Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Компютерні системи
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Комп’ютерні системи
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
З ДИСЦИПЛІНИ
«CИСТЕМИ ЦИФРОВОЇ ОБРОБКИ ІНФОРМАЦІЇ»
для студентів денної та заочної форм навчання
спеціальностей “ Комп’ютерні системи та мережі ”, “ Спеціалізовані комп’ютерні системи ”
Харків 2008
Лабораторна робота № 1
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ КВАНТУВАННЯ ЗА ЧАСОМ ТА РІВНЕМ У ЦИФРОВИХ СИСТЕМАХ
Мета роботи – дослідження процесів квантування сигналів цифрових систем.
1.1 Основні теоретичні відомості
Для більшості цифрових систем є необхідним перетворення неперервних сигналів до цифрових або цифрових до неперервних. Перше з цих перетворень відповідає процесам дискретизації неперервного сигналу за часом (моделюється за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП) з періодом дискретизації ) та за рівнем (моделюється нелінійною ланкою зі ступневою статичною характеристикою). Відновлення неперервних сигналів за цифровими послідовностями здійснюється за допомогою екстраполятора, переважно нульового порядку. Процеси квантування суттєво впливають роботу систем цифрового керування. У даній роботі пропонується дослідити вплив процесів квантування за часом та рівнем на якість перехідних процесів та точність цифрової системи, структурна схема якої наведена на рис. 1.1.
1.2 Порядок виконання роботи
1. Виключивши з заданої структурної схеми АЦП та екстраполятор, отримати за допомогою пакету Simulink перехідну функцію та реакцію на лінійно зростаючий сигнал неперервної системи (рис. 1.2). Оцінити показники якості неперервної системи , , та значення статичної помилки .
Рис. 1.1 - Структурна схема цифрової системи
Рис. 1.2 - Схема моделювання
2. Отримати перехідну функцію та реакцію на лінійно зростаючий сигнал цифрової системи для кроків квантування за часом та кроці квантування за рівнем . Оцінити показники якості перехідної функції та значення статичної помилки.
3. Отримати перехідну функцію й реакцію на лінійно зростаючий сигнал цифрової системи при кроці квантування за часом та кроках квантування за рівнем і . Оцінити показники якості перехідної функції та значення статичної помилки.
Занести отримані результати до табл. 1.1.
Таблиця 1.1 - Результати вимірів
Тип системи
Параметри системи
при
Неперервна
-
-
Цифрова
0,01
0,01
0,1
0,01
0,5
0,01
0,01
0,1
0,01
0,25
4. Проаналізувати залежність показників якості та точності системи від кроку квантування за часом і рівнем .
Варіанти завдань наведено у табл. 1.2.
Таблиця 1.2 - Варіанти завдань
Номер варіанту
, с
Номер варіанту
,с
Номер варіанту
,с
1
1
0,1
11
11
0,15
21
21
1
2
2
0,2
12
12
0,25
22
22
2
3
3
0,3
13
13
0,35
23
23
3
4
4
0,4
14
14
0,45
24
24
4
5
5
0,5
15
15
0,55
25
25
5
6
6
0,6
16
16
0,65
26
26
6
7
7
0,7
17
17
0,75
27
27
7
8
8
0,8
18
18
0,85
28
28
8
9
9
0,9
19
19
0,95
29
29
9
10
10
1,0
20
20
1,05
30
30
10
1.3 Зміст звіту
Звіт по лабораторній роботі повинен містити:
Тему лабораторної роботи.
Мету роботи.
Варіант завдання.
Схеми моделювання.
Таблицю з результатами оцінювання показників якості та статичної помилки для різних значень кроків квантування за часом і рівнем.
Висновки по роботі.
1.4 Контрольні питання
За допомогою яких елементів здійснюються дискретизація та відновлення сигналів у цифрових системах?
Як впливають на якість перехідних процесів замкненої цифрової системи значення періоду дискретизації сигналів за часом та кроку квантування за рівнем?
Як змінюються значення статичних помилок (за положенням) замкненої цифрової системи за умов зростання періоду дискретизації сигналів ?
