

xlabel('n');ylabel('real(xn)');

subplot(2,2,2);stem(n,imag(xn));

xlabel('n');ylabel('imag(xn)');

subplot(2,2,3);stem(n,abs(xn));

xlabel('n');ylabel('abs(xn)');

subplot(2,2,4);stem(n,angle(xn));

xlabel('n');ylabel('angle(xn)');w_begin=0;w_step=pi/1600;w_end=2*pi; figure(2); %画出序列的幅度谱、频谱实部、频谱虚部

subplot(3,1,1);stem(f,abs(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('abs(xw)');

subplot(3,1,2);stem(f,real(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('real(xw)');

subplot(3,1,3);stem(f,imag(xw));

xlabel('f/Hz');ylabel('imag(xw)');

六、实验结果与分析

观察实验结果（数据及图形）的特征，做必要的记录，做出解释。包括： 6-1 各种序列的图形（时域）和频谱（频域）各有何特征，给予解释。 6-2 DFT 物理意义。X(0)、X(1)和X(N -1)的物理意义。 6-3 DFT 的主要性质。 实验结果： 2-1-1a

n

r e a l (x n )

n

i m a g (x n

)

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n )

k

a b s (x w )

k

r e a l (x w )

k

i m a g (x w )

序列的实部、虚部、模、相角 序列的DFT 结果

f/Hz

a b s (x w )

f/Hz

r e a l (x w )

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

0.5

09()0

n

n x n o th erw ise

?

≤≤=?

?

2-1-1b

510

n

r e a l (x n )

510

n

i m a g (x n )

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n )

k

a b s (x w )

k

r e a l (x w )

k

i m a g (x w )

序列的实部、虚部、模、相角 序列的DFT 结果

f/Hz

a b s (x w )

f/Hz

r e a l (x w )

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

2-1-1c

0.9

019

()0

n

n x n o th erw ise

?

≤≤

=?

?

n

r e a l (x n )

n

i m a g (x n

)

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n )

k

a b s (x w )

k

r e a l (x w )

k

i m a g (x w )

0.9

09()0

n

n x n o th erw ise

?

≤≤=?

?

f/Hz

a b s (x w )

f/Hz

r e a l (x w )

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

观察以上三个序列，发现它们都为正的实序列，所以序列的虚部和相角都为零。观察它们的DFT 结果发现实部是共轭偶对称，虚部是共轭奇对称。验证了DFT 的对称性质。比较以上三个序列可知，当a 越接近1时，频谱越集中在直流分量处。这是因为a 越接近于1，序列变化越慢，故在频率为0处频谱值变大。当length 越大时，即n 取点数越多，频谱越接近实际频谱。因为点数增多，频谱分辨率越高，且抑制了栅栏效应。

2-1-2

(0.50.8)019

()0

n

j n x n otherw ise ?+≤≤=??

5

10

n

r e a l (x n )

510

n

i m a g (x w )

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n )

k

a b s (x w )

k

r e a l (x w )

k

i m a g (x w )

序列的实部、虚部、模、相角 序列的DFT 结果

此序列为一复指数序列，序列的幅度、相角、实部、虚部都不为零。频谱是实指数函数的一个平移。

2-1-3

sin(0.2)09()0n n x n otherw ise π≤≤?=??

n

r e a l (x n )

n

i m a g (x n

)

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n )

k

a b s (x w )

-15

k

r e a l (x w

)k

i m a g (x w )

序列的实部、虚部、模、相角 序列的DFT 结果

f/Hz

a b s (x w )

-15

f/Hz

r e a l (x w

)

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

该序列是正弦函数的采样序列，是一个共轭奇对称的实序列，序列的虚部为零，相角在序列取负的地方为π。观察序列的DFT 结果发现其虚部为共轭奇对称。验证了DFT 的对称性质。频谱实部接近0，但不为0，而理论上由于该序列共轭奇对称，实部应该为0。我想这是因为MATLAB 在计算正弦函数各点的值时，近似取了小数点后的有限位，造成了误差。观察序列的频谱发现频谱在频率为1Hz 处，与此正弦函数频率为1Hz 相符合。

2-1-4

cos(0.2)09

()0

n n x n otherw ise π≤≤?=??

n

r e a l (x n )

n

i m a g (x n

)

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n )

k

a b s (x w )

k

r e a l (x w )

-15

k

i m a g (x w )

序列的实部、虚部、模、相角 序列的DFT 结果

f/Hz

a b s (x w )

f/Hz

r e a l (x w )

-15

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

该序列是一个共轭偶对称实序列，虚部为零。相角在序列取值为负的地方为π。其频谱实部共轭偶对称，虚部为零。与书本上DFT 的对称性质相符。其反应的性质与2-1-3类同。 2-1-5a

sin(0.2)0.5sin(0.6)

09

()0n n n x n otherw ise π+≤≤?=?

?

n

r e a l (x n )

n

i m a g (x n

)

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n )

k

a b s (x w )

-15

k

r e a l (x w

)

k

i m a g (x w )

序列

序列的DFT 结果

f/Hz

a b s (x w )

-15

f/Hz

r e a l (x w )

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

2-1-5b

sin (0.2)0.5sin (0.6)

09

()2

0n n n x n o th erw ise ππ?

+

+≤≤?=???

n

r e a l (x n )

n

i m a g (x n )

n

a b s (x n )

n

a n g l e (x n

)

k

a b s (x w

)

k

r e a l (x w

)

k

i m a g (x w )

实验名称：FIR 序列、频谱、DFT 的性质 姓名：__邵振江_学号__3080102350_P. 15

f/Hz

a b s (x w )

f/Hz

r e a l (x w )

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

2-1-5c

s i n (0

.2)0.5s i n (0.6)()0n n n x n o th erw ise

ππ++

≤≤?=?

