Matlab与Sinmulink仿真应用(10---模拟信号数字化)
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基于MATLAB的模拟信号数字化系统的研究与仿真摘要本文研究的主要内容是《通信原理》仿真实验平台的设计与实现---模拟信号数字化Matlab软件仿真。
若信源输出的是模拟信号,如电话传送的话音信号,模拟摄像机输出的图像信号等,若使其在数字信道中传输,必须在发送端将模拟信号转换成数字信号,即进行A/D变换,在接收端则要进行D/A变换。
模拟信号数字化由抽样、量化、编码三部分组成。
由于数字信号的传送具有稳定性好,可靠性高,方便传送和传送等诸多优点,使得被广泛应用到各种技术中。
不仅如此,Matlab仿真软件是常用的工具之一,可用于通信系统的设计和仿真。
在科研教学方面发挥着重要的作用。
Matlab有诸多优点,编程简单、操作容易、处理数据迅速等。
本文主要阐述的是模拟信号数字化的理论基础和实现方法。
利用Matlab提供的可视化工具建立了数字化系统的仿真模型,详细讲述了抽样、量化、编码的设计,并指出了在仿真建模中要注意的问题。
在给定的仿真条件下,运行了仿真程序,得到了预期的仿真结果。
关键词:Matlab、模拟信号数字化、仿真绪论1837年,莫尔斯完成了电报系统,此系统于1844年在华盛顿和巴尔迪摩尔之间试运营,这可认为是电信或者远程通信,也就是数字通信的开始。
数字化可从脉冲编码调制开始说起。
1937年里夫提出用脉冲编码调制对语声信号编码,这种方法优点很多。
例如易于加密,不像模拟传输那样有噪声积累等。
但在当代代价太大,无法实用化;在第二次世界大战期间,美军曾开发并使用24路PCM系统,取得优良的保密效果。
但在商业上应用还要等到20世纪70年代。
才能取代当时普遍采用的载波系统。
我国70代初期决定采用30路的一次群标准,80年代初步引入商用,并开始了通信数字化的方向。
数字化的另一个动向是计算机通信的发展。
随着计算机能力的强大,并日益被利用,计算机之间的信息共享成为进一步扩大其效能的必需。
60年代对此进行了很多研究,其结果表现在1972年投入使用的阿巴网。
Matlab/Simulink的仿真应用一、基于Matlab 的信号与系统仿真实验《信号与系统》是电气信息类专业的重要专业基础课,其理论性较强,概念抽象而难以理解,公式推导复杂、计算繁琐,系统分析时的时域图和频谱图都较难绘制。
该课程传统教学一直采用黑板式的单一教学方式,大量的数学计算使课堂教学枯燥沉闷,学生依靠做大量习题来巩固和理解教学内容,对课程中众多的应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分析,严重影响和制约了教学效果,直接造成理论教学课时不够,实践教学环节薄弱,学生学习负担加重的不良后果针对《信号与系统》课程内容的特点,利用MATLAB的信号处理工具箱和图形处理及数据可视化,将结论直接用图形来演示,具有让学生直观地认识抽象的概念、定理、结论,深入理解重要概念的作用。
● 1.1 MATLAB简介美国MathWorks 公司于1984 年推出一款面向工程和科学运算的MATLAB (MatrixLaboratory--矩阵实验室)高性能软件,被广泛应用于数值分析、自动控制、信号处理、信息通信、工程建筑金融分析及图像处理等众多领域,是目前国际上公认的最具影响力的科技应用软件,深受工程技术人员及科研工作者的欢迎。
目前,国内外很多高等院校已将MATLAB列为本科生、研究生必须掌握的基础工具软件之一。
它的主要特点包括: (1)高效的数值计算及符号计算功能,使用户摆脱了繁杂的数学运算分析;(2)完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;(3)友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,易于学习和掌握,编程效率极高;(4)开放性好,能与多种平台工具软件兼容;(5)功能丰富的应用工具箱,具有广泛解决各学科专业领域内复杂问题的能力。
