第二章 连续时间系统的时域分析
§2-1 引 言
线性连续时间系统的时域分析,就是一个建立和求解线性微分方程的过程。
一、建立数学模型
主要应用《电路分析》课程中建立在KCL 和KVL 基础上的各种方法。
线性时不变系统的微分方程的一般形式可以为:
)()(...)()()()(...)()(0111101111t e b t e dt
d b t
e dt d b t e dt d b t r a t r dt
d a t r dt d a t r dt d m m m m m m n n n n n ++++=++++------
二、求解(时域解)
1、时域法
将响应分为通解和特解两部分:
1) 通解:通过方程左边部分对应的特征方程所得
到的特征频率,解得的系统的自然响应(或自由响应);
2) 特解:由激励项得到系统的受迫响应;
3)代入初始条件,确定通解和特解中的待定系数。
经典解法在激励信号形式简单时求解比较简单,但是激励信号形式比较复杂时求解就不容易,这时候很难确定特解的形式。
2、卷积法(或近代时域法,算子法)
这种方法将响应分为两个部分,分别求解:
1)零输入响应:系统在没有输入激励的情况下,仅仅由系统的初始状态引起的响应
r
)(t
;
zi
2)零状态响应: 状态为零(没有初始储能)的条件下,仅仅由输入信号引起的响应
r
)(t
。
zs
●系统的零输入响应可以用经典法求解,在其中
只有自然响应部分;
●系统的零状态响应也可以用经典法求解,但是
用卷积积分法更加方便。借助于计算机数值计算,可以求出任意信号激励下的响应(数值解)。
●卷积法要求激励信号是一个有始信号,否则无
法确定初始状态。
● 零输入响应与自然响应、零状态响应与受迫响应之间并不相等,具体对比见§2-9
经典法在高等数学中已有详细介绍。本课程中重点介绍近代时域法。
§2-2 系统微分方程的算子表示
一、算子
通过微分算子可以简化微分方程的表示。 微分算子:令dt
d p =,n n n dt d p =, 积分算子:?∞-=t d p τ)()(1
● 利用算子可以将电路中的电感和电容的伏安特性记为:
L L L i p L dt
di L u ??==
C t C C i p
C d i C u ??==?∞-11τ 即可以将电感和电容记成阻值为p L ?和
p C ?1
的电阻,即感抗和容抗。
利用算子可以将线性时不变系统的微分方程: )()(...)()()()(...)()(0111101111t e b t e dt
d b t
e dt d b t e dt d b t r a t r dt
d a t r dt d a t r dt d m m m m m m n n n n n ++++=++++------表示为:
)()(...)()()()(...)()(01110111t e b t pe b t e p b t e p b t r a t pr a t r p a t r p m m m m n n n ++++=++++---- 按照代数运算法则,提取公因子,可以将上式简化为:
)
()...()()...(01110111t e b p b p b p b t r a p a p a p m m m m n n n ++++=
++++----
或进一步简化为: )()
...()...()(01110111t e a p a p a p b p b p b p b t r n n n m m m m ++++++++=---- 定义:
)()()...()...()(01110111p D p N a p a p a p b p b p b p b p H n n n m m m m =++++++++=----则:
)()()(t e p H t r =
注意上面只是微分方程的一种简单记法,并不代表能进行这样的计算。
二、算子运算法则
1、p n m np mp )(+=+,其中m,n 为任意常数。
2、n m n m p p p +=,其中m,n 同为任意正整数(或负整数)。
3、x x p p =1
,
但是:
1)px p 1
不一定等于x —— 微分和积分的
次序不能交换:
x d x dt
d x p p t ==?∞-τ1, 但是:
()()∞--=??? ??==∞-?x t x d dt dx px p t t ττ
1 即,
px p
x p p 11≠ 2)如果)()(t py t px =,不一定能够推出
)()(t y t x =,只能得到C t y t x +=)()(,即等式两边的公共因子不能抵消。
可见,大部分代数运算法则可以使用,但是有一些不能用。
§2-3 系统的零输入响应
零输入响应是下列齐次方程的解:
0)()...()()(0111=++++=--t r a p a p a p t r p D n n n 对它有两种解法:
1)经典解法
2)等效源法(或初始条件法)
一、经典解法
用经典法求解零输入响应由如下两步构成:
1、确定系统的自然频率:
令D(p)=0,将p 看成一个代数量,解得其n 个特征根n λλλ,...,,21。
2、确定零输入响应的形式解:
1)如果D(p)=0俱为单根时,则可以确定其形式解为:
∑==+++=n i t i t n t t zi i n e C e C e C e C t r 121...)(21λλλλ 其中n C C C ,...,,21为待定常数。
2)如果D(p)=0有重根时,假设1λ是一个k 重根, 即k λλλ===...21,则形式解为:
∑∑+==-+-+
=+++++++=+n k i t i k i t i i t
n t k t
k k t t t zi i n k e C e t C e C e C e t C e t C te C e C t r 111112*********......)(λλλλλλλλ
3、根据初始条件,确定待定系数:
一般的初始条件为已知零时刻的响应及其各
阶导数)0(),...,0(''),0('),0()1(-n r r r r ,代入形式解
中就可以确定待定系数。
当D(p)=0俱为单根时:
n n n n n n n
n n
n n
C C C r C C C r C C C r C C C r )1(2)1(21)1(1)1(2222121221121...)0(..