Лабораторна робота № 2
СИНТЕЗ ЦИФРОВИХ РЕКУРСИВНИХ ФІЛЬТРІВ ЗА ДОПОМОГОЮ ПРЯМИХ АНАЛІТИЧНИХ МЕТОДІВ
Мета роботи – вивчення традиційних методів синтезу цифрових рекурсивних фільтрів: апроксимації аналогових фільтрів цифровими та компенсаційного методу.
2.1 Основні теоретичні відомості
Апроксимація неперервних фільтрів цифровими - одна з найпоширеніших у практиці проектування методик розрахунку цифрових систем. Суть методу полягає в тім, що коли до структури цифрової системи входить неперервний об'єкт, то синтез корегуючого цифрового фільтру можна здійснювати методами, відомими з теорії неперервних систем. Отриманий при цьому неперервний фільтр апроксимується цифровим. Існують кілька варіантів апроксимації.
Найбільш простий спосіб апроксимації ґрунтується на використанні дискретних аналогів неперервних операцій, наприклад, на представленні інтегрального закону керування за допомогою методу прямокутників:
або .
Очевидно, що чим меншим є обране значення періоду дискретизації неперервних функцій, тим вище точність такої апроксимації. Однак це вимагає використання процесорів з підвищеною швидкодією, що приводить до подорожчання системи.
Розглянемо неперервний об'єкт керування з передаточною функцією
, (2.1)
для якого неперервний корегуючий фільтр
з забезпечує аперіодичний процес з бажаною постійною часу . Цифровий фільтр, де використано метод прямокутників, має наступну дискретну передаточну функцію:
. (2.2)
Процеси, які отримано в замкненій цифровій системі при с, , с, одиничному ступневому сигналі керування та різних періодах дискретизації , представлені на рис. 2.1.
Рис. 2.1 - Перехідні процеси для цифрової системи з рекурсивним фільтром (2.2) при різних періодах дискретизації
Зі збільшенням періоду дискретизації процес у системі все більше відрізняється від бажаного, а при с стає нестійким. Після проведення синтезу цим способом необхідно виконати перевірку на стійкість і якість цифрової системи. Хоча аналіз отриманої системи виконується з урахуванням особливостей цифрової фільтрації, деякі недоліки рішень, прийнятих на етапі синтезу, не можуть бути усунуті. До таких недоліків (а вони обумовлюються також і недоліками використаних методів синтезу неперервного прототипу фільтру) можна віднести:
а) завищення вимог до параметрів керуючої мікроЕОМ (швидкодія, розрядність і т.д.), пов'язане з необхідністю забезпечення досить малих періодів дискретизації, при яких властивості цифрової системи еквівалентні властивостям неперервної;
б) можливість виникнення схованих коливань у контурах системи, що може привести до втрати запасу стійкості;
в) складність урахування запізнювань, що є властивими для цифрових систем;
г) можливість одержання в деяких випадках структур фільтрів, які неможливо фізично реалізувати.
Очевидно, що такий підхід до синтезу комп'ютерних систем не завжди дозволяє забезпечити максимально можливе використання переваг цифрового перетворювання сигналів, однак завдяки своїй простоті й використанню добре відомих із теорії неперервних систем методів, знаходить досить широке застосування.
Розглянемо синтез цифрових рекурсивних фільтрів за допомогою компенсаційного методу, що ґрунтується на використанні наступних співвідношень (для систем з одиничним негативним зворотним зв'язком):
і , (2.3)
де – дискретна передаточна функція неперервної частини цифрової системи;
, – бажані ДПФ розімкненого та замкненого контурів цифрової системи відповідно.
У цьому випадку врахування дискретних властивостей системи вже на етапі синтезу дозволяє отримати задовільні динамічні характеристики навіть при відносно великих періодах дискретизації.
Повернемося до прикладу, який було розглянуто раніше. Дискретна передаточна функція (ДПФ) неперервного об'єкту з урахуванням екстраполятора нульового порядку має вигляд
,
де . Для бажаної ДПФ замкненої системи вигляду
,
де , можна отримати ДПФ фільтру
, (2.4)
де .
Процеси системи з таким фільтром, як видно з рис. 2.2, практично не змінюються при зміні періоду дискретизації в тих же межах, що й на рис. 2.1, і залишаються стійкими. При цьому вихідна змінна системи в моменти квантування точно відповідає бажаному процесу за будь-яких .
