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信号与系统的基本概念

 

 

1.1  

引言

 

 

系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分

析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运

动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂?/p>

变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数千公里?/p>

 

我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分

析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,?/p>

计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关

系称为信号,包含了系统变化的信息?/p>

 

很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的

变量,得到便于测量的电信号?/p>

 

隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用?/p>

数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分?/p>

 

信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系?/p>

输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的?/p>

 

系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的

重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统?/p>

 

我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,

即分析信号随时间变化的波形?/p>

例如?/p>

对于一个电压测

量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波?/p>

)

(

in

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(测量系统输入信号)和测量得?/p>

的波?/p>

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(测量系统输出信号)

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观察它们之间的相似程度?/p>

为了充分地和规范地描述测量系统的特性,

经常给系统输入一个阶跃电压信号,

得到系统的阶跃响应,

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1-1

是典型的波形?/p>

通过阶跃响应的电压上?/p>

时间(电压从

10

%上升至

90

%的时间)和过冲(百分比)等特征量,表述测量系统的特性,上升时间和过

冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如?/p>

被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差?/p>

 

信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信

号的叠加,观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位,得到信号的频谱特性。图

1-2

是从时域和频域观

察一个周期矩形波信号的示意图,由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对?/p>

同频率激励信号的响应,得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括?/p>

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1

)对信号变化的快慢和

系统的响应速度给出定量的描述。例如,当我们要用一个示波器观察一个信号时,需要了解信号的频谱?/p>

性和示波器的模拟带宽,当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时,可以保证测量的准确?/p>

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信号与系统的基本概念

 

 

1.1  

引言

 

 

系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分

析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运

动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂?/p>

变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数千公里?/p>

 

我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分

析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,?/p>

计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关

系称为信号,包含了系统变化的信息?/p>

 

很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的

变量,得到便于测量的电信号?/p>

 

隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用?/p>

数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分?/p>

 

信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系?/p>

输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的?/p>

 

系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的

重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统?/p>

 

我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,

即分析信号随时间变化的波形?/p>

例如?/p>

对于一个电压测

量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波?/p>

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(测量系统输入信号)和测量得?/p>

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观察它们之间的相似程度?/p>

为了充分地和规范地描述测量系统的特性,

经常给系统输入一个阶跃电压信号,

得到系统的阶跃响应,

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是典型的波形?/p>

通过阶跃响应的电压上?/p>

时间(电压从

10

%上升至

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%的时间)和过冲(百分比)等特征量,表述测量系统的特性,上升时间和过

冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如?/p>

被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差?/p>

 

信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信

号的叠加,观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位,得到信号的频谱特性。图

1-2

是从时域和频域观

察一个周期矩形波信号的示意图,由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对?/p>

同频率激励信号的响应,得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括?/p>

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1

)对信号变化的快慢和

系统的响应速度给出定量的描述。例如,当我们要用一个示波器观察一个信号时,需要了解信号的频谱?/p>

性和示波器的模拟带宽,当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时,可以保证测量的准确?/p>

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信号与系统的基本概念

 

 

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系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分

析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运

动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂?/p>

变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数千公里?/p>

 

我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分

析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,?/p>

计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关

系称为信号,包含了系统变化的信息?/p>

 

很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的

变量,得到便于测量的电信号?/p>

 

隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用?/p>

数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分?/p>

 

信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系?/p>

输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的?/p>

 

系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的

重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统?/p>

 

我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,

即分析信号随时间变化的波形?/p>

例如?/p>

对于一个电压测

量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波?/p>

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(测量系统输入信号)和测量得?/p>

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观察它们之间的相似程度?/p>

为了充分地和规范地描述测量系统的特性,

经常给系统输入一个阶跃电压信号,

得到系统的阶跃响应,

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是典型的波形?/p>

通过阶跃响应的电压上?/p>

时间(电压从

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冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如?/p>

被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差?/p>

 

信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信

号的叠加,观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位,得到信号的频谱特性。图

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是从时域和频域观

察一个周期矩形波信号的示意图,由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对?/p>

同频率激励信号的响应,得到系统的频率响应特性。频域分析的重要优点包括?/p>

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)对信号变化的快慢和

系统的响应速度给出定量的描述。例如,当我们要用一个示波器观察一个信号时,需要了解信号的频谱?/p>

性和示波器的模拟带宽,当示波器的模拟带宽能够覆盖被测信号的频率范围时,可以保证测量的准确?/p>

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信号与系统基础的知识点整理 - 百度文库
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信号与系统的基本概念

 

 

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系统是一个广泛使用的概念,指由多个元件组成的相互作用、相互依存的整体。我们学习过“电路分

析原理”的课程,电路是典型的系统,由电阻、电容、电感和电源等元件组成。我们还熟悉汽车在路面运

动的过程,汽车、路面、空气组成一个力学系统。更为复杂一些的系统如电力系统,它包括若干发电厂?/p>

变电站、输电网和电力用户等,大的电网可以跨越数千公里?/p>

 

我们在观察、分析和描述一个系统时,总要借助于对系统中一些元件状态的观测和分析。例如,在分

析一个电路时,会计算或测量电路中一些位置的电压和电流随时间的变化;在分析一个汽车的运动时,?/p>

计算或观测驱动力、阻力、位置、速度和加速度等状态变量随时间的变化。系统状态变量随时间变化的关

系称为信号,包含了系统变化的信息?/p>

 

很多实际系统的状态变量是非电的,我们经常使用各种各样的传感器,把非电的状态变量转换为电的

变量,得到便于测量的电信号?/p>

 

隐去不同信号所代表的具体物理意义,信号就可以抽象为函数,即变量随时间变化的关系。信号用?/p>

数表示,可以是数学表达式,或是波形,或是数据列表。在本课程中,信号和函数的表述经常不加区分?/p>

 

信号和系统分析的最基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系?/p>

输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的?/p>

 

系统的特性千变万化,其中最重要的区别是线性和非线性、时不变和时变。这些区别导致分析方法的

重要差别。本课程的内容限于线性时不变系统?/p>

 

我们最熟悉的信号和系统分析方法是时域分析,

即分析信号随时间变化的波形?/p>

例如?/p>

对于一个电压测

量系统,要判断测量的准确度,可以直接分析比较被测的电压波?/p>

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观察它们之间的相似程度?/p>

为了充分地和规范地描述测量系统的特性,

经常给系统输入一个阶跃电压信号,

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是典型的波形?/p>

通过阶跃响应的电压上?/p>

时间(电压从

10

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90

%的时间)和过冲(百分比)等特征量,表述测量系统的特性,上升时间和过

冲越小,系统特性越好。其中电压上升时间反映了系统的响应速度,小的上升时间对应快的响应速度。如?/p>

被测电压快速变化,而测量系统的响应特性相对较慢,则必然产生较大的测量误差?/p>

 

信号与系统分析的另一种方法是频域分析。信号频域分析的基本原理是把信号分解为不同频率三角信

号的叠加,观察信号所包含的各频率分量的幅值和相位,得到信号的频谱特性。图

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是从时域和频域观

察一个周期矩形波信号的示意图,由此可以看到信号频域和时域的关系。系统的频域分析是观察系统对?/p>

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系统的响应速度给出定量的描述。例如,当我们要用一个示波器观察一个信号时,需要了解信号的频谱?/p>

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