.............)0(''...)0('...)0(----+++=+++=+++=+++=λλλλλλλλλ由上面的n 个方程就可以确定n 个待定系数。 或者记为矩阵形式:
????????????????????????????????=????????????????-----n n n n n n n n n n n n C C C C r
r r r M ΛM O M M M
ΛΛΛM 32111112232221321
)1(21
111)0()0('')0(')0(λλλλλλλλλλλλ 其它形式的初始条件,以及特征方程中有重根的情况下的待定系数也可以用相似的方法和过程解出。
举例:
例1. 已知系统的转移算子及未加激励时的初
始条件是:
()()()23,01,0232
p H p r r p p +'===++, 求系统的零输入响应并指出其自然频率。 解:
2320p p ++=,
()()120p p ++=,
11p =-,
22p =-。
所以, 零输入响应的形式为:
()212t t r t c e c e --=+
求1c 、2c :
()()''2212122t t t t r t c e c e c e c e ----=+=--,
()()12'1201022
r c c r c c ?=+=?=--=? 解得:
124,3c c ==-,
得,
()243t t r t e e --=-,
自然频率分别为:121,2λλ=-=-。
二、等效源法
这种方法将初始条件看成是一个在t=0的瞬间加上的激励源(阶跃或冲激),然后将系统的初始条件归为零,从而将求解零输入响应的问题转化为求解零状态响应的问题。这在后面求解零状态响应中一并处理。
等效源法将在时域解法中用得不是很多,本课程将在Ch5中介绍其原理。
小结:
系统零输入响应的时域求解方法就是经典的齐次微分方程的解法。
习题:①. 2.3(1)-图P2-3(a); ②.2.4(3)。
******************************************
以下内容涉及到系统零状态响应的求解过程,为了叙述的清楚起见,我们这里先简单了解其求解的基本思路。
系统零状态响应的求解过程求解零状态响应的基本思想:
1)将任意信号分解为一系列“标准统一”的子信号之和(或积分);
2)求线性系统对各个子信号的响应;
3)将各子信号的响应相叠加,从而得到系统对激励信号的响应。这其中利用到了线性
系统的齐次性和叠加性。
为了求解线性系统的零状态响应,必须解决以下几个问题:
1)选取什么样的子信号?
2)如何将信号分解为子信号的和或积分?
3)如何求系统对子信号的响应?
1.有一位置随动系统,其结构图如下图所示,其中K = 4。求该系统的:1)自然 k 振荡角频率;2)系统的阻尼比;3)超调量和调节时间;4)如果要求 <0.707 , 值。 应怎样改变系统参数 K k 2.已知受控对象的开环传递函数为
(1)单位反馈时,计算单位脉冲响应的输出。 (2)试采用速度反馈方法,使得系统的阻尼比ζ=05.,确定速度反馈系数τ的值,并计算性能改善后的动态性能。 解 (1)单位反馈时,闭环传递函数为 其单位脉冲响应为 响应曲线为等幅振荡的,所以该系统仅作单位反馈,不能实现调节作用。 (2)增加速度反馈如图所示。 闭环传递函数为 ζωτ=,所以 阻尼比ζ=05.,则有2 n τ=?= 20.50.95 此时,系统阶跃响应的超调量为 调节时间为 3.已知速度反馈控制系统如图所示,要求系统的超调量为20%,峰值时间为1秒,试计算相应的前向增益K与速度反馈系数K 的值。如果保持K值不变,Kf为零时,计算超调量增大值。
解上述系统的闭环传递函数为 比较二阶系统的标准式有 给定的性能指标为 上述指标与系统特征参数ζ和ωn的关系为: 解得 所以: 当K=125.,Kf=0时,也就是没有速度反馈时,闭环传递函数成为: 阻尼比:
超调量增大为: 4.对下图所示系统,试求K为何值时,阻尼比ζ=0.5。并求此时系统单位阶跃响应的最大超调量和调整时间。 解:系统开环传函为: 系统闭环传函为: 最大超调量: 调整时间
5. 系统结构如图,欲使超调量бp =0. 2, 过渡过程时间t s =1秒(Δ=0.02), 试确定K 和τ的值。 答案: ()2222(2)2n n n K s s K s K s ωτζωωΦ==+++++ 0.456ζ= 8.77 n ω= 277n K ω== 0.078τ= 6. 题图所示机械系统,当受到 F =40N 力的作用时,位移量xt ()的阶跃响应如图所示,试确定机械系统的参数m ,k, f 的值。 解: 图示机械系统的传递函数为 由图所示稳态值()1c ∞=,由终值定理 得到 K=40N/m 由超调量: 峰值时间:
西华大学实验报告(理工类) 开课学院及实验室: 实验时间 : 年 月 日 一、实验目的 1)初步掌握电力系统物理模拟实验的基本方法。 2)加深理解功率极限的概念,在实验中体会各种提高功率极限措施的作用。 3)通过对实验中各种现象的观察,结合所学的理论知识,培养理论结合实际及分析问题的能力。 二、实验原理 所谓简单电力系统,一般是指发电机通过变压器、输电线路与无限大容量母线联接而且不计各元件的电阻和导纳的输电系统。 对于简单系统,如发电机至系统d 轴和g 轴总电抗分别为d X ∑和q X ∑,则发电机的功率特性为 当发电机装有励磁调节器时,发电机电势q E 随运行情况而变化,根据一般励磁调节器的性能,可认为保持发电机'q E (或' E )恒定。这时发电机的功率特性可表示成 或 这时功率极限为 随着电力系统的发展和扩大,电力系统的稳定性问题更加突出,而提高电力系统稳定性和输送能力的最重要手段之一,就是尽可能提高电力系统的功率极限。从简单电力系统功率极限的表达式看,要提高功率极限,可以通过发电机装设性能良好的励磁调节器,以提高发电机电势、增加并联运行线路回路数;或通过串联电容补偿等手段,以减少系统电抗,使受端系统维持较高的运行电压水平;或输电线采用中继同步调相机、中继电力系统等手段以稳定系统中继点电压。 (3)实验内容 1)无调节励磁时,功率特性和功率极隈的测定 ①网络结构变化对系统静态稳定的影响(改变戈): 在相同的运行条件下(即系统电压U-、发电机电势E 。保持不变.罚芳赆裁Ll=E 。),分别 测定输电线单回线和双回线运行时,发电机的功一角特性曲线,&豆甍辜授冁蝮和达到功率极 限时的功角值。同时观察并记录系统中其他运行参数(如发电极端毫玉萼蔫交化。将两种 情况下的结果加以比较和分析。 实验步骤如下: a)输电线路为单回线; b)发电机与系统并列后,调节发电机,使其输出的有功和无ZZ 蔓专零: c)功率角指示器调零; d)逐步增加发电机输出的有功功率,而发电机不调节震磁: e)观察并记录系统中运行参数的变化,填入表1.3中: f)输电线路为双回线,重复上述步骤,将运行参数填入表l 。毒=:
第二章连续系统的时域分析 求响应:经典法:已知f(t)、x{0} 全响应y(t)= y f(t)+y x(t) 卷积积分法:先求n(t),已知f(t) y f(t)=h(t) f(t) 主要内容: 一经典法求LTI系统的响应: 齐次解自由响应瞬态零输入 特解强迫响应稳态(阶跃、周期)零状态二冲击响应与阶跃响应:(定义、求解方法仍为经典法)三卷积积分:(定义、图示法求卷积) 四卷积积分的性质:
§2.1 LTI 系统的响应(经典法) 一 常系数线性微分方程的经典解 n 阶:y )(n (t)+ a n-1y )1(-n (t)+…+ a 1y )1((t)+ a 0y(t) = b m f )(m (t)+ b m-1 f )1(-m (t)+……+ b 1 f )1((t)+ b 0f(t) 全解:y(t)=齐次解y h (t)+ 特解y p (t) 1 齐次解:y h (t)=∑=n i t e i C i 1 λ(形式取决于特征根) 特征方程: λ)(n (t)+ a n-1λ)1(-n (t)+… + a 1 λ(t)+ a 0=0 特征根:决定齐次解的函数形式,表2-1 如为2个单实根λ1、λ2, y h (t )=e C t 11 λ +e C t 22 λ 如为2重根(λ+1)2=0,λ= - 1,y h (t)=C 1te -t +C 0e -t 系数C i :求得全解后,由初始条件确定 2 特解: 函数形式:由激励的函数形式决定,与特征根有关系,表2-2 如:f(t)为常数 )(t ε, y p (t)=P 0 f(t)=t 2, y p (t)= P 2t 2+ P 1t+ P 0 f(t)=e -t ,λ= - 2,不等 y p (t)=P e -t f(t)= e -t ,λ= - 1,相等 y p (t)=P 1te -t +P 0e -t 系数P i :由原微分方程求出 3 全解:y(t)= y h (t)+ y p (t)=∑=n i t e i C i 1 λ+ y p (t) 此时利用y(0),y ‘(0),求出系数C i
《机电系统控制基础》大作业一 基于MATLAB的机电控制系统响应分析 哈尔滨工业大学 2013年11月4日
1 作业题目 1. 用MATLAB 绘制系统2 ()25()() 425 C s s R s s s Φ== ++的单位阶跃响应曲线、单位斜坡响应曲线。 2. 用MATLAB 求系统2 ()25 ()()425 C s s R s s s Φ==++的单位阶跃响应性能指标:上升时间、峰值时间、调节时间和超调量。 3. 数控直线运动工作平台位置控制示意图如下: X i 伺服电机原理图如下: L R (1)假定电动机转子轴上的转动惯量为J 1,减速器输出轴上的转动惯量为J 2,减速器减速比为i ,滚珠丝杠的螺距为P ,试计算折算到电机主轴上的总的转动惯量J ; (2)假定工作台质量m ,给定环节的传递函数为K a ,放大环节的传递函数为K b ,包括检测装置在内的反馈环节传递函数为K c ,电动机的反电势常数为K d ,电动机的电磁力矩常数为K m ,试建立该数控直线工作平台的数学模型,画出其控制系统框图; (3)忽略电感L 时,令参数K a =K c =K d =R=J=1,K m =10,P/i =4π,利用MATLAB 分析kb 的取值对于系统的性能的影响。
2 题目1 单位脉冲响应曲线 单位阶跃响应曲线
源代码 t=[0:0.01:1.6]; %仿真时间区段和输入 nC=[25]; dR=[1,4,25]; fi=tf(nC,dR); %求系统模型 [y1,T]=impulse(fi,t); [y2,T]=step(fi,t); %系统响应 plot(T,y1); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; plot(T,y2); xlabel('t(sec)'),ylabel('x(t)'); grid on; %生成图形 3 题目2 借助Matlab,可得: ans = 0.4330 0.6860 25.3826 1.0000 即
管理信息系统实验报告 实验3 系统分析 课程名称:管理信息系统 指导教师:王玮 班级:信管1401 学号: 姓名:唐赛赛 时间: 2016.04.06 地点: 3 号机房
一、实验目的 1.了解开发Visio解决方案的基本概念和关于Visio工具的一些基本的操作和应用; 2.掌握系统分析阶段数据流程图的画法; 二、实验步骤和实验结果: 使用Visio中提供的“组织结构图”模具,绘制下面例题的组织结构图,附在图后。 2、使用Visio绘制“业务流程图模具”和“数据流程图模具”(1)创建“业务流程图模具” 先在“框图”-〉“基本形状”中找到圆角矩形,右击选择“添加到我的形状”-〉“添加到新模具”。之后出现“另存为”对话框,把新模具命名为“业务流程图”,把圆角矩形形添加到了新模具“业务程图”中。用同样的思路,先在“框图”-〉“基本形状”中找到圆形,右击选择“添加到我的形状”-〉“添加到模具“业务程图”中;在“框图”-〉“基本形状”找到矩形,在“流程图”中的“IDEFO图表形状”找到动态连接线,在“流程图”中的“SDL图表形状”中找到文档,多文档,添加到模具“业务程图”中。可以通过设置“动态连接线”属性来改变其形状。如下图:
添加完成后,我们就可以在画业务流程图时打开该模具,业务流程图所有的元素都会在一个模具中显示出来。(2)创建“数据流程图模具”先在“框图”-〉“基本形状”中找到圆形(或是“流程图”中的“混合流程图形状”中找到外部实体2 ),右击选择“添加到我的形状”-〉“添加到新模具”(注,使用外部实体2来表示外部实体的时候,请将之旋转180度使用)。之后出现“另存为”对话框,把新模具命名为“数据流程图”,这样我们就把圆形形添加
