Методические указания по выполнению лабораторной работы №6 по курсу “Цифровая обработка сигналов” томск 2010 (стр. 3 из 4)
2.5.2 Блок Gain (усилитель)
Поскольку блок Digital Filter Design позволяет рассчитывать только нормированные фильтры, т.е. с единичным усилением в полосе пропускания, то для получения коэффициентов передачи, отличающихся от единицы, необходимо использовать дополнительный блок усилителя Gain (Simulink/ Math/ Gain), рис. 8.
Рис. 8. Расположение блока Gain
Коэффициент усиления задается в окне настройки параметров Block Parameters: Gain (рис. 9).
Рис. 9. Окно настройки параметров блока Gain
2.5.3 Блок Signal Generator (универсальный генератор сигналов)
Для того, чтобы подать на вход фильтра сигнал, используются универсальный генератор сигналов Signal Generator (Simulink/ Sources/Signal Generator), рис. 10.
Рис. 10. Расположение блока Signal Generator
В окне настройки (рис. 11) блока Signal Generator задаются следующие параметры:
· Wave form – форма сигнала:
· sine– синусоидальный сигнал;
· square – прямоугольный сигнал;
· saw tooth – пилообразный сигнал;
· random – случайный сигнал (шум);
· Amplitude и Frequency – амплитуда и частота сигнала;
· Units – единица измерения частоты (Hertz – Герцы или rad/sec – рад/сек).
Рис. 11. Окно настройки параметров блока Signal Generator
2.5.4 Блок Zero-Order Hold (устройство выборки-хранения, УВХ)
Чтобы на вход ЦФ подать цифровой сигнал, используется УВХ, которое преобразует аналоговый сигнал с выхода генератора (Signal Generator) в дискретные отсчеты сигнала. В качестве УВХ используется блок Zero-Order Hold (Simulink/ Discrete/ Zero-Order Hold), рис. 12.
Рис 12. Расположение блока Zero-Order Hold
В окне настройки блока Zero-Order Hold задается период дискретизации Sample time (рис. 13).
Рис 13. Окно настройки параметров блока Zero-Order Hold
В примере, показанном на рис. 13, период дискретизации определяется по требуемой частоте дискретизации, т.е. 4000 Гц. Следует помнить, что частота дискретизации, выставленная в блоке Zero-Order Hold, должна быть равна частоте дискретизации Fs, указанной при расчете цифрового фильтра (п. 2.5.1).
2.5.5 Блок Step
Блок Step (Simulink/ Sources/ Step), рис. 14.а, используется для воспроизведения ступенчатого воздействия.
а) б)
Рис. 14. Расположение блока Step (а) и окно настройки его параметров (б)
При открытии окна настройки параметров сигнала, рис 14.б, в графе Step time задается время начала ступенчатого воздействия, в графах Initial value и Final value – начальное и конечное значения амплитуды ступенчатого воздействия, в графе Sample time – период дискретизации выходного сигнала (если период равен нулю, то сигнал считается непрерывным).
Чтобы найти отклик фильтра на единичное ступенчатое воздействие (переходную характеристику), нужно составить следующую структурную схему (рис. 15).
Рис. 15. Структурная схема для определения переходной характеристики фильтра
2.5.6 Блок Scope (осциллограф)
Для визуального просмотра сигналов используют блоки, которые при моделировании играют роль смотровых окон; к ним также относится блок Scope(осциллограф) (Simulink /Sinks/ Scope), рис. 16.
Рис. 16. Расположение блока Scope
Блок Scope имеет один вход и позволяет в процессе моделирования наблюдать интересующие пользователя процессы. Основным параметром осциллографа является количество входов (т.е. количество отображаемых сигналов, одновременно в окне может отображаться до 30 сигналов). В зависимости от количества сигналов осциллограф может иметь несколько экранов. Экран осциллографа с двумя входами выглядит так, как показано на рис. 17 (пиктограмма выглядит так
). 
Рис. 17. Экран осциллографа Scope с двумя входами
Нажатие пиктограммы
приводит к появлению окна настройки параметров Scope (Scope parameters), рис. 18.В графе Number of axes задается количество входов осциллографа, Time range – верхний предел времени, отображаемого на оси абсцисс, Tick labels – отображение осей координат (all – все оси, none – нет осей, bottom axis only – только горизонтальная ось). Рекомендуется использовать настройки, выставленные по умолчанию.
Рис. 18. Окно настройки параметров блока Scope
2.6. Режимы моделирования систем в программе Simulink (меню Simulation)
Не смотря на то, что меню Simulation (моделирование) содержит всего несколько команд (рис. 19), именно они играют основную роль при проведении исследований модели. Посредством этих команд разработчик получает возможность не только динамически управлять сеансом моделирования, но и изменять многие важнейшие параметры модели, такие, например, как способ изменения модельного времени, алгоритм расчета и формат представления результатов моделирования.
Рис. 19. Меню Simulation
Рассмотрим подробнее средства управления моделью и параметрами сеанса моделирования, которые предоставляет исследователю окно Simulation Parameters (параметры моделирования), рис. 20. Элементы управления на вкладке Solver собраны в три группы.
Simulation time (интервал моделирования) – выбор интервала моделирования посредством указания начального (Start time) и конечного (Stop time) значений модельного времени.
Рис. 20. 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 (рекомендуется оставить параметры по умолчанию).
Параметры других вкладок также можно использовать по умолчанию.
3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
При выполнении лабораторной работы используется программа MATLAB версии 6.0 и выше.
4. ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
4.1 Изучить особенности синтеза БИХ-фильтра методом билинейного преобразования в пакете программ MATLAB.
4.2 Выполнить синтез БИХ-фильтра, проанализировать расположение полюсов и нулей фильтра на комплексной Z-плоскости, рассчитать коэффициенты передаточной функции ЦФ, проверить соответствие АЧХ заданным требованиям.
4.3 Найти переходную характеристику фильтра.
4.4 Найти отклики фильтра на гармонические сигналы в полосе пропускания и полосе задерживания, оценить избирательные свойства фильтра.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
5.1. Что такое импульсная характеристика и передаточная функция ЦФ?