Рис. 2.2 - Перехідні процеси для системи з рекурсивним фільтром (2.4) при різних періодах дискретизації
Однак застосування такої методики передбачає компенсацію за допомогою цифрових фільтрів нулів й полюсів неперервної частини системи, що є в багатьох випадках неприпустимим.
Так, компенсація нестійких нулів і полюсів об'єкту порушує одну з умов працездатності замкненої системи - її грубість. Компенсація стійких нулів об'єкту викликає сховані коливання координат, які в більшості випадків є небажаними.
Крім того з застосуванням цієї методики синтезу можна отримати регулятор, який неможливо реалізувати фізично. Це пов'язано з тим, що при реалізації відповідного схеми цифрової фільтрації в різницевому рівнянні з'являються додатки, які відповідають майбутнім значенням сигналу помилки.
Разом із тим цей підхід не враховує таких специфічних властивостей цифрових систем, як, наприклад, наявність чистого запізнювання, тому не завжди гарантується працездатність і можливість реалізації алгоритмів, які отримано таким способом.
У зв'язку із цим тут, як і в попередньому випадку, процес проектування може повторюватися неодноразово, тому що аналіз отриманих рішень з більш повним урахуванням особливостей цифрової фільтрації може дати негативні результати і вимагає повторення процедури синтезу.
2.2 Порядок виконання роботи
Задано неперервний об'єкт з передаточною функцією
, (2.5)
який з урахуванням екстраполятора нульового порядку має ДПФ
, (2.6)
де ;
;
.
Необхідно виконати синтез цифрового фільтру двома методами, які було розглянуто в п.2.2. Фільтр, що додається до структури системи, повинен забезпечувати перший порядок астатизму, а також показники якості, які відповідають неперервній передаточній функції бажаної замкненої системи вигляду
(2.7)
або дискретної передаточної функції бажаної замкненої системи вигляду
, (2.8)
де – міра швидкодії замкнутої системи (середньогеометричний корінь);
; .
Для цього необхідно:
1. Методом прямого аналітичного синтезу на основі (2.5), (2.7) та формул
і
отримати передаточну функцію неперервного фільтру та апроксимувати його цифровим фільтром при й .
2. Методом прямого аналітичного синтезу на основі (2.6), (2.8) і формул (2.3) синтезувати ДПФ цифрового фільтру при періоді дискретизації та .
3. За допомогою засобів пакету Simulink виконати моделювання замкненої системи з неперервним та дискретним фільтрами, отриманими в п. 1, і дискретними фільтрами, отриманими в п. 2, при одиничному ступневому впливі на вході (див. рис. 2.3) та оцінити показники якості. Отримані результати вимірів занести до табл. 2.1. Проаналізувати працездатність синтезованих цифрових систем, а також зробити висновок про вплив методу синтезу й періоду дискретизації на їх якість.
Варіанти завдань наведено у табл. 2.2.
Рис. 2.3 - Схема моделювання цифрової системи
Таблиця 2.1 - Результати вимірів
Тип системи
Безперервна
-
Цифрова по п. 1
Цифрова по п. 2
Таблиця 2.2 - Варіанти завдань
Номер варіанта
,з
Номер варіанта
,з
Номер варіанта
,з
1
0,1
1
50
11
1,0
10
50
21
0,05
10
50
2
0,2
2
45
12
0,9
9
45
22
0,15
9
45
3
0,3
3
40
13
0,8
8
40
23
0,25
8
40
4
0,4
4
35
14
0,7
7
35
24
0,35
7
35
5
0,5
5
30
15
0,6
6
30
25
0,45
6
30
6
0,6
6
25
16
0,5
5
25
26
0,55
5
25
7
0,7
7
20
17
0,4
4
20
27
0,65
4
20
8
0,8
8
15
18
0,3
3
15
28
0,75
3
15
9
0,9
9
10
19
0,2
2
10
29
0,85
2
10
10
1,0
10
5
20
0,1
1
5
30
0,95
1
5
2.3 Зміст звіту
Звіт по лабораторній роботі повинен містити:
Тему лабораторної роботи.
Мету роботи.
Варіант завдання.
Схеми моделювання.
Таблицю з результатами оцінювання показників якості для різних варіантів синтезу та значень періоду дискретизації.
Висновки по роботі.
2.4 Контрольні питання
У чому полягають переваги та недоліки апроксимації неперервних регуляторів цифровими?