第三章 控制系统的时域分析法 一、知识点总结 1.掌握典型输入信号(单位脉冲、单位阶跃、单位速度、单位加速度、正弦信号)的拉氏变换表达式。 2.掌握系统动态响应的概念,能够从系统的响应中分离出稳态响应分量和瞬态响应分量;掌握系统动态响应的性能评价指标的概念及计算方法(对于典型二阶系统可以直接应用公式求解,非典型二阶系统则应按定义求解)。 解释:若将系统的响应表达成拉普拉氏变换结果(即S 域表达式),将响应表达式进行部分分式展开,与系统输入信号极点相同的分式对应稳态响应;与传递函数极点相同的分式对应系统的瞬态响应。将稳态响应和瞬态响应分式分别进行拉氏逆变换即获得各自的时域表达式。 性能指标:延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、超调量 3.掌握一阶系统的传递函数形式,在典型输入信号下的时域响应及其响应特征;掌握典型二阶系统的传递函数形式,掌握欠阻尼系统的阶跃响应时域表达及其性能指标的计算公式和计算方法;了解高阶系统的性能分析方法,熟悉主导极点的概念,定性了解高阶系统非主导极点和零点对系统性能的影响。 tr tp ts td
4.熟悉两种改善二阶系统性能的方法和结构形式(比例微分和测速反馈),了解两种方法改善系统性能的特点。 5.掌握系统稳定性分析方法:劳斯判据的判断系统稳定性的判据及劳斯判据表特殊情况的构建方法(首列元素出现0,首列出现无穷大,某一行全为0);掌握应用劳斯判据解决系统稳定裕度问题的方法。了解赫尔维茨稳定性判据。 6.掌握稳态误差的概念和计算方法;掌握根据系统型别和静态误差系数计算典型输入下的稳态误差的方法(可直接应用公式);了解消除稳态误差和干扰误差的方法;了解动态误差系数法。 二、相关知识点例题 例1. 已知某系统的方块图如下图1所示,若要求系统的性能指标为: δδ%=2222%,tt pp=1111,试确定K和τ的值,并计算系统单位阶跃输入下的特征响应量:tt,tt。 图1 解:系统闭环传递函数为:Φ(s)=CC(ss)RR(ss)=KK ss2+(1+KKKK)ss+KK 因此,ωnn=√KK,ζζ=1+KKKK2√KK, δ%=e?ππππ?1?ππ2?ζζ=0.46, t pp=ππωωdd=1ss?ωdd=ωnn?1?ζζ2=3.14 ?ωnn=3.54 K=ωnn2=12.53,τ=2ζζωnn?1KK=0.18 t ss=3ζζωωnn=1.84ss
一、课程设计题目: 基于 MATLAB 的连续时间LTI 系统的时域分析 二、基本要求: ① 掌握连续时不变信号处理的基本概念、基本理论和基本方法; ② 学会 MATLAB 的使用,掌握 MATLAB 的程序设计方法; ③ 学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理; ④ 编程实现卷积积分或卷积和,零输入响应,零状态响应; ⑤ 撰写课程设计论文,用信号处理基本理论分析结果。 三、设计方法与步骤: 一般的连续时间系统分析有以下几个步骤: ①求解系统的零输入响应; ②求解系统的零状态响应; ③求解系统的全响应; ④分析系统的卷积;⑤画出它们的图形. 下面以具体的微分方程为例说明利用MATLAB 软件分析系统的具体方法. 1.连续时间系统的零输入响应 描述n 阶线性时不变(LTI )连续系统的微分方程为: 已知y 及各阶导数的初始值为y(0),y (1)(0),… y (n-1) (0), 求系统的零输入响应。 建模 当LIT 系统的输入为零时,其零输入响应为微分方程的其次解(即令微分方程的等号右端为零),其形式为(设特征根均为单根) 其中p 1,p 2,…,p n 是特征方程a 1λn +a 2λn-1+…+a n λ+a n =0的根,它们可以用root(a)语句求得。各系数 由y 及其各阶导数的初始值来确定。对此有 ……………………………………………………………………………………… 写成矩阵形式为: P 1n-1 C 1+ P 2n-1 C 2+…+ P n n-1 C n = D n-1 y 0 1121111n n m n n m m n n m d y d y dy d u du a a a a y b b b u dt dt dt dt dt -++-++?????++=+????++1212()n p t p t p t n y t C e C e C e =++????+120n C C C y ++????+=11220 n n p C p C p C Dy ++????+=11111 1220 n n n n n n p C p C p C D y ----++????+=
天津职业技术师范大学课程设计大学学籍管理系统的设计与开发 专业:软件工程 班级学号:软件1002-17 学生姓名:靳利强 指导教师:龚良波老师 二〇一三年七月
一.需求分析 1.课程名称:大学教务信息系统的设计与开发 2.设计目的: 为方便学校做好学生学籍管理工作,设计一个学生学籍管理系统,在设计过程中作了系统分析和总体设计,软件设计采取模块化的设计思路。 3.需求概述 该学生学籍管理系统主要对学生学籍信息、成绩信息进行管理,提供一个平台,供学籍管理人员增删改查学生信息、学生成绩信息。系统分为学生信息管理、学生成绩管理、信息查询等几个模块。学籍管理人员登录成功后可以对学生信息管理、学生成绩管理、信息查询等模块进行操作,如学生信息添加、修改、删除和查询;学生成绩登记、修改、删除和查询;查询信息等。 4功能需求: 1)功能齐全:界面操作灵活方便,设计包括以下基本功能: 2)学生信息管理、教师信息管理、财务信息管理、班级信息管理、课 程信息管理、成绩信息管理、打印信息管理、教室信息管理、综合信息查询、系统管理等,至少实现其中的三个功能,且每个功能至少包括两个子功能。 3)按照软件工程的要求进行分析、设计和开发。 4)界面友好:界面友好、输入有提示、尽量展示人性化。 5)可读性强:源程序代码清晰、有层次、主要程序段有注释。
6)健壮性好:用户输入非法数据时,系统应及时给出警告信息。 二.概要设计 1.功能模块: 2数据流图: (1)学生端
(2)管理员端
学生端功能: A 登录,学生登录后,验证成功,进入其信息展示页。 管理员端功能: B 登录,管理员登录后,验证成功,进入学生信息列表,可以对学生信息进行修改,删除,按班级查询,按学号查询,按名字查询。上传图片,更新图片等操作。 三.详细设计及实现 数据库设计: 学生表: 教师表:
本科实验报告 课程名称:系统分析与设计 实验项目:《》实验实验地点: 专业班级:学号: 学生姓名: 指导教师: 2016年11月日
一、实验目的 通过《系统分析与设计》实验,使学生在实际的案例中完成系统分析与系统设计中的主要步骤,并熟悉信息系统开发的有关应用软件,加深对信息系统分析与设计课程基础理论、基本知识的理解,提高分析和解决实际问题的能力,使学生在实践中熟悉信息系统分析与设计的规范,为后继的学习打下良好的基础。 二、实验要求 学生以个人为单位完成,自选题目,班内题目不重复,使用UML进行系统分析与设计,并完成实验报告。实验报告(A4纸+电子版)在最后一次上课时提交(10周)。 三、实验主要设备:台式或笔记本计算机 四、实验内容 1 选题及项目背景 学生填写自选题目 2 定义 学生填写(对自选项目系统进行描述200-400字) 3 参考资料 学生填写 4 系统分析与设计 4.1需求分析 4.1.1识别参与者 学生填写 4.1.2 对需求进行捕获与描述 学生填写时删除以下括号内容 (内容要求1:对每个用例进行概要说明,参考以下格式: 用例名称:删除借阅者信息执行者:管理员 目的:完成一次删除借阅者信息的完整过程。) (内容要求2:选择其中一个用例(如下订单)给出其用例描述。格式参考下表
) 4.1.3 用例图 通过已掌握的需求,初步了解系统所要完成的功能。下面给出用例图。 4.1.4 分析与讨论 1)建模用例图的步骤、方法? 2)如何识别系统的参与者?应该如何划分用例,应注意哪些问题? 3)心得 4.2 建立对象模型 4.2.1 候选类的数据字典 学生填写 4.2.2定义类 (内容以“书籍信息”类为例列出该类的属性和操作如下: “书籍信息”类 ?属性 国际标准书号(ISBN):文本(String) 书名(name):文本
第二章 连续系统的时域分析习题解答 2-1 图题2-1所示各电路中,激励为f (t ),响应为i 0(t )和u 0(t )。试列写各响应关于 激励微分算子方程。 解: . 1)p ( ; )1(1)p ( , 111 , 1 111)( )b (; 105.7)625(3 102 ; )(375)()6253(4) ()()61002.041( )a (0202200 204006000f i p f p u p f p p p u i f p p p p p f t u pf i p pu i t f t u p t f t u p =+++=++?++=+=+++= ++= ?=+??==+?=++-- 2-2 求图题2-1各电路中响应i 0(t )和u 0(t )对激励f (t )的传输算子H (p )。 } 解:. 1 )()()( ; 11)()()( )b (; 625 3105.7)()()( ; 6253375)()()( )a (220 20 40 0 +++==+++==+?==+== -p p p p t f t i p H p p p t f t u p H p p t f t i p H p t f t u p H f i f u f i f u 2-3 给定如下传输算子H (p ),试写出它们对应的微分方程。 . ) 2)(1() 3()( )4( ; 323)( )3(; 3 3)( )2( ; 3)( )1( +++=++=++=+= p p p p p H p p p H p p p H p p p H 解:; 3d d 3d d )2( ; d d 3d d )1( f t f y t y t f y t y +=+=+ . d d 3d d 2d d 3d d )4( ; 3d d 3d d 2 )3( 2222t f t f y t y t y f t f y t y +=+++=+ 2-4 已知连续系统的输入输出算子方程及0– 初始条件为: . 4)(0y ,0)(0y )y(0 ),()2(1 3)( )3(; 0)(0y ,1)(0y ,0)y(0 ),()84() 12()( )2(; 1)(0y ,2)y(0 ),()3)(1(4 2)( )1(---2 ---2 --=''='=++==''='=+++-=='=+++= t f p p p t y t f p p p p t y t f p p p t y 1 f (u 0(t ) (b) @ f (t ) 4k 6k 2F } u 0(t ) (a) 图题2-1
实验报告 实验名称:实验1:控制系统的时域分析 课程名称:自控控制原理 专业:电气工程及其自动化 班级:130037 学生姓名:施苏伟 班级学号:13003723 指导教师:杨杨 实验日期:2015 年10 月16日
一、实验目的 1.观察控制系统的时域响应; 2.记录单位阶跃响应曲线; 3.掌握时间响应分析的一般方法; 4.初步了解控制系统的调节过程。 二.实验步骤: 1.将‘实验一代码’这个文件夹拷贝到桌面上; 2.开机进入Matlab6.1 运行界面(其他版本亦可); 3.通过下面方法将当前路径设置为‘实验一代码’这个文件夹所在的路径 4.Matlab 指令窗>>后面输入指令:con_sys; 进入本次实验主界面。 5.分别双击上图中的三个按键,依次完成实验内容。
6.本次实验的相关Matlab 函数: 传递函数G=tf([num],[den])可输入一传递函数,其中num、den 分别表示分子、分母按降幂排列的系数。 三、仿真结果: (一)观察一阶系统G=1/(T+s)的时域响应: T=5s T=8s
T=13s 结果分析:一阶系统 G=1/(T+s)的,通过观察曲线发现,随着时间常数T的增大,同种响应要达到相同响应的时间增大,说明T越大,响应越慢。 (二)二阶系统的时域性能分析 (1)
结果分析:自然频率和阻尼比的适当时,通过调节相应的时间,阶跃响应可以得到稳定值。 (2)数据一:自然频率=5.96rad/sec 阻尼比=0.701
数据二:自然频率=8.2964rad/sec 阻尼比=0.701 结果分析:要达到既定范围,自然频率增大阻尼比要随之增大 (3)
成绩评定表
课程设计任务书
目录 1. 引言 (1) 2 Matlab入门 (2) 2.1 Matlab7.0介绍 (2) 2.2利用Matlab7.0编程完成习题设计 (3) 3 Matlab7.0实现连续时间系统的时域分析 3.1常用连续时间信号的类别及原理 (4) 3.2编程设计及实现 (4) 3.3运行结果及其分析 (7) 结论 (20) 参考文献 (21)