● 1.2 MATLAB仿真实验应用MATLAB 强大的符号运算功能与图形处理功能,为实现信号的可视化及系统分析提供了强有力的工具。
工具箱函数可以分析连续信号、连续系统、离散信号、离散系统等,并可对信号进行时域和频域的各种计算、分解和变换,如相加、相乘、移位、反折、傅立叶变、拉氏变换、Z 变换和频谱分析等多种计算功能。
simulink matlab仿真环境教程Simulink是面向框图的仿真软件。
演示一个Simulink的简单程序【例1.1】创建一个正弦信号的仿真模型。
步骤如下:(1) 在MATLAB的命令窗口运行simulink 命令,或单击工具栏中的图标,就可以打开Simulink模块库浏览器(Simulink Library Browser) 窗口,如图1.1所示。
图7.1 Simulink界面(2) 单击工具栏上的图标或选择菜单“File”——“New”——“Model”,新建一个名为“untitled”的空白模型窗口。
(3) 在上图的右侧子模块窗口中,单击“Source”子模块库前的“+”(或双击Source),或者直接在左侧模块和工具箱栏单击Simulink下的Source子模块库,便可看到各种输入源模块。
(4) 用鼠标单击所需要的输入信号源模块“Sine Wave”(正弦信号),将其拖放到的空白模型窗口“untitled”,则“Sine Wave”模块就被添加到untitled窗口;也可以用鼠标选中“Sine Wave”模块,单击鼠标右键,在快捷菜单中选择“add to 'untitled'”命令,就可以将“Sine Wave”模块添加到untitled窗口,如图1.2所示。
(5)用同样的方法打开接收模块库“Sinks”,选择其中的“Scope”模块(示波器)拖放到“untitled”窗口中。
(6) 在“untitled”窗口中,用鼠标指向“Sine Wave”右侧的输出端,当光标变为十字符时,按住鼠标拖向“Scope”模块的输入端,松开鼠标按键,就完成了两个模块间的信号线连接,一个简单模型已经建成。
如图1.3所示。
(7) 开始仿真,单击“untitled”模型窗口中“开始仿真”图标,或者选择菜单“Simulink”——“Start”,则仿真开始。
双击“Scope”模块出现示波器显示屏,可以看到黄色的正弦波形。
基于NX与Matlab/Simulink的协同仿真与应用1引言传统的机电产品设计中,机械结构设计和控制系统设计是各自独立的,分别采用功能不同的软件进行设计、调试和试验,最后通过物理样机,进行机械结构和控制系统的联合调试,如果发现问题,需要各自分别修改,然后再进行物理样机的制造和调试,这需要较长的开发周期[1]。
NX是当今世界最先进的CAD/CAM/CAE三维集成化软件之一,为用户提供了一整套集成的、全面的产品开发解决方案,用于产品设计、分析和制造,广泛应用于航空航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。
Simulink是MA TLAB中的一种可视化仿真工具,它提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境,被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计,是常用的控制系统设计软件之一。
利用NX与Simulink的协同仿真,可以将机械结构与控制系统设计仿真软件有机结合起来,然后对系统进行协同分析,直到获得满意的设计效果,这大大的提高了设计效率,缩短了开发周期,降低了开发产品的成本,获得了优化的系统整体性能。
本文介绍了NX8.0与Matlab/Simulink(2010A)协同仿真的方法,通过该方法,可充分发挥软件各自的特长,为复杂机电产品设计仿真提供一集成化平台。
2 NX与Simulink协同仿真流程NX与Matlab/Simulink实现协同仿真的流程如下:1)在NX中完成机械结构的设计。
2)在NX用户默认设置中指定可执行文件matlab.exe的位置(文件→用户默认设置→运动分析→分NX的运动仿真模块,指定动力学分析,高级解算方案选择协同仿真。