?

n

r e

a l (x n )

n

i m a g (x n )

n

a

b s (x n )

n

a n g l e (x n

)

k

a b s (x w )

-15

k

r e a l (x w

)

k

i m a g (x w )

序列的实部、虚部、模、相角 序列的DFT 结果

f/Hz

a b s (x w )

-15

f/Hz

r e a l (x w

)

f/Hz

i m a g (x w )

序列的频谱

2-1-5的三个序列为两个实序列的复合。第一组参数和第三组参数为共轭奇对称实序列。其频谱实部为零，虚部共轭奇对称。与书本上DFT 的对称性质相符。观察频谱 实验名称：FIR 序列、频谱、DFT 的性质 姓名：__邵振江_学号__3080102350_P. 16

可知频谱在1Hz和3Hz处有值，故为两实序列频谱相加，验证了线性性质。取

第二组数的2-5-1b序列由于初相位取为π/2，使得序列没有对称性。故频谱的实部、虚部都不为0。

结果分析：

DFT的物理意义：从DTFT角度看，有限长序列的DFT结果包含了N个离散点处的DTFT结果，这N个离散点等间隔地分布在区间[0,2π)内；如果从Z变换角度看，DFT结果包含了Z平面上N个离散点处的Z变换结果，这N个离散点均匀地分布于单位圆上。

X(0)的物理意义是信号直流分量的频谱值。X(1)的物理意义是频率

1

N T

ω=

处的幅

度和相位。X(N-1)的物理意义也是频率

1

N T

ω=

处的幅度和相位。

DFT的主要性质有线性（在实验五得到验证）、圆周移位特性、对偶性、圆周共轭对称性、DFT的圆周卷积特性、帕塞瓦尔定理。

帕塞瓦尔定理

以下是2-1-3的正弦序列时域图像和它的DFT幅频图像

实验名称：FIR序列、频谱、DFT的性质姓名：__邵振江_学号__3080102350_P. 17

对以上正弦序列求平方和后，近似等于5

理。

应用FFT对信号进行频谱分析实验报告

实验 应用FFT 对信号进行频谱分析 一、实验目的 1、在理论学习的基础上，通过本次实验，加深对快速傅里叶变换的理解，熟悉FFT 算法及其程序的编写。 2、熟悉应用FFT 对典型信号进行频谱分析的方法。 3、了解应用FFT 进行新红啊频谱分析过程中可呢个出现的问题，以便在实际中正确应用FFT 。 二、实验原理 一个连续信号()a x t 的频谱可以用它的傅里叶变换表示为： ()()j t a a X j x t e dt +∞ -Ω-∞Ω=? （2-1） 如果对信号进行理想采样，可以得到离散傅里叶变换： ()()j n X e x n z ω +∞ --∞=∑ （2-2） 在各种信号序列中，有限长序列在数字信号处理中占有很重要的。无限长的序列往往可以用有限长序列来逼近。对于有限长的序列我们可以使用离散傅里叶变换（DFT ），这一序列可以很好的反应序列的频域特性，并且容易利用快速算法在计算机上实现当序列的长度是N 时，我们定义离散傅里叶变换为： 1 0()[()]()N kn N n X k DFT x n x n W -===∑ （2-3） DFT 是对序列傅里叶变换的灯具采样，因此可以用于序列的频谱分析。在利用DFT 进行频谱分析的时候可能有三种误差： （1）混叠现象 序列的频谱是采样信号频谱的周期延拓，周期是2/T π，因此当采样频率不满足奈奎斯特定理，即采样频率1/s f T =小于两倍的信号频率时，经过采样就会发生频谱混叠。这导致采样后的信号序列不能真实的反映原信号的频谱。 （2）泄漏现象 泄漏是不能和混叠完全分开的，因为泄漏导致频谱的扩展，从而造成混淆。为了减小混淆的影响，可以选择适当的窗函数使频谱的扩散减到最小。 （3）栅栏效应 因为DFT 是对单位圆上Z 变换的均匀采样，所以它不可能将频谱视为一个连续的函数。这样就产生了栅栏效应。减小栅栏效应的一个方法是在源序列的末端补一些零值，从而变动DFT 的点数。 三、实验内容和结果 1、观察高斯序列的时域和频域特性 （1）固定高斯序列()a x n 中的参数p=8，当q 为2，4，8时其时域和幅频特性分别如图 2.1，图2.2所示：

电机实验指导书菏泽学院2

电机实验指导书菏泽学院2

2 目录 第一章直流电机 (4) 实验一认识实验 (4) 实验二直流发电机 (9) 实验三直流并励电动机 (17) 第二章变压器 (22) 实验一单相变压器 (22) 实验二三相变压器 (28) 实验三三相变压器的联接组和不对称短路 (34) 第三章异步电机 (42) 实验一三相鼠笼异步电动机的工作特性 (42) 实验二三相异步电动机的起动与调速 (50) 实验三单相电容起动异步电动机 (55) 实验四单相电容运转异步电动机 (59) 实验五双速异步电动机 (62) 第四章同步电机 (65) 实验一三相同步发电机的运行特性 (51) 实验二三相同步发电机的并联运行 (56) 实验三三相同步电动机 (61)

实验四三相同步电机参数的测定 (88) 第五章电机机械特性的测定 (94) 实验一直流他励电动机机械特性 (94) 实验二三相异步电动机在各种运行状态下的机械特性 (100) 实验三异步电机的M-S曲线测绘 (104) 第六章控制电机实验 (109) 实验一步进电动机实验 (109) 实验二交流伺服电机实验 (112) 实验三直流伺服电机实验 (116) 3

