Методические указания по выполнению лабораторной работы №4 по курсу “Цифровая обработка сигналов” томск 2010 (стр. 3 из 3)
Рис. 19. Окно установки параметров моделирования
Solver options (параметры расчета) – выбор метода реализации (расчета) модели.
Output options (параметры вывода) – параметры вывода выходных параметров моделируемой системы (при моделировании с переменным шагом).
Под выбором метода реализации модели имеется в виду следующее. Имея структуру исследуемой системы в виде блок–диаграммы, разработчик может выбрать метод отображения хода моделирования. С помощью двух раскладывающихся списков Type (тип) система может быть реализована в следующих формах:
· с дискретными состояниями и дискретным временем перехода из одного состояния в другое;
· с дискретными состояниями и непрерывным временем перехода;
· с непрерывными состояниями и дискретным временем переходов;
· с непрерывными состояниями и непрерывным временем переходов.
Первый список (слева) позволяет выбрать способ изменения модельного времени:
· Variable – step (переменный шаг) – моделирование с переменным шагом;
· Fixed – step (фиксированный шаг) – моделирование с фиксированным шагом.
Второй список (справа) позволяет выбрать метод расчета нового состояния системы. Первый вариант (discrete) обеспечивает расчет дискретных состояний системы. Остальные пункты списка обеспечивают выбор метода расчета нового состояния для непрерывных систем. Эти методы различаются для переменного (Variable – step) и для фиксированного (Fixed – step) шага времени, но основаны на единой методике – решение обыкновенных дифференциальных уравнений(ode).
Ниже двух раскрывающихся списков Type находится поле, название которого изменяется в зависимости от выбранного способа изменения модельного времени.
Параметры других вкладок используется по умолчанию.
3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
При выполнении лабораторной работы используется программа MATLAB версии 6.0 и выше.
4. ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
4.1 Изучить методы моделирования оптимальных аналоговых фильтров в пакете программ MATLAB.
4.2 Изучить функций MATLAB Simulink для анализа спектра сигналов.
4.3 Исследовать изменение спектра сигналов при их прохождении через аналоговые фильтры.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1. Выражение для вычисления ДПФ. Условие неискаженного восстановления сигнала по его ДПФ.
5.2. Вычисление обратного ДПФ (ОДПФ). Вычисление ОДПФ с использованием ДПФ.
5.3. Анализатор спектра по методу ДПФ. Использование весовых функций.
5.4. Каким образом производится масштабирование амплитудного спектра при анализе методом ДПФ.
5.5. Каким образом задается период дискретизации блока анализатора спектра Power Spectral Density.
5.6. Какие результаты отображаются в окне анализатора спектра Power Spectral Density.
5.7. Каким образом задается фильтр Баттерворта в блоке Analog Filter Design.
5.8. Как задать интервал времени моделирования в программе Simulink.
5.9. Какие блоки программы Simulink используются для создания гармонических сигналов, ступенчатых воздействий, прямоугольных и треугольных импульсов.
6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
6.1 Создать модель фильтра в программе Simulink.
Подготовить и ввести в программу исходные данные фильтра (п. 2.2.1) в соответствии с заданным вариантом (по номеру компьютера): аппроксимация – по Баттерворту; частота среза Fс; коэффициент усиления K0;
| Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Fс | 100 Гц | 200 Гц | 300 Гц | 400 Гц | 500 Гц | 600 Гц |
| K0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 |
6.2 Подать на вход фильтра сигнал с универсального генератора (п. 2.2.3).
6.3 К выходам генератора и фильтра подключить анализаторы спектра Power Spectral Density (п. 2.2.2).
6.4 Выполнить анализ изменения спектра сигналов фильтром для 4 форм сигналов:
· синусоидальный сигнал (SIN) с частотой Fx=2×Fc (п. 2.2.3);
· прямоугольный сигнал (SQUARE)с частотой Fx=2×Fc (п. 2.2.3);
· треугольный сигнал (SAWTOOTH) с Fx=2×Fc (п. 2.2.3);
· синусоидальный сигнал (SIN) с частотой Fx=2×Fc и шум (RANDOM) в полосе частот до Fш=2×Fc. Сигнал с шумом подается на вход через сумматор Sum(п. 2.2.4).
6.5 При моделировании следует выбрать следующие параметры в разделе Simulation parameters (п. 2.3): переменный шаг по времени (Variable step); алгоритм моделирования – Domain Prince 45; время моделирования – Stop time=10 / Fx (10 периодов входного сигнала).
Для анализаторов спектра (Power Spectral Density) дополнительно указать параметр периода дискретизации Sample time=1 / (10×Fx) периода входного сигнала (п. 2.2.2).
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. – Киев: Вища школа, 1983. – 455 с.
2. Гультяев А. К. MATLAB. Имитационное моделирование в среде Windows: учебное пособие. – СПб.: КОРОНА Принт, 1999. – 288 с.
3. Гультяев А. К. Визуальное моделирование в среде MATLAB. Учеб. курс. – СПб.: Питер, 2000. – 480 с.
4. Иванов В.А. и др. Математические основы теории автоматического регулирования. Учеб. пособие для вузов. / Под ред. Чемоданова Б.К. – М.: Высшая школа, 1971. – 808 с.
5. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. – М.: Мир, 1990.
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ В ПАКЕТЕ ПРОГРАММ MATLAB
Методические указания к лабораторной работе №4
по курсу “Цифровая обработка сигналов”
Составители: Якимов Евгений Валерьевич