Як здійснюється синтез компенсаційних цифрових регуляторів?
Що є умовою фізичної реалізації аналітично синтезованого цифрового регулятора?
Лабораторна робота № 3
МОДЕЛЮВАННЯ В ПАКЕТІ SIMULINK СИСТЕМИ MATLAB НЕПЕРЕРВНОЇ ЧАСТИНИ ЦИФРОВОЇ СИСТЕМИ
Мета роботи – практичне освоєння методики моделювання в пакеті Simulink системи Matlab неперервних об'єктів цифрових систем
3.1 Основні теоретичні відомості
Нехай неперервний динамічний об'єкт описується диференціальним рівнянням із постійними коефіцієнтами
(3.1)
де - вихідний сигнал об'єкта,
- сигнал керування,
- неперервний час,
- параметри об'єкта, що у загальному випадку є невідомими.
Для того, щоб синтезувати цифрову (зокрема, комп'ютерну ) систему, до складу якої входить об’єкт (3.1), необхідно привести його опис до форми різницевого рівняння.
Здійснимо квантування аналогових сигналів об'єкта:
,
де ,
- період ( такт ) дискретизації сигналів системи.
Заміняючи похідні відповідними кінцевими різницями
і т.д., можна отримати відповідне різницеве рівняння для розглянутого об'єкта керування:
.
У загальному випадку , .
Наприклад, розглядаючи диференціальне рівняння
шляхом дискретизації
приходимо до наступного рівняння:
Відзначимо, що подібні перетворення є коректними лише при малих тактах квантування .
Розглянемо приклад для об'єкту (3.1) з коефіцієнтами та з =0.1сек. Застосовуючи формули заміни похідних кінцевими різницями, одержуємо наступне рівняння:
звідки
(3.2)
Розглянемо оператор зсуву на один такт назад ( ) такий, що
.
З використанням такого оператору різницеве рівняння набуває вигляду:
(3.3)
де , - коефіцієнти різницевого рівняння.
Згідно з (1.3) можна записати дискретну передаточну функцію, яка дорівнює відношенню z-перетворень вихідного й вхідного сигналів системи:
(3.4)
а рівняння об'єкта може бути записано у вигляді
.
Стійкість об'єкта керування визначається розташуванням його полюсів, тобто коренів полінома на комплексній площині . Об'єкт є асимптотично стійким, якщо після дії обмеженого вхідного сигналу він повертається до положення рівноваги. Ця умова дотримується тільки в тому випадку, коли полюси знаходяться всередині одиничного кола на площині , тобто корені характеристичного рівняння
повинні задовольняти нерівності
Для прикладу розглянемо рівняння об'єкту (3.2), яке можна привести до вигляду (3.3), здійснивши зсув усіх змінних на 2 зворотні такти:
(3.5)
Передаточна функція для даного об'єкта має такий вигляд:
Цю функцію можна привести до іншого вигляду:
Вирішуючи рівняння , отримаємо значення z1=0.6, z2=0.75, які задовольняють умові стійкості.
У загальному випадку на реальний об'єкт впливають шуми, які можуть бути описані за допомогою рівняння авторегресії - ковзного середнього
або формуючого фільтра, що має передаточну функцію
Тут - випадковий гаусівський імпульс із нульовим математичним очікуванням і кінцевою дисперсією .
Таким чином, об'єкт керування можна описати стохастичним рівнянням
де - величина чистого запізнювання по каналу керування.
3.2 Порядок виконання роботи
1. Взяти варіант завдання з табл.3.1 відповідно до номера у лабораторному журналі. Вважати, що динамічні властивості неперервного об’єкту керування описуються наступними диференційним рівнянням та передаточною функцією:
2. Провести моделювання неперервного динамічного стохастичного об'єкта в пакеті Simulink системи Matlab. Для цього необхідно запустити систему Matlab і в командному рядку набрати simulink. Створити нову модель (New model) (для цього необхідно натиснути ).