4 第一章直流电机 实验一认识实验 一．实验目的 1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事 项。 2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。 二．预习要点 1．如何正确选择使用仪器仪表，特别是电压表、电流表的量程。 2．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？ 3．直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？ 4．直流电动机调速及改变转向的方法。 三．实验项目 1．了解电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。 2．用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3．直流他励电动机的起动，调速及改变转向。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏 2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（NMEL-13A） 3．直流并励电动机M03 4．直流电机仪表、电源（NMEL-18A）（位于实验台主控制屏的下部）

《电力机车电机》实验指导书

《电力机车电机》实验指导书 实验一直流电机认识实验 一．实验目的 1．学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2．认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3．熟悉他励电动机（即并励电动机按他励方式）的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。 二．预习要点 1．如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表、电流表的量程。 2．直流他励电动机起动时，为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器？不连接会产生什么严重后果？ 3．直流电动机起动时，励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置？为什么？若励磁回路断开造成失磁时，会产生什么严重后果？ 4．直流电动机调速及改变转向的方法。 三．实验项目 1．了解MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。 2．用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3．直流他励电动机的起动，调速及改变转向。 四．实验设备及仪器 1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏（MEL-I、MEL-IIA、B） 2．电机导轨及测功机、转速转矩测量（MEL-13）或电机导轨及校正直流发电机 3．直流并励电动机M03 4．220V直流可调稳压电源（位于实验台主控制屏的下部） 5．电机起动箱（MEL-09）。 6．直流电压、毫安、安培表（MEL-06）。 五．实验说明及操作步骤 1．由实验指导人员讲解电机实验的基本要求，实验台各面板的布置及使用方法，注意事项。 2．在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件，并检查MEL-13和涡流测功机的连接。 3．直流仪表、转速表和变阻器的选择。 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择，变阻器根据实验要求来选用，并按电流的大小选择串联，并联或串并联的接法。 （1）电压量程的选择

实验一利用DFT分析信号频谱

实验一利用DFT 分析信号频谱 一、 实验目的 1. 加深对DFT 原理的理解。 2. 应用DFT 分析信号的频谱。 3. 深刻理解利用DFT 分析信号频谱的原理，分析实现过程中出现的现象及解决方法。 二、 实验设备与环境 计算机、MATLAB^件环境。 三、 实验基础理论 1. DFT 与DTFT 的关系 方法二：实际在MATLAB 十算中，上述插值运算不见得是最好的办法。 由于DFT 是DTFT 的取 样值，其相邻两个频率样本点的间距为 —,所以如果我们增加数据的长度 N,使得到的 N DFT 谱线就更加精细，其包络就越接近 DTFT 的结果，这样就可以利用 DFT 计算DTFT 如果 没有更多的数据，可以通过补零来增加数据长度。 3、利用DFT 分析连续时间函数 利用DFT 分析连续时间函数是，主要有两个处理：①抽样，②截断 对连续时间信号x a (t) 一时间T 进行抽样，截取长度为 M 则 址 ML X a (N)「-x a (t)e4dt 二「x a (nT)e jnT n=0 再进行频域抽样可得 M 4 —j 竺 n 送，T' X a (nT)e N =TX M (k) NT n =0 因此，利用DFT 分析连续时间信号的步骤如下： (1 )、确定时间间隔，抽样得到离散时间序列 x(n). (2) 、选择合适的窗函数和合适长度 M 得到M 点离散序列x M DFT 实际上是 DTFT 在单位圆上以 的抽样，数学公式表示为: N-1 _j 空 k X(k) = X(z)| 耳八 x(n)e N z” N n=0 (2 — 1) 2、利用 DFT 求DTFT 方法一：利用下列公式： 2rk X(e j )二、X(k)( ) k=0 N k= 0,1,..N - 1 (2 — 2) Sn(N ，/2) Nsin(，/2) .N A e 2为内插函数 (2— 3) (2—4) X a (r 1)|

用FFT对信号作频谱分析 实验报告

实验报告 实验三：用FFT 对信号作频谱分析 一、 实验目的与要求 学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT 。 二、 实验原理 用FFT 对信号作频分析是学习数字信号处理的重要内容，经常需要进行分析的信号是模拟信号的时域离散信号。对信号进行谱分析的重要问题是频谱分辨率D 和分析误差。频谱分辨率直接和FFT 的变换区间N 有关，因为FFT 能够实现的频率分辨率是2π/N ，因此要求2π/N 小于等于D 。可以根据此式选择FFT 的变换区间N 。误差主要来自于用FFT 作频谱分析时，得到的是离散谱，而信号（周期信号除外）是连续谱，只有当N 较大时，离散谱的包络才能逼近连续谱，因此N 要适当选择大一些。 三、 实验步骤及内容（含结果分析） （1）对以下序列进行FFT 分析： x 1(n)=R 4(n) x 2(n)= x 3(n)= 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】： n+1 0≤n ≤3 8-n 4≤n ≤7 0 其它n 4-n 0≤n ≤3 n-3 4≤n ≤7 0 其它 n

实验结果图形与理论分析相符。（2）对以下周期序列进行谱分析： x4(n)=cos[(π/4)*n]

x5(n)= cos[(π/4)*n]+ cos[(π/8)*n] 选择FFT的变换区间N为8和16两种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】： （3）对模拟周期信号进行频谱分析： x6(n)= cos(8πt)+ cos(16πt)+ cos(20πt) 选择采样频率Fs=64Hz，FFT的变换区间N为16、32、64三种情况进行频谱分析，分别打印出幅频特性曲线，并进行讨论、分析与比较。 【实验结果如下】：

