2014 年

一

一个线性时不变系统可用微分方程 d2y(t)dt2+7dy(t)dt+12y(t)=x(t) 描述,若 x(t)=e−5tu(t),y(0−)=1,dy(0−)dt=−2,求系统的输出。指出系统的零输入响应 yzp(t) 和零状态响应 yzs(t).

二

画方块图的题。

三

求信号 x(t)=u(t+1)−u(t−3) 和信号 h(t)={1−t,0≤t≤10,t<0,t>1 的卷积 y(t)=x(t)∗h(t).

考虑卷积 u(t) 和 h(t),即

f(t)=u(t)∗h(t)=∫−∞th(t)dt={0,t≤0t−t22,0<t<112,t≥1

则

y(t)=f(t+1)−f(t−3)
y(t)={0,t≤−1(t+1)−(t+1)22,−1<t≤012,0<t≤312−(t−3)−(t−3)22,3<t≤40,t>4

 

四

一个因果线性时不变系统可用二阶常系数线性微分方程描述。已知

  1. 系统函数 H(s) 的一个极点位于 s=−2,一个零点位于 s=1;

  2. 对于所有时间 t,当输入为 1 时,系统的输出为 −1;

  3. 系统单位冲激响应的初值为 h(0+)=2。

求该系统的系统函数 H(s) 和描述该系统的微分方程。

因为系统为因果系统,所以分母阶次高于分子,可以设为

H(s)=As−1(s+2)(s−s0)

输入 1 等价于输入 e0t,系统的输出为 −1,因此

A−12⋅(−s0)=−1

根据初值定理和连续性,

h(0+)=lims→∞sH(s)=A=2

因此,解得 s0=−1.

系统函数为

H(s)=2s−1(s+2)(s+1)=2s−2s2+3s+2

 

描述系统的微分方程为

2x′(t)−2x(t)=y″(t)+3y′(t)+2y(t)

五

1

计算连续时间信号 x(t)=2[u(t+1)−u(t−1)] 的总能量 E∞.

E∞=∫−114dt=8

2

计算离散时间信号 x(t)=2ej10πn+ej(4πn−1) 的周期 N.

N=1即可

3

证明系统 y[n]=nx[n] 是线性时变系统。

线性:αx1[n]+βx2[n]→αy1[n]+βy2[n].

时变:x[n−n0]→nx[n−n0]≠y[n−n0].

4

已知线性时不变系统的单位冲激响应式 h[n]=δ[n+1]+2δ[n]+3δ[n−1],若系统的输入为 x[n]=u[n]−u[n−4],求系统的输出 y[n].

y[n]=x[n]∗h[n]=2δ[n]+3δ[n−1]

5

已知周期信号 x(t)=∑n=−∞∞w(t−2n),其中 w(t)={t,0≤t<10,1≤t<2,求信号 x(t) 的傅里叶系数 X[k].

信号的周期为 2,

X[k]=1T∫02w(t)e−jkω0tdt=12∫01te−jkπtdt=1−e−jkπ2jkπ

6

画图题

7

求信号 x(t)=[(12)−nu[−n]]∗[2(n+1)(13)nu[n]] 的 z 变换。

(12)nu[n]⟷Zzz−12,|z|>|1/2|
(12)−nu[−n]⟷Zz−1z−1−12=22−z,|z|<2
n(13)nu[n]⟷Z13z(z−13)2,|z|>13
(13)nu[n]⟷Zzz−13,|z|>13
2(n+1)(13)nu[n]⟷Z2z2(z−13)2,|z|>13

结果:

22−z2z2(z−13)2,13<|z|<2

8

已知一个线性时不变系统的单位冲激响应是 h(t)=sin⁡3t−sin⁡tπt。若输入为 x(t)=1+0.5cos⁡(2t)+0.25cos⁡(4t),求系统的输出 y(t).

可知 H(jω) 是 1<|ω|<3 的带通滤波器。系统输出 y(t) 为 0.5cos⁡(2t).

9

一个线性时不变系统的频率响应是 H(jω)=jω+4(jω+2)(jω+3)。求这个系统的单位冲激响应 h(t).

H(jω)=2jω+2+−1jω+3
h(t)=2e−2tu(t)−e−3tu(t)

10

已知信号 x(t)=sin⁡(100πt)t,对信号 y(t)=dx(t)dt+x2(t) 进行抽样,得到 y(t) 的样本 y(nT),其中 T 为抽样周期(或抽样间隔)。当 T 满足什么条件时才能从 y(nT) 恢复出 y(t)?为什么?

x(t)⟷FπGate(100π)
y(t)最大频率为200π

需要 ωs≥400π,即 T<0.005,才能恢复。