1.引言 人们之间的交流是通过消息的传播来实现的,信号则是消息的表现形式,消息是信号的具体内容。 本文概述了信号仿真系统的需求、总体结构、基本功能。重点介绍了利用Matlab 软件设计实现信号仿真系统的基本原理及功能,以及利用Matlab软件提供的图形用户界面(Graphical User Interfaces ,GUI)设计具有人机交互、界面友好的用户界面。本文采用Matlab的图形用户界面设计功能, 开发出了各个实验界面。在该实验软件中, 集成了信号处理中的多个实验, 应用效果良好。本系统是一种演示型软件,用可视化的仿真工具,以图形和动态仿真的方式演示部分基本信号的传输波形和变换,使学习人员直观、感性地了解和掌握信号与系统的基本知识。 近年来,计算机多媒体教育手段的运用逐步普及,大量优秀的科学计算和系统仿真软件不断涌现,为我们实现计算机辅助教学和学生上机实验提供了很好的平台。通过对这些软件的分析和对比,我们选择MATLAB语言作为辅助教学工具,借助MATLAB强大的计算能力和图形表现能力,将《信号与系统》中的概念、方法和相应的结果,以图形的形式直观地展现给我们,大大的方便我们迅速掌握和理解老师上课教的有关信号与系统的知识。 MATLAB 7.0是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数,可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果,而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下,可以用它来代替底层编程语言,如C和C++ 。在计算要求相同的情况下,使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB 7.0的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵,特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。 作为信号与系统的基本分析软件之一,利用MATLAB进行信号与系统的分析与设计是通信以及信息工程学科的学生所要掌握的必要技能之一。通过学习并使用MATLAB语
《管理信息系统》 实验二 题目:系统分析 专业:信息管理与信息系统 班级:1106班 姓名 ************************* 指导教师:贺玉珍老师 完成日期:2014.4.28
运城学院超市管理系统设计分析说明书 一、系统目标:随着小超市规模的发展不断扩大,商品数量急剧增加,有关商品的各种信息量也成倍增长。超市时时刻刻都需要对商品各种信息进行统计分析。而大型的超市管理系统功能过于强大而造成操作繁琐降低了小超市的工作效率。 超市管理系统是市场上最流行的超市上常用的系统之一,它主要包含以下几个模块:系统权限的设定、原始数据录入、数据的汇总及查询等。从而,实现对进货、销售及员工信息等实现全面、动态、及时的管理。 本文系统的分析了软件开发的背景以过程;首先介绍了软件的开发环境,其次介绍了本软件的详细设计过程:数据库的设计、各个模块的设计和实现,以及具体界面的设计和功能。 二、系统的初步调查 通过实地参观和学习,对超市的整体情况进行调研。了解超市的组织机构划分,充分了解超市进销存的流程的整体情况,对开发新系统的态度等。通过召开座谈会和个人访谈方法了解各个部门的主要职能及具体运作方式、过程等。 进行初步调研的具体内容为: (1)员工的规模:大约有多少员工,有多少是稳定的,有多少是浮动的; (2)员工管理人员的数量; (3)超市的商品销售状况 (4)客户编码方式; 三、可行性分析: 1.技术可行性研究,在IT行业中从业的工作人员一般都要求掌握计算机技术,具有一定的软硬件基础,会使用各种管理软件,熟悉IT产品。因为,有的超市对员工的素质要求比较高,从管理层到下面的销售人员,都要求具有一定的计算机基础,所以在新系统投入使用时,只要对员工进行少量的培训,系统的功能和使用方法就基本上能够是系统顺利运行。 2经济可行性研究,因为通过网络传递销售信息可以不受距离的限制,因此可以借阅许多的人力和物力,方便管理,由此可以减少不必要的开支,同时该系统可以提高超市的销售效率,即提高了超市的经济效益,所以从经济上完全是可行的,(1)超市有能力承担系统开发费用,(2)新系统将为企业带来经济效益3操作可行性研究,本系统采用基于Windows的图形用户界面,而该系统是大家熟悉的操作系统,对于那些有一般的计算机知识的人员就可以轻松上手。而整个超市管理系统采用最友好的交互界面,简介明了,不需要对数据库进行深入的
实验报告 课程:管理信息系统 一、实验目的 验证有关概念和理论,加深对概念和知识的理解和认识;熟悉和掌握Visual Basic 6.0 软件的使用方法;初步具备信息管理知识和制作数据字典、系统数据流程图的能力。运用课程讲授的管理信息系统的系统分析方法、模块化系统设计方法以及系统的调试方法进行人事档案管理信息系统的分析、设计、开发、实现与调试。 二、实验方法 面向对象法 三、实验环境及开发工具 1.硬件环境 在最低配置的情况下,系统的性能往往不尽如人意,但现在的硬件性能已经相当的出色,而且价格便宜,因此通常给服务器的配置高性能的硬件。 处理器:Interl Pentium II 266 MX 或更高 内存:64M 硬盘空间:2 GB 显卡:SVGA 显示适配器 显示器:液晶17寸 2.软件环境 操作系统:Windows/98/ME/2000/XP或更高版本 数据库:Microsoft Access 2000 3.实验开发工具:Visual Bisic 6.0程序系统 四、实验内容
(一)、系统分析 1、系统数据流程图 2、数据字典 3、系统中所有实体(包括实体的属性)以及实体之间的联系类型分析 人员的个人资料经过专业的处理部门的处理形成个人档案。档案包括自然情况,工作情况,简历,政治情况等各方面信息,内容比较庞大复杂。将档案信息传送到人员信息库。同时还综合考虑档案管理工作的性质,总结归纳出所需实现