电机传动与控制实验指导书

实验一步进电机基本原理实验 一、实验目的 1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。 2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。 二、实验原理 步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和 制动的执行元件。其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运 转是由电脉冲信号控制的，步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一 个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由 输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。 当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子 和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点， 转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转 的原因。 四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如 表1，表2和表3 表1 四相单四拍脉冲分配表表2 四相双四拍脉冲分配表 时，若用手旋转它，感觉很难转动。

三、实验步骤： 1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。 2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关，开关电源的开关，采集仪开关。 启动硬件设备。 3.打开计算机，从桌面或程序组运行DRLink主程序，然后点击DRLink快捷 工具条上的“联机注册”图标，选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。 没有使用信号采集主卡的用户可选择：“局域网服务器”进行注册，此时，必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。 4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标，出现文件选择对话框，在实验 目录中选择“步进电机基本原理”实验，并启动该实验。 5.点击该实验脚本中的“开关”按钮，向运动控制卡下载实验程序。 6.本实验中先做步进电机的驱动实验：选择运行方式为“连续驱动”，依次选 择步进电机的工作方式为：四相单四拍、四相双四拍、四相八拍；方向可以是任意的；脉冲间隔参数可用5～10ms。点“电机驱动”按钮，驱动电机工作。观察电机的工作情况。（对于四相八拍的工作方式，脉冲间隔最小可以到2ms）终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 7.步进电机的自锁实验：运行方式选择“停止保持”，其它参数不变，点“电 机驱动”按钮。可以使步进电机某相通电，处于“自锁”状态。此时，用手转动电机的皮带轮，可以感到转动比较困难。 8.步进电机的步距角演示：运行方式选择“单步驱动”，点“电机驱动”按钮。 每点击一次“电机驱动”按钮，步进电机旋转一个角度，这个角度就是步距角。对于本实验台步距角为1.8o。 除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外，还可以使用C-51的C语言程序进行本实验。本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡，其CPU是ADUC842，关于ADUC842的硬件的详细信息，请参考我们提供的pdf 文档。在DRMC-A型运动控制台，步进电机的端口地址：0x8000，用低4位表示电机的4相，1表示发送脉冲，0表示空。根据步进电机的工作方式的脉冲分配表（表1～3），逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。具体的程序请参考StepMotor1.c～StepMotor5.c。在生成执行代码后，按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后，使用Windows Serial Downloader将执行程序下载到单片机内。 四、实验报告要求 1.简述步进电机的工作原理。 2.简述步进电机的四相八拍工作方式的优、缺点。 五、思考题 根据四相双四拍脉冲分配表（表2），参考StepMotor1.c，设计四相双四拍工作

DDSZ1实验指导书

Tianhuang Teaching Apparatuses 天煌教仪 电机系列实验 DDSZ－1型 电机及电气技术实验装置Motor And Electric Technique Experimental Equipment 实验指导书 天煌教仪 浙江天煌科技实业有限公司

DDSZ-1型电机及电气技术实验装置受试电机铭牌数据一览表

DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明 实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。开启三相交流电源的步骤为： 1）开启电源前。要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关（右下角）及“励磁电源”开关（左下角）都须在“关”断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位，即必须将它向逆时针方向旋转到底。 2）检查无误后开启“电源总开关”，“关”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线接到电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。 3）按下“开”按钮，“开”按钮指示灯亮，表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压，都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0-450V（可调）并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时，它指示三相电网进线的线电压；当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时，它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。 4）实验中如果需要改接线路，必须按下“关”按钮以切断交流电源，保证实验操作安全。实验完毕，还需关断“电源总开关”，并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。 开启直流电机电源的操作： 1）直流电源是由交流电源变换而来，开启“直流电机电源”，必须先完成开启交流电源，即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。 2）在此之后，接通“励磁电源”开关，可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关，可获得40～230V、3A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时，指示电枢电源电压，当将它拨向“励磁电压”时，指示励磁电源电压。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”，“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的，可独立使用。 3）“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时，从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3～4秒钟的延时，这是正常的。 4）电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过压时，会自动切断输出，并告警指示。此时需要恢复电压，必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值（约240V以下），再按“过压复位”按钮，即能输出电压。当负载电流过大（即负载电阻过

信号与测试实验1时率与频率

基本信号分析 一、实验目的 1.掌握基本信号的时域和频域分析方法 2.掌握信号的自相关和互相关分析，了解其应用 二、数据处理与分析 （1）幅值为1，频率为100Hz的正弦信号，上图为时域图，下图为利用快速傅里叶变换获得的频谱图。从频谱图上看出，f=100Hz时频域的幅值最大。 （2）频域为100Hz，幅值为1的方波信号，上图为时域图，下图为借助快速傅立叶变换获得的频域图。从频谱图上看出，f=100Hz时频域的幅值最大，随着频域增大，频域的幅值逐渐衰减。

（3）频率为100Hz，幅值为1的锯齿波信号图，上图为时域图，下图为借助傅立叶变换而获得的频域图。从频域图看出，在100Hz的整数倍频率上，频域幅值都出现了峰值，随着频率的增大，峰值逐渐收敛至0. （4）平均振幅为1的噪声信号，上图为时域图，下图为通过快速傅立叶变

换得出的频谱图，从频谱图可以看出，白噪声信号的频谱杂乱无章，无明显规律。 （5）由频率为50Hz、100Hz、150Hz的正弦信号组成的复合信号，上图为时域图，下图为频域图，从图中可以看出，频谱图在50、100、150Hz处出现了峰值。 （6）频率为100Hz 的正弦信号叠加噪声信号：上图为时域信号图，下图为

