已知描述某连续系统的微分方程为: 4y’’(t)+y’(t)+3y(t)=2f’ (t)+f(t), 试用MATLAB:(1)绘制该系统的幅频和相频特性曲线;(2)用留数法求解系统的脉冲响应和阶跃响应,绘制响应波形;(3)绘出该系统在0~30秒范围内,以时间间隔0.01秒取样的冲激响应和阶跃响应的时域波形;(4)求出该系统在0~30秒范围内,以时间间隔0.01秒取样的冲激响应和阶跃响应的数值解,并用数值解画出波形。
时间: 2024-03-20 08:42:39 浏览: 150
好的,我会尽力回答您的问题。首先,根据您提供的微分方程,我们可以将其转化为矩阵形式:
$$
\begin{bmatrix}
4 & 0\\
0 & 1
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
y_1(t)\\
y_2(t)
\end{bmatrix} +
\begin{bmatrix}
1\\
3
\end{bmatrix}
y(t) =
\begin{bmatrix}
2 & 1\\
1 & 0
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
f_1(t)\\
f_2(t)
\end{bmatrix}
$$
其中 $y_1(t)=y(t)$,$y_2(t)=y'(t)$,$f_1(t)=f(t)$,$f_2(t)=f'(t)$。
接下来,我们可以使用MATLAB进行求解。
(1) 绘制系统的幅频和相频特性曲线
我们可以使用bode函数绘制系统的幅频特性曲线和相频特性曲线。代码如下:
```
num = [2 1; 1 0];
den = conv([4 1], [1 3]);
sys = tf(num, den);
bode(sys);
```
(2) 使用留数法求解系统的脉冲响应和阶跃响应,绘制响应波形
根据留数法的步骤,我们可以先求出系统的传递函数:
$$
G(s) = \frac{2s+1}{4s^2 + s + 3}
$$
然后,我们可以计算其极点和留数:
$$
s_{1,2} = -0.125 \pm 0.704i
$$
$$
Res(s_1) = \frac{2s_1+1}{8s_1+1} = -0.2372+0.1660i
$$
$$
Res(s_2) = \frac{2s_2+1}{8s_2+1} = -0.2372-0.1660i
$$
根据留数法的公式,脉冲响应和阶跃响应可以表示为:
$$
h_p(t) = Re\left[\frac{1}{2\pi j}\int_{-\infty}^{\infty}\frac{G(s)}{s}e^{st}ds\right] = 0.2372e^{-0.125t}\sin(0.704t)
$$
$$
h_u(t) = Re\left[\frac{1}{2\pi j}\int_{-\infty}^{\infty}\frac{G(s)}{s}e^{st}\frac{1}{s}ds\right] = 0.0570+0.3152e^{-0.125t}\cos(0.704t)-0.0570e^{-3t}
$$
我们可以使用MATLAB绘制响应波形。代码如下:
```
t = 0:0.01:30;
hp = 0.2372 * exp(-0.125 * t) .* sin(0.704 * t);
hu = 0.0570 + 0.3152 * exp(-0.125 * t) .* cos(0.704 * t) - 0.0570 * exp(-3 * t);
plot(t, hp, t, hu);
legend('impulse response', 'step response');
```
(3) 绘制系统在0~30秒范围内,以时间间隔0.01秒取样的冲激响应和阶跃响应的时域波形
我们可以使用MATLAB的impulse和step函数计算系统的冲激响应和阶跃响应,并绘制其时域波形。代码如下:
```
[y, t] = impulse(sys, 0:0.01:30);
plot(t, y);
[y, t] = step(sys, 0:0.01:30);
plot(t, y);
```
(4) 求出系统在0~30秒范围内,以时间间隔0.01秒取样的冲激响应和阶跃响应的数值解,并用数值解画出波形
我们可以使用MATLAB的lsim函数计算系统的冲激响应和阶跃响应的数值解,并绘制其波形。代码如下:
```
t = 0:0.01:30;
u = zeros(size(t));
u(1) = 1;
[y, t] = lsim(sys, u, t);
plot(t, y);
```
希望这些代码可以帮助您解决问题。