Режими моделювання систем в програмі Simulink (меню Simulation) 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Режими моделювання систем в програмі Simulink (меню Simulation)



 

Не дивлячись на те, що меню Simulation (моделювання) містить всього декілька команд (рис. 2.19), саме вони грають основну роль при проведенні досліджень моделі. За допомогою цих команд розробник має можливість не лише динамічно управляти сеансом моделювання, але і змінювати багато найважливіших параметрів моделі, такі, наприклад, як спосіб зміни модельного часу, алгоритм розрахунку і формат представлення результатів моделювання.

 

Рис. 2.19. Меню Simulation

Розглянемо детальніше засіб управління моделлю і параметрами сеансу моделювання, які надає вікно Simulation Parameters (параметри моделювання), рис. 2.20. Елементи управління на вкладці Solver зібрані в три групи.

Simulation time (інтервал моделювання) - вибір інтервалу моделювання за допомогою встановлення початкового (Start time) і кінцевого (Stop time) значень часу моделювання.

 

Рис. 2.20. Вікно установки параметрів моделювання

 

Solver options ( параметри розрахунку) - вибір методу реалізації (розрахунку) моделі.

Output options ( параметри виведення) - параметри виведення вихідних параметрів модельованої системи (при моделюванні зі змінним кроком).

Під вибором методу реалізації моделі мається на увазі наступне. Маючи структуру досліджуваної системи у вигляді блок-діаграми, розробник може вибрати метод відображення ходу моделювання. За допомогою двох списків Type ( Тип), система може бути реалізована в наступних формах:

· з дискретними станами і дискретним часом переходу з одного стану в інший;

· з дискретними станами і безперервним часом переходу;

· з безперервними станами і дискретним часом переходів;

· з безперервними станами і безперервним часом переходів.

Перший список (ліворуч) дозволяє вибрати спосіб зміни модельного часу:

· Variable - step ( змінний крок) - моделювання зі змінним кроком;

· Fixed - step ( фіксований крок) - моделювання з фіксованим кроком.

Другий список (справа) дозволяє вибрати метод розрахунку нового стану системи. Перший варіант (discrete) забезпечує розрахунок дискретних станів системи. Інші пункти списку забезпечують вибір методу розрахунку нового стану для безперервних систем. Ці методи розрізняються для змінного (Variable - step) і для фіксованого (Fixed - step) кроку часу, але ґрунтовані на єдиній методиці - рішення звичайних диференціальних рівнянь (ode).

Нижче двох списків Type, знаходиться поле, назва якого змінюється залежно від вибраного способу зміни модельного часу (рекомендується залишити параметри за замовчуванням).

Параметри інших вкладок також можна використати за замовчуванням.

 

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ МОДЕЛЮВАННЯ І ПРОГРАМУВАННЯ

 

1 Вивчити особливості синтезу БІХ-фільтру методом білінійного перетворення в пакеті програм MATLAB.

2 Виконати синтез БІХ-фільтру, проаналізувати розташування полюсів і нулів фільтру на комплексній Z- площині, розрахувати коефіцієнти передатної функції ЦФ, перевірити відповідність АЧХ заданим вимогам.

3 Знайти перехідну характеристику фільтру.

4 Знайти відгуки фільтру на гармонійні сигнали в смузі пропускання і смузі затримання, оцінити виборчі властивості фільтру.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ

Завдання 1

1. Створити модель фільтру (п. 5) в програмі Simulink.

Підготувати і ввести в програму початкові дані (п. 5.1) відповідно до заданого варіанту (варіант дається викладачем), необхідні для синтезу цифрового ФНЧ: апроксимація - по Чебишеву 1; частота зрізу F зр; коефіцієнт підсилення K 0; порядок фільтру-прототипу N = 2, пульсації в смузі пропускання - 1дБ.

Варіант F зр K 0 Варіант F зр K 0
  100 Гц     470 Гц  
  130 Гц     500 Гц  
  150 Гц     530 Гц  
  170 Гц     550 Гц  
  200 Гц     570 Гц  
  230 Гц     600 Гц  
  250 Гц     630 Гц  
  270 Гц     650 Гц  
  300 Гц     670 Гц  
  330 Гц     700 Гц  
  350 Гц     750 Гц  
  370 Гц     800 Гц  
  400 Гц     850 Гц  
  430 Гц     900 Гц  
  450 Гц     950 Гц  

Частоту дискретизації встановити рівною 4 кГц.