通过快速傅立叶变换获得的频谱图。与没有叠加噪声信号的正弦波相比，时域波形出现了毛刺，而频谱图中除了在100Hz处有峰值外，在其他频率点处也出现了一些较低的峰值。 （7）频率为100Hz的正弦信号和频率为100Hz的方波信号进行叠加，上图为时域信号，下图为频谱图。从时域图上可以看出，正弦波形叠加方波后有了明显的畸变。从频谱图上可以看出，除了100Hz处出现峰值以外，在其他频率点也出现了一些峰值。

频域分析实验报告

频域分析实验报告 班级： 学号： 姓名：

一、实验内容： 1利用计算机作出开环系统的波特图； 2、观察记录控制系统的开环频率特性； 3、控制系统的开环频率特性分析。 二、仿真原理： 对数频率特性图（波特图）： 对数频率特性图包括了对数幅频特性图和对数相频特性图。横坐标为频率w，采用对数分度，单位为弧度/秒；纵坐标均匀分度，分别为幅值函数20lgA(w)，以dB表示；相角，以度表示。MATLAB提供了函数bode()来绘制系统的波特图，其用法如下： （1）bode(num，den)：可绘制出以连续时间多项式传递函数表示的系统的波特图。 （2）当带输出变量[mag，pha，w]或[mag，pha]引用函数时，可得到系统波特图相应的幅值mag、相角pha及角频率点w矢量或只是返回幅值与相角。相角以度为单位，幅值可转换为分贝单位：magdb=20×log10(mag) 二、实验验证 1、用Matlab作Bode图。要求:画出对应Bode图。 （1）G(S)=25/S2+4s+25 （7）G(S)=9(s2+0.2s+1)/s(s2+1.2s+9)；

图 1 图 2 (1)G(S)=25/S2+4s+25 可以看成是一个比例环节和一个振荡环节组成，所以k=1，T1=0.04,因为v=0，所以在转折频率之前都为20lgk，因为k=1所以斜率为0，经过转折频率，分段直线斜率的变化量为-40db/dec。

（7）G(S)=9(s2+0.2s+1)/s(s2+1.2s+9)； 可以看成是一个二阶微分环节和一个积分环节和一个振荡环节组成，化常数为1后，v=1，t1=1，t2=1/3，所以我们可以看到，在起始阶段是-20*vdb/dec，所以一开始斜率为-20db/dec。当经过1/3的转折频率之后分段直线的改变量为40db/dec，当经过1的转折频率之后分段直线的改变量为-40db/dec。故图像如图所示。 第二题： 典型二阶系统Gs=Wn2/s2+2ζWns+Wn2，试绘制取不同值时的Bode图。取Wn=8，ζ=0.1，0.2，0.3，,0.5，0.6； 图 3 如图所示。

控制系统的频域分析实验报告

实验名称： 控制系统的频域分析 实验类型：________________同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求 用计算机辅助分析的方法，掌握频率分析法的三种方法，即Bode 图、Nyquist 曲线、Nichols 图。 二、实验内容和原理 （一）实验原理 1．Bode(波特)图 设已知系统的传递函数模型： 1 1211121)(+-+-+???+++???++=n n n m m m a s a s a b s b s b s H 则系统的频率响应可直接求出： 1 1211121)()()()()(+-+-+???+++???++=n n n m m m a j a j a b j b j b j H ωωωωω MATLAB 中，可利用bode 和dbode 绘制连续和离散系统的Bode 图。 2．Nyquist(奈奎斯特)曲线 Nyquist 曲线是根据开环频率特性在复平面上绘制幅相轨迹，根据开环的Nyquist 线，可判断闭环系统的稳定性。 反馈控制系统稳定的充要条件是，Nyquist 曲线按逆时针包围临界点(-1，j0)p 圈，为开环传递函数位于右半s 一平面的极点数。在MATLAB 中，可利用函数nyquist 和dnyquist 绘出连续和离散系统的乃氏曲线。 3．Nicho1s(尼柯尔斯)图 根据闭环频率特性的幅值和相位可作出Nichols 图，从而可直接得到闭环系统的频率特性。在 MATLAB 中，可利用函数nichols 和dnichols 绘出连续和离散系统的Nichols 图。 （二）实验内容 1．一系统开环传递函数为 ) 2)(5)(1(50)(-++=s s s s H 绘制系统的bode 图，判断闭环系统的稳定性，并画出闭环系统的单位冲击响应。 2．一多环系统 ) 10625.0)(125.0)(185.0(7.16)(+++=s s s s s G 其结构如图所示 试绘制Nyquist 频率曲线和Nichols 图，并判断稳定性。 （三）实验要求

控制电机实验指导书

安徽工程大学 《控制电机》课程实验指导书 专业：自动化 安徽工程大学电气工程学院 2013年12月

目录 步进电动机使用说明 (2) 实验一步进电动机（2学时） (5) 实验二交流伺服机电动机（2学时） (10)

步进电动机说明 步进电动机又称脉冲电机，是数字控制系统中的一种重要的执行元件，它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机，其角位移量与输入电脉冲数成正比；其转速与电脉冲的频率成正比。在负载能力范围内，这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响，还可在很宽的范围内实现调速，快速启动、制动和反转。随着数字技术和电子计算机的发展，使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设，数、模变换等数字控制系统中作为元件。 一、使用说明 D54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和实验装置两部分构成。 （一）步进电机智能控制箱 本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式，它的控制功能是由单片机来实现的。通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。 本控制箱可适用于三相、四相、五相步进电动机各种运行方式的控制。 因实验装置仅提供三相反应式步进电动机，故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源，面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。 1、面板示意图（见附录） 2、技术指标 功能：能实现单步运行、连续运行和预置数运行；能实现单拍、双拍及电机的可逆运行。 电脉冲频率：5Hz～1KHz 工作条件：供电电源AC220V±10%，50Hz 环境温度-5℃～40℃ 相对湿度≥80% 重量：6kg 尺寸：390×200×230mm3 3、使用说明 (1)开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000”；由六位LED数码管组成的步 进电机运行状态显示器自动进入 “9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而 后停显在系统的初态“┤.3”。 (2)控制键盘功能说明 设置键：手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。