的功能。为人事档案进行服务,对人事的变动、人事资料、以及人事资料的查询,统计等功能。总体上说具有编辑,查询,用户管理,图表统计等功能。然后将最终结果提交到人力资源管理部门,由人力资源管理人员进行审查,以便于对职工的调配。 4、典型处理的表达 档案完整添加用户档案到档案库 个人信息成功添加到档案库 修改用户档案信息 失败退回用户档案 退回用户档案 (二)、系统设计 1、子系统划分(或功能划分或模块划分) 功能划分 1、用户管理 功能:设置使用人事管理系统的用户及其使用权限。整个人事管理系统由多个功能模块组成,不同的模块完成不同的功能,所以可以为不同的职工分配不同的功能,使其具有不同的权限,完成其权限所对应的功能,从而很好地管理好整个系统。 2、辅助表管理 功能:通过它的这个功能可以有效的对本单位人事部门的扩充进行及时的计算机管理。只要管理员进行简单的数据字段添加即可。辅助表管理功能是高级管理员及中级管理员拥有的权限,它的功能是对数据库进行新表的添加。 3、档案编辑 功能:档案编辑模块中有4个子模块。他们是档案卡片、个人简历、家庭成员、历史档案等功能。这些功能因管理员的权限不同所表示出的功能使用也不同,普通管理员没有数据修改及删除的权利。在这些功能里详细的记录了所有单位员工的资料。 4、档案查询 功能:对档案卡片的查询功能,在这里可以查到符合程序要求的任何信息。
课程名称:控制理论指导老师:成绩: 实验名称:控制系统的时域分析实验类型:冋组学生姓名: 、实验目的和要求 1用计算机辅助分析的办法,掌握系统的时域分析方法。 2. 熟悉SimUlink仿真环境。 二、实验内容和原理 (一)实验原理 系统仿真实质上就是对系统模型的求解,对控制系统来说,一般模型可转化成某个微分方程或差分方程表示,因此在仿真过程中,一般以某种数值算法从初态出发,逐步计算系统的响应,最后绘制出系统的响应曲线,进而可分析系统的性能。控制系统最常用的时域分析方法是,当输入信号为单位阶跃和单位冲激函数时,求出系统的输出响应,分别称为单位阶跃响应和单位冲激响应。在MATLAB中,提供了求取连 续系统的单位阶跃响应函数step,单位冲激响应函数impulse,零输入响应函数initial等等。 (二)实验内容 二阶系统,其状态方程模型为 U X I y = [1.9691 6.4493] +[0] U X2 1?画出系统的单位阶跃响应曲线; 2. 画出系统的冲激响应曲线; 3. 当系统的初始状态为x0=[1,0]时,画出系统的零输入响应; 4. 当系统的初始状态为零时,画出系统斜坡输入响应; (三)实验要求 1. 编制MATLAB程序,画出单位阶跃响应曲线、冲击响应曲线、系统的零输入响应、斜坡输入响应; 2. 在SimUIink仿真环境中,组成系统的仿真框图,观察单位阶跃响应曲线并记录之。 三、主要仪器设备 计算机一台以及matlab软件,SimUIink仿真环境 四、操作方法与实验步骤 1、程序解决方案: 在MATLAB 中建立文件shiyu.m ,其程序如下: %时域响应函数 fun ction G1 = shiyu( A,B,C,D)
第二章 连续时间系统的时域分析 §2-1 引 言 线性连续时间系统的时域分析,就是一个建立和求解线性微分方程的过程。 一、建立数学模型 主要应用《电路分析》课程中建立在KCL 和KVL 基础上的各种方法。 线性时不变系统的微分方程的一般形式可以为: )()(...)()()()(...)()(0111101111t e b t e dt d b t e dt d b t e dt d b t r a t r dt d a t r dt d a t r dt d m m m m m m n n n n n ++++=++++------ 二、求解(时域解) 1、时域法 将响应分为通解和特解两部分: 1) 通解:通过方程左边部分对应的特征方程所得 到的特征频率,解得的系统的自然响应(或自由响应); 2) 特解:由激励项得到系统的受迫响应;
3)代入初始条件,确定通解和特解中的待定系数。 经典解法在激励信号形式简单时求解比较简单,但是激励信号形式比较复杂时求解就不容易,这时候很难确定特解的形式。 2、卷积法(或近代时域法,算子法) 这种方法将响应分为两个部分,分别求解: 1)零输入响应:系统在没有输入激励的情况下,仅仅由系统的初始状态引起的响应 r )(t ; zi 2)零状态响应: 状态为零(没有初始储能)的条件下,仅仅由输入信号引起的响应 r )(t 。 zs ●系统的零输入响应可以用经典法求解,在其中 只有自然响应部分; ●系统的零状态响应也可以用经典法求解,但是 用卷积积分法更加方便。借助于计算机数值计算,可以求出任意信号激励下的响应(数值解)。 ●卷积法要求激励信号是一个有始信号,否则无
学生实验报告 (理工类) 课程名称:专业班级: 学生学号:学生: 所属院部:指导教师: 20 13 ——20 14 学年第二学期 金陵科技学院教务处制 实验一电力系统分析计算 实验项目名称:电力系统分析计算实验学时: 2
同组学生:实验地点: C208 实验日期: 2014 6 23 实验成绩: 批改教师:静批改时间: 一.实验目的 1.掌握用Matlab软件编程计算电力系统元件参数的方法. 2.通过对不同长度的电力线路的三种模型进行建模比较,学会选取根据电路要求选取模 型。 3.掌握多级电力网络的等值电路计算方法。 4.理解有名制和标幺制。 二.实验容 1.电力线路建模 有一回220kV架空电力线路,导线型号为LGJ-120,导线计算外径为15.2mm,三相导线水平排列,两相邻导线之间的距离为4m。试计算该电力线路的参数,假设该线路长度分别为60km,200km,500km,作出三种等值电路模型,并列表给出计算值。 2.多级电力网络的等值电路计算 部分多级电力网络结线图如图1-1所示,变压器均为主分接头,作出它的等值电路模型,并列表给出用有名制表示的各参数值和用标幺制表示的各参数值。 线路额定电压电阻 (欧/km) 电抗 (欧/km) 电纳 (S/km) 线路长度 (km) L1(架空线)220kv 0.08 0.406 2.81*10-6 200 L2(架空线)110kV 0.105 0.383 2.81*10-6 60 L3(架空线)10kV 0.17 0.38 忽略15 变压器额定容量P k(kw) U k% I o% P o(kW) T1 180MVA 893 13 0.5 175 T2 63MVA 280 10.5 0.61 60 三.实验设备 1.PC一台 2.Matlab软件 四.实验记录 1.电力线路建模 电阻电抗电纳电阻电抗电纳电阻电抗电纳