Таблиця 1.1 - Вихідні дані
Номер варіанта
α1
α2
β1
β2
λ
r
1
1.6
7
1.5
8
2.6
1
2
1.5
4.5
1
8
2.8
0.8
3
1.4
5.5
2
7
2.5
1.2
4
1.6
5.5
1.5
7
2.8
1
5
1.5
5.5
1
7
2.6
0.8
6
1.4
6
2
6
3
1
7
1.6
4
1.5
6
2.8
1.2
8
1.5
6
1
6
2.75
1
9
1.4
5
2
5
2.4
0.8
10
1.6
6
1.5
5
3
0.8
11
1.5
4
1
5
2.6
1.2
12
1.4
4
2
4
2.7
1
13
1.6
5
1.5
4
2.8
0.8
14
1.5
5
1
4
2.5
1
15
7.5
8
1
2
2.5
1
16
6
7
1.5
3
2.8
0.8
17
7
9
2
2.5
2.7
1
18
8
14
1
2
2.6
1.2
19
7
11
1.5
2.5
3
0.8
20
6.5
8
2
3
2.4
0.8
21
7.5
12
1
2
2.75
1
22
7.7
11
1.5
3
2.8
1.2
23
6.7
10
2
3
3
1
24
7.5
12.5
1
2
2.6
0.8
25
6.6
10.5
1.5
2.5
2.8
1
26
6.4
10.
2
3
2.5
1.2
27
7
11.5
1
1.5
2.8
0.8
28
6.5
9
1.5
2.5
2.6
1
Для моделювання неперервного об'єкта знадобляться наступні елементи:
генератори вхідних даних, які знаходяться в розділі Source.
передаточна функція (Transfer function), що знаходиться в розділі Continuous.
дисплей для відображення результатів моделювання, що знаходиться розділі Sinks:
3. Створити схему об’єкта з використанням зазначених елементів і провести моделювання для різних форм вхідних сигналів та різних параметрів випадкового сигналу шуму, що впливає на вихідний сигнал моделі .
4. Отримати опис динаміки об'єкта у формі різницевого рівняння за допомогою методу кінцевих різниць з періодом дискретизації ( с).
3. Отримати дискретну передаточну функцію об'єкта керування і провести аналіз його стійкості.
4. Створити схему дискретного моделювання об'єкта керування. Для цього знадобляться наступні додаткові елементи:
елемент чистого запізнювання, що находиться в розділі Discrete
елемент - підсилювач (Gain), що находиться в розділі Math Operations
суматор, що знаходиться в розділі Math Operations
мультиплексор Mux, що знаходиться в розділі Signal Routing:
та інші елементи моделювання, що перелічені вище.
5. Здійснити дискретне моделювання об'єкта керування згідно з побудованою схемою.
6. Провести аналіз отриманих графіків.
3.3 Зміст звіту
Звіт по лабораторній роботі повинен містити:
Тему лабораторної роботи.
Мету роботи.
Опис неперервної та дискретної моделей об'єкта.
Схему моделювання об'єкта.
Графіки процесів на виході об'єкту моделювання.
Висновки по роботі.
1.4 Контрольні питання
Записати для конкретних значень співвідношення між і , і .
Як співвідносяться порядки неперервного й дискретного опису?
Записати умову стійкості динамічного об’єкту на площині .
У чому полягає сенс теореми Котельникова?
Додаток 1
ОПЕРАЦІЙНЕ СЕРЕДОВИЩЕ MATLAB 6.Х
Робота із системою Matlab починається її запуском з іконки робочого столу Windows. У результаті на дисплеї відкривається робочий стіл системи, як це показано на рис. Д. 1.
Рис. Д.1 - Робочий стіл Matlab
Він містить елементи графічного інтерфейсу користувача, які призначені для роботи з файлами, змінними й додатками, пов'язаними з Matlab. Робочий стіл системи складається із трьох вікон: Command Window, у якому розташовано командний рядок, вікна запуску додатків Launch Pad і вікна передісторії викликів Command History.
Крім того, передбачені клавіші для переключення вікна запуску Launch Pad на вікно робочої області Workspace і вікна передісторії Command History на вікно поточного каталогу Current Directory, що дозволяє відкривати, переглядати та виконувати пошук інформації у файлах системи Matlab, які мають необхідне розширення.
На інструментальній панелі системи Matlab викликається інформаційне вікно Current Directory, за допомогою якого забезпечується доступ до переліку раніше викликаних поточних каталогів. Це дозволяє швидко переходити від одного каталогу до іншого та отримувати доступ до файлів. За допомогою кнопки Browse for Folder, яка знаходиться поруч з інформаційним вікном, можна вибрати необхідний каталог.