习题1 绘制典型信号及其频谱图(参考模板)

习题一绘制典型信号及其频谱图 电子工程学院 202班一、单边指数信号 单边指数信号的理论表达式为 对提供的MATLAB程序作了一些说明性的补充，MATLAB程序为

figure(3); plot(w,20*log10(abs(F)));xlabel('\omega');ylabel('|F(\omega)| in dB');title(' 幅频特性/dB'); figure(4); plot(w,angle(F)*57.29577951);xlabel('\omega');ylabel('\phi(\omega)/（°） ');title('相频特性'); 调整，将a分别等于1、5、10等值，观察时域波形和频域波形。由于波形 较多，现不失代表性地将a=1和a=5时的各个波形图列表如下进行对比，其 他a值的情况类似可推知。 a15 时 域 图 像

幅频特性 幅频特性/d B 相频特性

分析： 由上表中a=1和a=5的单边指数信号的波形图和频谱图的对比可以发现，当a值增大时，信号的时域波形减小得很快，而其幅频特性的尖峰变宽，相频特性的曲线趋向平缓。 二、矩形脉冲信号 矩形脉冲信号的理论表达式为 MATLAB程序为：

clear all; E=1;%矩形脉冲幅度 width=2;%对应了时域表达式中的tao t=-4:0.01:4; w=-5:0.01:5; f=E*rectpuls(t,width); %MATLAB中的矩形脉冲函数，width即是tao，t为时间 F=E*width*sinc(w.*width/2); figure(1); plot(t,f);xlabel('t');ylabel('f(t)');title('信号时域图像'); figure(2); plot(w,abs(F));xlabel('\omega');ylabel('|F(\omega)|');title('幅频特性'); figure(3); plot(w,20*log10(abs(F)));xlabel('\omega');ylabel('|F(\omega)| in dB');title(' 幅频特性/dB'); figure(4); plot(w,angle(F));xlabel('\omega');ylabel('\phi(\omega)');title('相频特性'); 调整，将分别等于1、4等值，观察时域波形和频域波形。由于波形较多，现不失代表性地将a=1和a=4时的各个波形图列表如下进行对比，其他值的情况类似可推知。 14

信号与系统实验报告实验三 连续时间LTI系统的频域分析

实验三 连续时间LTI 系统的频域分析 一、实验目的 1、掌握系统频率响应特性的概念及其物理意义； 2、掌握系统频率响应特性的计算方法和特性曲线的绘制方法，理解具有不同频率响应特性的滤波器对信号的滤波作用； 3、学习和掌握幅度特性、相位特性以及群延时的物理意义； 4、掌握用MA TLAB 语言进行系统频响特性分析的方法。 基本要求：掌握LTI 连续和离散时间系统的频域数学模型和频域数学模型的MATLAB 描述方法，深刻理解LTI 系统的频率响应特性的物理意义，理解滤波和滤波器的概念，掌握利用MATLAB 计算和绘制LTI 系统频率响应特性曲线中的编程。 二、实验原理及方法 1 连续时间LTI 系统的频率响应 所谓频率特性，也称为频率响应特性，简称频率响应（Frequency response ），是指系统在正弦信号激励下的稳态响应随频率变化的情况，包括响应的幅度随频率的变化情况和响应的相位随频率的变化情况两个方面。 上图中x(t)、y(t)分别为系统的时域激励信号和响应信号，h(t)是系统的单位冲激响应，它们三者之间的关系为：)(*)()(t h t x t y =，由傅里叶变换的时域卷积定理可得到： )()()(ωωωj H j X j Y = 3.1 或者： ) () ()(ωωωj X j Y j H = 3.2 )(ωj H 为系统的频域数学模型，它实际上就是系统的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换。即 ? ∞ ∞ --= dt e t h j H t j ωω)()( 3.3

由于H(j ω)实际上是系统单位冲激响应h(t)的傅里叶变换，如果h(t)是收敛的，或者说是绝对可积（Absolutly integrabel ）的话，那么H(j ω)一定存在，而且H(j ω)通常是复数，因此，也可以表示成复数的不同表达形式。在研究系统的频率响应时，更多的是把它表示成极坐标形式： ) ()()(ω?ωωj e j H j H = 3.4 上式中，)j (ωH 称为幅度频率相应（Magnitude response ），反映信号经过系统之后，信号各频率分量的幅度发生变化的情况，)(ω?称为相位特性（Phase response ），反映信号经过系统后，信号各频率分量在相位上发生变换的情况。)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数。 对于一个系统，其频率响应为H(j ω)，其幅度响应和相位响应分别为)(ωj H 和)(ω?，如果作用于系统的信号为t j e t x 0)(ω=，则其响应信号为 t j e j H t y 0)()(0ωω= t j j e e j H 00)(0)(ωω?ω=))((000)(ω?ωω+=t j e j H 3.5 若输入信号为正弦信号，即x(t) = sin(ω0t )，则系统响应为 ))(sin(|)(|)sin()()(00000ω?ωωωω+==t j H t j H t y 3.6 可见，系统对某一频率分量的影响表现为两个方面，一是信号的幅度要被)(ωj H 加权，二是信号的相位要被)(ω?移相。 由于)(ωj H 和)(ω?都是频率ω的函数，所以，系统对不同频率的频率分量造成的幅度和相位上的影响是不同的。 2 LTI 系统的群延时 从信号频谱的观点看，信号是由无穷多个不同频率的正弦信号的加权和（Weighted sum ）所组成。正如刚才所述，信号经过LTI 系统传输与处理时，系统将会对信号中的所有频率分量造成幅度和相位上的不同影响。从相位上来看，系统对各个频率分量造成一定的相位移（Phase shifting ），相位移实际上就是延时（Time delay ）。群延时（Group delay ）的概念能够较好地反