实验三 连续时间LTI 系统的时域分析 一、实验目的 1、学会使用符号法求解连续系统的零输入响应和零状态响应 2、学会使用数值法求解连续系统的零状态响应 3、学会求解连续系统的冲激响应和阶跃响应 二、实验原理及实例分析 1、连续时间系统零输入响应和零状态响应的符号求解 连续时间系统可以使用常系数微分方程来描述,其完全响应由零输入响应和零状态响应组成。MATLAB 符号工具箱提供了dsolve 函数,可以实现对常系数微分方程的符号求解,其调用格式为: dsolve(‘eq1,eq2…’,’cond1,cond2,…’,’v’) 其中参数eq 表示各个微分方程,它与MATLAB 符号表达式的输入基本相同,微分和导数的输入是使用Dy ,D2y ,D3y 来表示y 的一价导数,二阶导数,三阶导数;参数cond 表示初始条件或者起始条件;参数v 表示自变量,默认是变量t 。通过使用dsolve 函数可以求出系统微分方程的零输入响应和零状态响应,进而求出完全响应。 [实例1]试用Matlab 命令求齐次微分方程0)()(2)(='+''+'''t y t y t y 的零输入响应,已知起始条件为2)0(,1)0(,1)0(=''='=---y y y 。
3、连续时间系统冲激响应和阶跃响应的求解 在连续时间LTI系统中,冲激响应和阶跃响应是系统特性的描述。在MATLAB中,对于冲激响应和阶跃响应的数值求解,可以使用控制工具箱中提供的函数impulse和step来求解。 ) , ( ) , ( t sys step y t sys impulse y = = 其中t表示系统响应的时间抽样点向量,sys表示LTI系统模型。
实验三 连续时间LTI 系统的时域分析 一、实验目的 1.学会用MA TLAB 求解连续系统的零状态响应; 2. 学会用MATLAB 求解冲激响应及阶跃响应; 3.学会用MA TLAB 实现连续信号卷积的方法; 二、实验原理 1.连续时间系统零状态响应的数值计算 我们知道,LTI 连续系统可用如下所示的线性常系数微分方程来描述, () ()0 ()()N M i j i j i j a y t b f t ===∑∑ 在MA TLAB 中,控制系统工具箱提供了一个用于求解零初始条件微分方程数值解的函数lsim 。其调用格式 y=lsim(sys,f,t) 式中,t 表示计算系统响应的抽样点向量,f 是系统输入信号向量,sys 是LTI 系统模型,用来表示微分方程,差分方程或状态方程。其调用格式 sys=tf(b,a) 式中,b 和a 分别是微分方程的右端和左端系数向量。例如,对于以下方程: ''''''''''''32103210()()()()()()()()a y t a y t a y t a y t b f t b f t b f t b f t +++=+++ 可用32103210[,,,];[,,,];a a a a a b b b b b == (,)sys tf b a = 获得其LTI 模型。 注意,如果微分方程的左端或右端表达式中有缺项,则其向量a 或b 中的对应元素应为零,不能省略不写,否则出错。 例3-1 已知某LTI 系统的微分方程为 y’’(t)+ 2y’(t)+100y(t)=f(t) 其中,' (0)(0)0,()10sin(2)y y f t t π===,求系统的输出y(t). 解:显然,这是一个求系统零状态响应的问题。其MATLAB 计算程序如下: ts=0;te=5;dt=0.01; sys=tf([1],[1,2,100]); t=ts:dt:te; f=10*sin(2*pi*t); y=lsim(sys,f,t); plot(t,y); xlabel('Time(sec)'); ylabel('y(t)'); 2.连续时间系统冲激响应和阶跃响应的求解 在MATLAB 中,对于连续LTI 系统的冲激响应和阶跃响应,可分别用控制系统工具箱提供的函数impluse 和step 来求解。其调用格式为 y=impluse(sys,t)
鞋店进销存管理系统 一.项目背景 随着计算机技术的不断发展, 它已经成为人们工作和生活中不可缺少的工具。早在1954年, 银行、大公司和大企业纷纷采用计算机进行账户和账目管理、生产管理、库存管理、销售管理、统计报表等。从数据的收集、存储、整理到检索统计, 应用的范围日益扩大, 使计算机的应用很快超过科学计算, 成为最大的计算机应用领域。 鞋店管理的特点是信息处理量比较大, 所存的鞋种类多, 而且由于进货单、销售单、需求单等单据发行量特别大, 关联信息多, 查询和统计的方式各不相同等原因,因此在管理上实现起来有一定困难。在管理的过程中经常会出现信息的重复传递, 单据报表种类繁多, 各个部门管理规格不统一等问题。 在本系统的设计过程中, 为了克服这些困难, 满足计算机管理的需要,我们采取了下面的一些原则: 1、统一各种原始单据的格式, 统一账目和报表的格式。 2、删除不必要的管理冗余, 实现管理规范化、科学化。 3、程序代码标准化, 软件统一化, 确保软件的可维护性和 实用性。 4、界面尽量简单化, 做到实用, 方便, 尽量满足书店中 不同层次员工的需要。 二.定义
”鞋店进销存管理系统”为用户提供添加、修改、查询、退货操作等服务。 用户在登陆界面输入用户名, 密码后系统核对正确进入系统内部。 系统就要求用户选择事务类型( 添加、修改、查询、退货等) , 直至用户选择退出应用服务, 询问用户是否退出应用服务, 如果 用户选择结束, 系统重回登陆界面。用户进入添加界面后, 首先 能够输入的数字必须大于等于100) , 否则系统显示输入有误。用 户点击确认后, 由系统查询, 判断该取值是否超出库存量, 如果没有, 则系统会显示确认界面, 用户单点击”确认”后, 系统自动生成账单, 并在后台 进行工作, 系统进行清点并发出命令给仓库管理人员, 并将数据 更新到数据库中; 否则提示用户库存量不足, 请重新输入, 重复 上述过程。 三.参考资料 《系统分析与设计》 四.系统分析与设计 4.1需求分析 4.1.1识别参与者 用户(下订单者), 系统维护人员, 仓库管理人员 4.1.2 对需求进行捕获与描述 用例名称: 添加执行者: 用户目的: 向仓库中发出下订单命令。 用例名称: 退货执行者: 用户目的: 将未售出的货物退还到仓库 用例名称: 修改执行者: 用户目的: 修改用户登录密码。