Додаток 2
ПАКЕТ МОДЕЛЮВАННЯ ДИНАМІЧНИХ СИСТЕМ SIMULINK
Пакет моделювання динамічних систем Simulink, що входить до складу системи Matlab, призначено для моделювання динамічних систем, моделі яких складаються з окремих блоків (компонентів).
Бібліотека Simulink - це набір візуальних об'єктів, використання яких дозволяє досліджувати властивості неперервних та дискретних динамічних систем. Практично для всіх блоків Simulink існує можливість настроювання параметрів. Параметри настроювання відображаються в панелі вікна настроювання обраного блоку.
Пакет Simulink можна запустити за допомогою значка , що знаходиться на панелі інструментів робочого стола системи Matlab (рис. Д. 1). Бібліотеку Simulink поділено на вісім розділів (рис. Д. 2). Зміст виділеного розділу відображується у правому полі вікна бібліотеки (на рис. Д. 2 це розділ Continious, у якому, у свою чергу, виділений блок Derivative).
Рис. Д.2 - Бібліотека Simulink та додаткові пакети
При виконанні лабораторних робіт використовуються наступні ланки розділу Continious (неперервні блоки):
Integrator – неперервний (аналоговий) інтегратор;
Derivate – блок диференціювання;
State-Space – лінійна неперервна система, задана у вигляді рівнянь стану.
Transfer Fcn – лінійний неперервний блок, заданий своєю передаточною функцією;
Transport Delay – блок пам'яті, що реалізує часову затримку, яка задається в полі настроювання.
Відзначимо, що замість звичного позначення «р» для оператора Лапласа в Matlab використовується позначення «s».
Вікно настроювання блоку State-Space представлено на рис. Д. 3. Цей блок використовується при моделюванні систем, представлених у просторі станів.
Рис. Д.3 - Панель настроювання блоку State-Space
Тут – матриці рівнянь стану
– матриця розмірності , де – число змінних стану;
– матриця розмірності , де – число керуючих впливів (входів);
– матриця розмірності , де – число виходів системи;
– матриця розмірності .
Матриця вводиться в рядок панелі в такий спосіб:
,
де – коефіцієнти матриці, а крапка з комою розділяють рядки матриці.
Вікно настроювання блоку Transfer Fcn, що найбільше часто використовується при моделюванні систем керування, представлено на рис. Д. 4.
Рис. Д.4 - Вікно настроювання блоку Transfer Fcn
Передаточна функція лінійної неперервної ланки системи керування в загальному випадку записується у вигляді
,
де .
Коефіцієнти чисельника цієї функції слід ввести в полі Numerator, починаючи з коефіцієнта при старшому ступені , відокремлюючи їх друг від друга пробілами. Аналогічно заповнюється поле знаменника передаточної функції Denominator, починаючи з коефіцієнта .
Вікно настроювання блоку Transport Delay зображено на рис. Д. 5. У рядку Time delay уводиться час запізнювання.
Дискретні блоки представлені в розділі Discrete. Ця бібліотека містить наступні необхідні для виконання робіт блоки:
Zero-Order Hold – екстраполятор нульового порядку;
Unit Delay – блок затримки сигналу на один період дискретизації;
Descrete Transfer Fcn – блок завдання дискретної ланки через дрібно - раціональну дискретну передаточну функцію відносно .
За замовчуванням передбачається, що на вході кожного із цих дискретних ланок виконується дискретизація вхідного сигналу за часом.
Для встановлення кроку квантування за часом Sample time у блоці Zero-Order Hold (рис. Д. 6) необхідно клацнути правою кнопкою по ньому й вибрати в меню Block Parameters.
Рис. Д.5 - Вікно настроювання блоку Transport Delay
Рис. Д.6 - Вікно настроювання блоку Zero-Order Hold
У блоці Descrete Transfer Fcn (рис. Д. 7) задаються коефіцієнти передаточної функції чисельника й знаменника, як у відповідній неперервній ланці Transfer Fcn, а також період дискретності (Sample time). Для цього треба натиснути праву кнопку миші й вибрати Block Parameters.
У блоці Unit Delay задають період дискретизації (Sample time), як це показано на рис. Д. 8.
З бібліотеки Math при виконанні наведених лабораторних робіт використовуються блоки Sum і Gain.