同步电机实验指导书【修订】

同步电机实验指导书 实验一三相同步发电机的运行特性一．实验目的 1.用实验方法测量同步发电机在对称负载下的运行特性。 2.由实验数据计算同步发电机在对称运行时的稳态参数。 二．预习要点 1.同步发电机在对称负载下有哪些基本特性？ 2.这些基本特性各在什么情况下测得？ 3.怎样用实验数据计算对称运行时的稳态参数？ 三．实验项目 1．测定电枢绕组实际冷态直流电阻。 2．空载试验：在n=n N、I=0的条件下，测取空载特性曲线U0=f（I f）。 3．三相短路实验：在n=n N、U=0的条件下，测取三相短路特性曲线I K=f（I f）。 4．纯电感负载特性：在n=n N、I=I N、cos?≈0的条件下，测取纯电感负载特性曲线。 5．外特性：在n=n N、I f=常数、cos?=1和cos?=0.8（滞后）的条件下，测取外特性曲线U=f（I）。 6．调节特性：在n=n N、U=U N、cos?=1的条件下，测取调节特性曲线I f=f（I）。 四．实验设备及仪器 1．MEL系列电机系统教学实验台主控制屏。 2．电机导轨及测功机，转矩转速测量（MEL-13、MEL-14）。 3．功率、功率因数表（或在主控制屏，或采用单独的组件MEL-20、MEL-24）。 4．同步电机励磁电源（含在主控制屏右下方）。 5．三相可调电阻器900Ω（MEL-03）。 6．三相可调电阻器90Ω（MEL-04）。 7．波形测试及开关板（MEL-05）。 8．自耦调压器、电抗器（MEL-08）。 9．三相同步电机M08。 10．直流并励电动机M03。

五．实验方法及步骤 1．测定电枢绕组实际冷态直流电阻。 被试电机采用三相凸极式同步电机M08。 测量与计算方法参见实验3-1。记录室温，测量数据记录于表4-1中。 同步电机励磁电源为0~2.5A可调的恒流源，按装在主控制屏的右下部。须注意，切不

信号与系统实验报告-实验3--周期信号的频谱分析

信号与系统实验报告-实验3--周期信号的频谱分析

信号与系统 实验报告 实验三周期信号的频谱分析 实验三周期信号的频谱分析 实验目的： 1、掌握连续时间周期信号的傅里叶级数的物理意义和分析方法； 2、观察截短傅里叶级数而产生的“Gibbs现象”，了解其特点以及产生的原因；

3、掌握各种典型的连续时间非周期信号的频谱特征。 实验内容： （1）Q3-1 编写程序Q3_1，绘制下面的信号的波形图： 其中，0 = 0.5π，要求将一个图形窗口分割成四个子图，分别绘制cos(0t)、cos(30t)、cos(50t) 和x(t) 的波形图，给图形加title，网格线和x坐标标签，并且程序能够接受从键盘输入的和式中的项数。 程序如下: clear,%Clear all variables close all,%Close all figure windows dt = 0.00001; %Specify the step of time variable t = -2:dt:4; %Specify the interval of time w0=0.5*pi; x1=cos(w0.*t); x2=cos(3*w0.*t); x3=cos(5*w0.*t); N=input('Type in the number of the harmonic components N='); x=0; for q=1:N; x=x+(sin(q*(pi/2)).*cos(q*w0*t))/q; end subplot(221) plot(t,x1)%Plot x1 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(w0.*t)') subplot(222) plot(t,x2)%Plot x2 axis([-2 4 -2 2]); grid on, title('signal cos(3*w0.*t))') subplot(223) plot(t,x3)%Plot x3

用FFT对信号作频谱分析实验报告

实验一报告、用FFT 对信号作频谱分析 一、实验目的 学习用FFT 对连续信号和时域离散信号进行频谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便正确应用FFT 。 二、实验内容 1．对以下序列进行频谱分析： ()() ()()4231038470n 4033 470n x n R n n n x n n n n n x n n n =+≤≤?? =-≤≤???-≤≤?? =-≤≤??? 其它其它 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线，并进行对比，分析和讨论。 2．对以下周期序列进行频谱分析： ()()45cos 4 cos cos 4 8 x n n x n n n π π π ==+ 选择FFT 的变换区间N 为8和16两种情况分别对以上序列进行频谱分析。分别打印其幅频特性曲线，并进行对比、分析和讨论。 3.对模拟信号进行频谱分析： ()8cos8cos16cos20x t t t t πππ=++ 选择采样频率64s F Hz =，对变换区间N=16，32，64 三种情况进行频谱分析。分别 打印其幅频特性，并进行分析和讨论。

三、实验程序 1.对非周期序列进行频谱分析代码： close all;clear all; x1n=[ones(1,4)]; M=8;xa=1:(M/2);xb=(M/2):-1:1;x2n=[xa,xb]; x3n=[xb,xa]; X1k8=fft(x1n,8);X1k16=fft(x1n,16); X2k8=fft(x2n,8);X2k16=fft(x2n,16); X3k8=fft(x3n,8);X3k16=fft(x3n,16); subplot(3,2,1);mstem=(X1k8);title('(1a)8点DFT[x_1(n)]'); subplot(3,2,2);mstem=(X1k16);title('(1b)16点DFT[x_1(n)]'); subplot(3,2,3);mstem=(X2k8);title('(2a)8点DFT[x_2(n)]'); subplot(3,2,4);mstem=(X2k16);title('(2b)16点DFT[x_2(n)]'); subplot(3,2,5);mstem=(X3k8);title('(3a)8点DFT[x_3(n)]'); subplot(3,2,6);mstem=(X3k16);title('(3b)16点DFT[x_3(n)]'); 2.对周期序列进行频谱分析代码： N=8;n=0:N-1; x4n=cos(pi*n/4); x5n=cos(pi*n/4)+cos(pi*n/8); X4k8=fft(x4n); X5k8=fft(x5n); N=16;n=0:N-1; x4n=cos(pi*n/4); x5n=cos(pi*n/4)+cos(pi*n/8); X4k16=fft(x4n); X5k16=fft(x5n); figure(2) subplot(2,2,1);mstem(X4k8);title('(4a)8点 DFT[x_4(n)]'); subplot(2,2,2);mstem(X4k16);title('(4b)16点DFT[x_4(n)]'); subplot(2,2,3);mstem(X5k8);title('(5a)8点DFT[x_5(n)]'); subplot(2,2,4);mstem(X5k16);title('(5a)16点DFT[x_5(n)]') 3.模拟周期信号谱分析 figure(3) Fs=64;T=1/Fs; N=16;n=0:N-1; x6nT=cos(8*pi*n*T)+cos(16*pi*n*T)+cos(20*pi*n*T); X6k16=fft(x6nT); X6k16=fftshift(X6k16);

《电机与拖动基础》实验指导书

电机系统教学实验台使用说明 概述 ＭEL—Ⅰ型电机系统教学实验台总体外观结构如图1所示。图中序号5为涡流测功机及其导轨,序号8为安装在电机工作台上得被试电机。被试电机可以根据不同得实验内容进行更换。为了实验时机组安装方便与快速得要求,实验台得各类电机均设计成相同得中心高。同时,各电机得底脚采用了与普通电机不同得特殊结构形式。在机组安装时，将各电机之间通过联轴器同轴联结,被试电机得底脚安放在电机工作台得导轨上,只要旋紧两只底脚螺钉，不需做任何调整,就能准确保证各电机之间同心度，达到快速安装得目得。当测量被试电动机输出转矩时,可从序号4得测功机力矩显示窗中直接读取。被试电机得转速就是通过与测功机同轴联接得直流测速发电机来测量得。转速高低可以从图4得转速表直接读取。 图１电机系统教学实验台总体外观 序号2为电源控制屏,通过调压器输出单相或三相连续可调得交流电源。 序号1为仪表屏,根据用户得需要配置指针式与数字式表。

序号3为实验桌,内可放置各种组件及电机,桌面上放置测功机及导轨。 序号６为实验时所需得仪表,可调电阻器,可调电抗器与开关箱等组件。这些组件在 实验台上可任意移动。组件内容可以根据实验要求进行搭配。 第一章主要结构部件 2.电压表。可指示实验台输入得电压与交流电源输出得线电压,通过指针表旁边得开关切换。 3.三相主电源U、Ｖ、W输出。 4．保险丝座。３只3A保险丝分别就是u、v、w三相电源输出得保险丝，进行电源得短路保护,一旦电网电压对称输入,而电源输出不对称,则有可能烧毁保险丝。 5.调压器。 三相调压器得容量为１、5KVＡ,线电压0～４３０V连续可调,为了保证实验者得实验,电网与三相调压器之间接有隔离变压器或漏电保护器。三相调压器可调节单相或三相电压输出。当沿逆时针旋到底输出电压最小，改变旋钮位置,即可调节输出交流电源电压得大小。 6．主电源控制开关。当按下此开关时，红灯灭绿灯亮，主电路接触器闭合,U、V、W输出交流电。

FFT频谱分析实验报告

实验二：用FFT作谱分析 一、实验目的 (1) 进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解(因为FFT只是DFT的一种快速算法，所以FFT的运算结果必然满足DFT的基本性质)。 (2) 熟悉FFT算法原理和FFT子程序的应用。 (3) 学习用FFT对连续信号和时域离散信号进行谱分析的方法，了解可能出现的分析误差及其原因，以便在实际中正确应用FFT。 二、实验原理

三、实验内容 (1) 对2 中所给出的信号逐个进行谱分析。解：（1） n=0:3; xn1=[1 1 1 1]; XK18=fft(xn1,8); XK116=fft(xn1,16); n1=0:7; n2=0:15; subplot(131); stem(n,xn1); xlabel('n'); ylabel('xn1'); subplot(132); stem(n1,abs(XK18)); xlabel('n1'); ylabel('XK18'); title('xn的8点'); subplot(133); stem(n2,abs(XK116)); xlabel('n2'); ylabel('XK116'); title('xn的16点');

（2） n1=0:7; n2=0:15; xn2=[1 2 3 4 4 3 2 1]; XK28=fft(xn2,8); XK216=fft(xn2,16); subplot(131); stem(n1,xn2); xlabel('n1'); ylabel('xn2'); subplot(132); stem(n1,abs(XK28)); xlabel('n1'); ylabel('XK28'); title('xn2的8点'); subplot(133); stem(n2,abs(XK216)); xlabel('n2'); ylabel('XK216'); title('xn2的16点'); （3） n1=0:7; n2=0:15; xn3=[4 3 2 1 1 2 3 4]; XK38=fft(xn3,8);