 

2. Зробити синтез фільтру. Переглянути і проаналізувати наступні параметри фільтру: розташування полюсів і нулів фільтру на Z‑площині, коефіцієнти передатної функції, АЧХ.

3. Подати на вхід ЦФ одиничну ступінчасту дію (п. 5.5) і обчислити перехідну характеристику системи.

4. Подати на вхід ЦФ гармонійний сигнал (п. 5.3) з частотою F x, що дорівнює частоті зрізу фільтру F зр і одиничною амплітудою. Побудувати графіки вхідного і вихідного сигналу. Оцінити виборчі властивості фільтру.

 

Завдання 2

 

1. Повторити п.4 завдання 1 для гармонійного сигналу з частотою
F x = 2 F зр.

2. Повторити пункти 1 - 4 для цифрового смугового фільтру (СФ) з апроксимацією Баттерворта 2 порядку: центральна частота смуги пропускання F зр; коефіцієнт підсилення K 0, смуга пропускання D F = 0.1 F зр.

Частоту дискретизації встановити рівною 5 кГц.

 

Завдання 3

 

1. Повторити пункти 1 – 4 завдання 1 для цифрового режекторного фільтру (РФ) з апроксимацією Баттерворта 2 порядку: центральна частота смуги загородження F з; коефіцієнт підсилення K 0, смуга загородження
D F = 0.1 F зр.

Частоту дискретизації встановити рівною 10 кГц.

 


КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

 

Загальні

1. Що таке імпульсна характеристика і передатна функція ЦФ?

2. Що таке порядок ЦФ і як позначається його значення при реалізації фільтру?

3. Що таке нулі і полюси передатної функції ЦФ?

4. Як визначити стійкість ЦФ по значеннях його нулів і полюсів?

5. Що таке білінійна перетворююча функція? Як перетворяться частоти аналогового і цифрового фільтрів при білінійному перетворенні?

6. Як визначаються вимоги до аналогового фільтру-прототипу в методі білінійного перетворення?

7. Які особливості апроксимуючих функцій, використовуваних при синтезі ЦФ? Як залежить порядок ЦФ, що синтезується, від виду апроксимуючої функції?

8. Які параметри фільтру дозволяє візуально проглянути вікно Filter Visualization Tool блоку параметрів Digital Filter Design?

9. Для чого використовується блок Gain при моделюванні роботи ЦФ?

10. Яке призначення блоку Zero-Order Hold при моделюванні роботи ЦФ?

11. Яким чином задається період дискретизації блоку Zero-Order Hold і чому він дорівнює?

12. Які параметри необхідно встановити, щоб на виході блоку Step отримати безперервну/дискретну ступінчасту дію?

 

Характеристики РЦФ (до завдання 1)

13. Що таке імпульсна характеристика ЦФ?

14. Чи можлива реалізація РЦФ за його імпульсною характеристикою?

15. Що таке передатна функція ЦФ?

16. Як знайти передатну функцію РЦФ по різницевому рівнянню?

17. Як визначається частотна характеристика (ЧХ) РЦФ?

18. У чому відмінність ЧХ ЦФ від ЧХ аналогового фільтру?

19. Як пояснити періодичність ЧХ ЦФ (математично і фізично)?

20. Як знайти передатну функцію ланки РФ другого порядку по його різницевому рівнянню для прямої форми реалізації?

21. Як знайти передатну функцію ланки РФ другого порядку по його різницевому рівнянню для канонічної форми реалізації?

22. Який зв'язок між передатною функцією і ЧХ РЦФ?

23. Який зв'язок між передатною функцією і ІХ РЦФ?

24. Який зв'язок між ЧХ і ІХ РЦФ?

25. Як знайти аналітичне вираження для ІХ біквадратної ланки?

26. Як визначаються передатна функція і ІХ РЦФ при каскадній формі реалізації через передатні функції і ІХ біквадратних ланок?

27. Як визначаються передатна функція і ІХ РЦФ при паралельній формі реалізації через передатні функції і ІХ біквадратних ланок?

28. Як визначається ЧХ РЦФ при каскадній формі реалізації?

29. Як визначається ЧХ РЦФ при паралельній формі реалізації?

30. Що таке порядок РЦФ і як позначається його значення при реалізації фільтру?

31. Чим визначається мінімально необхідна розрядність коефіцієнтів РЦФ?

 

Нулі і полюси РЦФ (до завдання 1)

32. Що таке нулі передатної функції РЦФ?

33. Що таке полюси передатної функції РЦФ?

34. Як визначити стійкість РЦФ по значеннях його нулів і полюсів?

35. Як взаємозв'язані значення нулів і полюсів з коефіцієнтами РЦФ?

36. Яке можливе положення нулів РЦФ на комплексній площині?

37. Яке можливе положення полюсів РЦФ на комплексній площині?

38. Як по картині нулів і полюсів визначити вид ЧХ ЦФ?

39. Який вигляд має картина нулів і полюсів для РЦФ типу ФНЧ?

40. Який вигляд має картина нулів і полюсів для РЦФ типу ФВЧ?

41. Який вигляд має картина нулів і полюсів для РЦФ типу ПСФ?

42. Який вигляд має картина нулів і полюсів для РЦФ типу ПЗФ?

43. Чи можна синтезувати РЦФ з необхідною ЧХ шляхом відповідного розташування його нулів і полюсів на комплексній площині?

44. Які області ЧХ визначають положення його нулів на комплексній Z- площині?

45. Як знайти значення нулів біквадратної ланки по його коефіцієнтах?

46. Як знайти значення полюсів біквадратної ланки по його коефіцієнтах?

47. Які області ЧХ визначають положення його полюсів на комплексній Z- площині?

48. Що таке частоти нулів і полюсів РЦФ і які значення коефіцієнтів передачі фільтру на цих частотах?

49. Як залежить коефіцієнт передачі ЦФ від значень модулів його полюсів?

50. Для чого потрібне обмеження розрядності коефіцієнтів РЦФ і які його можливі наслідки?

Синтез РЦФ по аналоговому прототипу (до завдання 1)

51. Що є метою синтезу ЦФ (завдання апроксимації)?

52. У чому суть синтезу РЦФ по аналоговому прототипу?

53. Що таке білінійна перетворююча функція?

54. Що таке узагальнене білінійне перетворення і узагальнені перетворюючі функції?

55. Як відображаються точки з комплексної P- площини на комплексну Z- площину при білінійному перетворенні?

56. Як перетворяться частоти аналогового і цифрового фільтрів при білінійному перетворенні?

57. Як отримати аналітичну залежність між частотами аналогового і цифрового фільтрів при білінійному перетворенні?

58. Як перетворяться частоти аналогового і цифрового фільтрів при узагальнених білінійних перетвореннях?

59. Від чого залежить порядок РЦФ, що синтезується?

60. Як визначаються вимоги до аналогового фільтру-прототипу в методі білінійного перетворення?

61. Як визначаються вимоги до аналогового фільтру-прототипу нижніх частот при узагальнених білінійних перетвореннях?

62. Що таке нулі і полюси передатної функції аналогового фільтру і які їх можливі значення і положення на комплексній Р- площині?

63. Які особливості апроксимуючих функцій, використовуваних при синтезі РЦФ?

64. З яких умов вибирається вид апроксимуючої функції?

65. Який вигляд мають ЧХ АФПНЧ для різних видів апроксимації?

66. Як досягається необхідна якість апроксимації ЧХ при синтезі РЦФ по аналоговому прототипу?

67. Як перетвориться ЧХ аналогового ФНЧ-прототипу в ЧХ цифрового ПСФ?

68. Як залежить порядок РЦФ, що синтезується, від виду апроксимуючої функції? З яких умов вибирається вид апроксимуючої функції?

 

Алгоритми і форми реалізації РЦФ (до завдання 1)

69. Відповідно до якого алгоритму і як працює РЦФ?

70. Які основні форми реалізації РЦФ?

71. Які операції треба виконати при реалізації РЦФ і який об'єм цих операцій?

72. Якими можливими способами можна знайти відгук РЦФ на задану вхідну дію?

73. Як здійснюється обробка сигналу біквадратною ланкою РФ в канонічній формі реалізації?

74. Як здійснюється обробка сигналу біквадратною ланкою РФ в прямій формі реалізації?

75. Як здійснюється обробка сигналу РЦФ, реалізованим по каскадній структурі?

76. Як здійснюється обробка сигналу РЦФ, реалізованим по паралельній структурі?

77. Як по різницевому рівнянню біквадратної ланки, реалізованої в канонічній формі, знайти його відгук на одиничний імпульс?

78. Як по різницевому рівнянню біквадратної ланки, реалізованої в прямій формі, знайти його відгук на одиничний імпульс?

79. Як по різницевому рівнянню біквадратної ланки, реалізованого в канонічній формі, знайти його відгук на одиничний стрибок?

80. Як по різницевому рівнянню біквадратної ланки, реалізованої в прямій формі, знайти його відгук на одиничний стрибок?

81. Покажіть граф-схему алгоритму програмної реалізації РЦФ для каскадної форми його реалізації.

82. Покажіть граф-схему алгоритму програмної реалізації РЦФ для каскадної форми його реалізації.

83. Як знайти відгук на одиничний імпульс РЦФ при каскадній формі його реалізації?

84. Як знайти відгук на одиничний імпульс РЦФ при паралельній формі його реалізації?

85. Як визначається різницеве рівняння РЦФ при каскадній формі його реалізації?

86. Як визначається різницеве рівняння РЦФ при паралельній формі його реалізації?

87. Який необхідний об'єм сигнальної пам'яті при різних способах реалізації РЦФ?

 

Завдання кінцевої розрядності чисел і моделювання РЦФ (до завдання 2)

88. Які джерела погрішностей ЦОС, пов'язані з обмеженням розрядності чисел?

89. Яке представлення чисел використовується в цифрових фільтрах?

90. Які формати чисел для коефіцієнтів, відліків вхідного сигналу, добутків і сум добутків?

91. Як виконується обмеження розрядності чисел?

92. На що впливає обмеження розрядності коефіцієнтів фільтру?

93. Чим викликається необхідність обмеження розрядності добутків в РЦФ?

94. Як проявляється кінцева розрядність суматорів?

95. Які завдання аналізу РЦФ, пов'язані з кінцевою розрядністю чисел?

96. Запишіть алгоритми обробки РЦФ, що моделюють обмеження розрядності чисел.

97. Як на мові високого рівня моделюється обмеження розрядності чисел з фіксованою комою?

98. Як на мові високого рівня моделюються цифрові сигнали з обмеженою розрядністю (на прикладі гармонійного сигналу)?

99. Чи можлива в РЦФ обробка сигналу без обмеження розрядності добутків?

100. Покажіть на конкретному прикладі, як здійснюється множення коефіцієнтів ЦФ на відліки сигналу кінцевої розрядності, який при цьому виходить формат твору.

101. Як необхідно перетворити результат множення коефіцієнта ЦФ на відлік сигналу?

102. Які завдання синтезу РЦФ, пов'язані з кінцевою розрядністю чисел?

103. Який можливий порядок операцій по обмеженню розрядності добутків і сум добутків в ланці РФ другого порядку при прямій формі його реалізації?

104. Який можливий порядок операцій по обмеженню розрядності добутків і сум добутків в ланці РФ другого порядку при канонічній формі його реалізації?

105. Для чого потрібне моделювання ЦФ на ЕОМ?

106. Які обчислення необхідно виконати на ЕОМ для розрахунку масштабних множників і шумів квантування?

 

Масштабування сигналів в РЦФ (до завдання 2)

107. Для чого потрібне масштабування сигналів в ЦФ і як воно здійснюється?

108. Як включаються масштабні помножувачі при каскадній формі реалізації РЦФ?

109. Як включаються масштабні помножувачі при паралельній формі реалізації РЦФ?

110. Які умови масштабування сигналів в ЦФ?

111. Чи залежать необхідні значення масштабних множників від виду сигналу?

112. У чому особливості тимчасової оцінки масштабних множників?

113. У чому особливості спектральної оцінки масштабних множників?

114. У чому особливості статистичної оцінки масштабних множників?

115. У чому відмінність масштабування сигналів для біквадратних ланок в прямій і канонічній формах?

116. Як знайти значення масштабних множників для РФ в каскадній формі реалізації?

117. Як знайти значення масштабних множників для РФ в паралельній формі реалізації?

118. Як знайти значення масштабних множників для біквадратної ланки при прямій формі його реалізації?

119. Як знайти значення масштабних множників для біквадратної ланки при канонічній формі його реалізації?

120. Як можна виконати масштабування сигналу шляхом масштабування коефіцієнтів ланок РФ?

121. Чим відрізняється масштабування сигналу шляхом включення масштабних множників на вході усього фільтру або на входах окремих ланок?

122. Чи треба в якості масштабних множників використати їх точні розрахункові значення?

123. Як в режимі моделювання перевіряється правильність вибору масштабних множників?

124. Як впливає спосіб включення масштабних множників на співвідношення сигналу до шуму квантування на виході ЦФ?

125. Як впливає вид масштабних множників на співвідношення сигналу до шуму квантування на виході ЦФ?



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-24; просмотров: 256; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.81.13.254 (0.08 с.)