4)设置控制/动态解决方案。
解算方案类型选择常规驱动,分析类型选择控制/动力学。
5)根据具体情况创建运动副、连杆、标记点(Marker)、传感器等,传感器必须依靠标记点才能把信息通过工厂输出传递给控制系统。
6)创建工厂输入。
工厂输入是Simulink控制系统输出到NX机械机构信息的容器,Simulink中的控制系统把生成的输出信号保存在工厂输入中,工厂输入可以是力、扭矩等。
matlab实验报告和Simulink方法及仿真实验山东建筑大学姓名:XX学号201009班级: 095班山东建筑大学机电工程学院2013.07.01~2013.07.07第二部分Simulink方法及仿真实验一、开环系统1、如图所示,当输入信号分别是方波信号和正弦信号时,分析输出信号的波形。
积分环节的特点是输出量为输入量对时间的累积,输出幅值呈线性增长。
(a)输入信号是方波信号输入信号波形图输出信号波形图分析:当输入信号时方波信号时,输出信号等于对方波信号时间的累积。
当方波信号在高电位时,输出为线性增长;当方波信号在零电位时,输出信号不增加,并且是保持不变的,因此是一条直线,在时间的积累下,输出信号就是如图所示的波形。
2、如图所示,开环系统是一阶惯性环节的开环系统。
当输入信号分别是方波信号和正弦信号时,分析输出信号的波形。
一阶惯性环节逇输出需要延迟一段时间才能够接近所要求的输出量,但是它也是从输入开始的时候就有了输出。
(a)输入信号是方波信号输入信号波形图输出信号波形图分析:当输入信号是方波信号时,输出量一开始就有了,且从0开始逐渐增大,当达到1/2周期时,输出量达到了最大值;当方波信号为零电位时,输出量有不断减小,在一个周期时变为0,如此周期变化下去,因此可以得到输出信号的波形图如图所示。
3如图所示,开环系统是微分环节的开环系统。
当输入信号分别是方波信号和正弦信号时,分析输出信号的波形。
微分环节的输出为输入的倒数,反映了输入的变化趋势,因此,可以对输入的变化趋势经行预测。
微分环节可以对系统提前施加校正作用,以提高系统的灵敏度。
(a)输入信号是方波信号输入信号波形图输出信号波形图分析:当输入信号是方波信号时,在0~T/2和T/2~T内,方波信号处于高电位和点电位不发生变化,因此输出信号应该为0,在T/2时刻,输入信号从高电位变为地点为,变化率趋紧负无穷大,因此输出信号应该是接近负无穷大;同理,在T时刻,输出信号应该是接近正无穷大,但是由于系统的原因,都不会无穷大,而是以比较大的值,并且会有一定的时间延迟。
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二、实验题
1.(1)改变Gain模块的增益,查看Scope显示波形的变化。
(2)用Silder Gain模块取代Gain模块,改变Silder Gain模块的增益,观察x-y波形的变化,用浮动的Scope模块观测各点波形。
2、①根据微分方程式建立模型:将Sine Wave模块的Phase(rad)设置为pi/2,即成为COS 模块。
将integrator(1/s)模块的Initial condition设置为1,可实现y(0)=1。
设置参数:从模型编辑窗口的“Simulation”菜单中选择“Configuration Parameters”命令,将Stop time设置为40。
②仿真操作,单击窗口中的Start simulation按钮,就可在Scope中看到仿真结果的变化曲线。
3、建立系统模型并进行仿真
双击Scope模块,打开Scope示波器窗口,单击该窗口工具栏的Parameters 按钮,在打开的对话框的General选项卡的Numbers of axes:后的编辑框中输入2,然后单击OK按钮。
4、①先建立模型
②选中除输入输出模块外其他模块,执行Edit菜单的Create Subsystem命令,建立子系统。
③选中子系统模块,执行Edit菜单的Mask Subsystem命令。
封装子系统。
④在Mask Editor对话框的Parameters选项卡中的Dialog Parameters栏内增加三个变量。