Sum – суматор має один вихід, і дозволяє алгебраїчно підсумовувати будь-яке число сигналів на вході. У вікні настроювання в рядку List of signs вказуються знаки вхідних сигналів (рис. Д. 9).
Рис. Д.7 - Вікно настроювання блоку Descrete Transfer Fcn
Рис. Д.8 - Вікно настроювання блоку Unit Delay
Gain – підсилювач (безінерційна ланка). У вікні настроювання вказується коефіцієнт підсилення (рис. Д. 10).
Для побудови матричного регулятора треба в рядку Multiplication вибрати Matrix(K*u), як це показано на рис. Д. 11.
Рядок Gain у цьому випадку буде являти собою вектор - рядок, що складається з коефіцієнтів матричного регулятора.
Бібліотека нелінійних блоків Nonlinear містить блоки Saturation, Quantizer і Manual Switch, необхідні для виконання лабораторних робіт.
Saturation – підсилювач з обмеженням (нелінійність типу «обмеження»). Величина обмеження при позитивному й негативному вхідних сигналіах встановлюється у вікні настроювання (рис. Д. 12).
Рис. Д.9 - Вікно настроювання блоку Sum
Рис. Д.10 - Вікно настроювання блоку Gain
Рис. Д.11 - Вікно настроювання блоку Gain для матричного регулятора
Рис. Д.12 - Вікно настроювання блоку Saturation
Quantizer – блок, який забезпечує квантування вхідного сигналу за рівнем (рис. Д. 13). Величина кроку задається у вікні настроювання. У системах керування такі блоки є частиною аналого-цифрових перетворювачів.
Рис. Д.13 - Вікно настроювання блоку Quantizer
Manual Switch – ключ, який перемикається безпосередньо користувачем. У процесі моделювання за допомогою цього ключа зручно міняти параметри та структуру моделі.
Віртуальні прилади для спостереження й реєстрації процесів у досліджуваній моделі представлені в бібліотеці Sinks.
При складанні моделей використовується осцилоскоп для спостереження часових залежностей Scope. На рис. Д. 14 показано екран осцилоскопа та його вікно настроювань. Вікно настроювань відкривається на панелі інструментів Scope (рис. Д. 14, a) за допомогою кнопки .
а) б)
Рис. Д.14 – Осцилоскоп Scope (а) та його вікно настроювань (б)
Перше поле вікна настроювань Namber of axes задає число процесів для спостереження, що дозволяє виводити графіки на декількох розташованих друг під другом екранів осцилоскопа.
Бібліотека Sources містить необхідні джерела сигналів. При виконанні лабораторних робіт варто скористатися блоками Constant, Step, Sine Wave, Ramp і Signal Generator.
Constant – постійний вхідний вплив; у вікні настроювань (рис. Д. 15) задається величина цього впливу.
Рис. Д.15 - Вікно настроювань блоку Constant
Step – ступневий вхідний вплив; у вікні настроювань (рис. Д. 16) задаються момент подачі сигналу Step time (звичайно 0), початкове значення сигналу Initial value (звичайно 0), кінцеве значення сигналу Final value (звичайно 1).
Рис. Д.16 - Вікно настроювань блоку Step
Ramp – лінійно наростаючий сигнал; у вікні настроювань (рис. Д. 17) вказуються нахил Slope (переважно 1) та час подачі сигналу Start time.
Рис. Д.17 - Вікно настроювань блоку Ramp
Sine Wave – синусоїдальний вхідний вплив; у вікні настроювань (рис. Д. 17) задаються амплітуда, частота й початкова фаза синусоїдального сигналу.
Рис. Д.18 - Вікно настроювань блоку Sine Wave
Signal Generator – генератор періодичних сигналів, вікно настроювань (рис. Д. 19) якого містить вибір форми періодичного сигналу Wawe form, установку амплітуди сигналу, частоти та вибір її одиниць виміру (пропонується два варіанти: герци та радіани за секунду).
Рис. Д.19 - Вікно настроювань блоку Signal Generator
При виконання робіт можна застосовувати параболічний вхідний вплив, для формування якого треба після лінійно зростаючого сигналу передбачити інтегратор (з'єднати послідовно блоки Ramp і Integrator) або два інтегратори після вхідного ступневого
06.02.2014 00:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора