MatlabSimulink系统建模与仿真

课程设计任务书 设计题目 Matlab/Simulink系统建模与仿真

设 计 要 求

1.认真学习并熟练掌握Matlab/Simulink 软件的应用及仿真。 2.按照题目1给出的要求建立起Simulink模型，并进行仿真，仿真完成后，可以由MATLAB命令可以得出输出信号波形。 3.按照题目2给出的要求，建立起系统的Simulink仿真模型，并绘制出滤波前后频谱波形。

工 作 计 划

2011.6.19 查询资料，下载相关软件并正确安装。 2011.6.20-6.25 学习相关软件，并按要求进行模型设计，应用相关软件进行仿真。 2011.6.26 检查仿真结果并提交完成好的设计报告。

指导老师： 教研室主任： 1

电子信息课程设计 Matlab/Simulink通信系统建模与仿真 一、设计目的：学习Matlab/Simulink的功能及基本用法，对给定系统进行建模与仿真。 二、基本知识：Simulink是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，依托于MATLAB丰富的仿真资源，可应用于任何使用数学方式进行描述的动态系统，其最大优点是易学、易用，只需用鼠标拖动模块框图就能迅速建立起系统的框图模型。 三、设计内容： 1、基本练习： （1） 启动SIMULINK：先启动MATLAB，在命令窗口中键入：simulink，回车；或点击窗口上的SIMULINK图标按钮。

（2） 点击File\new\Model或白纸图标，打开一个创建新模型的窗口。 2

（3） 移动模块到新建的窗口，并按需要排布。 （4） 连接模块：将光标指向起始模块的输出口，光标变为“+”，然后拖动鼠标到目标模块的输入口；或者，先单击起始模块，按下Ctrl键再单击目标模块。 （5） 在连线中插入模块：只需将模块拖动到连线上。 （6） 连线的分支与改变：用鼠标单击要分支的连线，光标变为“+”，然后拖动到目标模块；单击并拖动连线可改变连线的路径。 （7） 信号的组合：用Mux模块可将多个标量信号组合成一个失量信号，送到另一模块（如示波器Scope）。 （8） 生成标签信号：双击需要加入标签的信号线，会出现标签编辑框，键入标签文本即可。或点击Edit\Signal Properties。传递：选择信号线并双击，在标签编辑框中键入<>，并在该尖括号内键入信号标签即可。 四、建立模型 （一） 干扰为1000Hz单频正弦波的带阻滤波器设计 要求：设一段音频信号中混杂了一个1000Hz的单频正弦波干扰，试设计一个带阻滤波器对其进行滤波。 目的：观察滤波前后的频谱变化，并通过声卡将滤波前后的声音输出到扬声器，进行主观对比，看所设计的带阻滤波器是否能够起到抑制单频正弦波干扰的目的？设计一个带阻滤波器的阶数和滤波效果的关系如何？ 1.建立Simulink测试模型 在创建模拟窗口添加各个模块并进行连接，得到测试模型如图(1)所示

图1.音频信号中混杂了一个1000Hz的单频正弦波干扰并滤波 3

2.模型分析 模型中，话音信号设为8000Hz采样率的，从外部wav文件读入。1000Hz的单频正弦波采用信号处理箱中离散正弦波发生模型Sine Wave 产生，幅度为1V。Buffer 模型实现音频数据串行化，以便同单频干扰相叠加。 采用Digital Filter Design 模型设计带阻滤波器对单频干扰进行滤波，针对1000Hz信号，带阻滤波器的中心阻带频率设置为[950,1050],两端通带频率点分别为700Hz和1300Hz。阻带抑制度分别为5dB,15dB和25dB,采用切比雪夫1型。Digital Filter Design 模块设计出来对应的滤波器阶数分别为2,4,6阶。分别用这三种阻带抑制度下的滤波器对信号进行滤波，从喇叭中聆听滤波结果（分别保存在wav文件:ch3prob5filter5dBdepress.wav, ch3prob5filter15dBdepress.wav, ch3prob5filter25dBdepress.wav中）。 3.测试结果 从喇叭中聆听结果是：5dB抑制度下单频干扰声音仍然明显；15dB抑制度下单频干扰明显减弱，25dB抑制度下单频干扰已经很小了。 4.结论分析 以上结果说明：抑制度要求越高，则所需滤波器阶数就越大，对干扰的抑制效果将越好。 5.测试模型改进 修改测试模型，使之能够观察滤波前后的频谱情况。修改后的模型如图（2）所示

图2.频谱测试模型 为了使得频谱仪显示两对比频谱不重叠，测试模型中将滤波输出信号衰减了3dB再送入频谱仪。当滤波器带阻抑制度为15dB时，仿真所得功率如图（3）所示。 4

图3.滤波器阻带抑制度为15dB时滤波前后的信号功率谱 图中，1000Hz处得线频谱为单频干扰，滤波后，该干扰线谱下降约15dB. （二）干扰为1000Hz方波的梳状滤波器设计 要求：将音频信号中混杂的1000Hz的单频正弦波干扰换成1000Hz的方波或三角波，试设计一个带阻滤波器对其进行滤波。 目的：测试带阻滤波器的抑制效果如何？试设计一个梳状滤波器来抑制这样的干扰，从听觉上对比两者的效果。 1.建立Simulink测试模型 在创建模拟窗口添加各个模块并进行连接，得到测试模型如图（4)所示

图4.梳状滤波器抑制谐波干扰的测试模型 2.模型分析 模型中，采用Sigual Generator 产生1000Hz的方波或锯齿波，再用Unit Delay 模块采样，采样时间间隔为1/8000秒。Digital Filter Design模块设计为梳状滤波器模式，其参数设计对话框以及频率响应曲线如图（5）所示。 5

图5.梳状滤波器设计参数和频率响应 3.测试结果 执行仿真或滤波输出音频通过喇叭输出，同时保存为wav外文件。Ch3pro6org.wav为加入1000Hz方波干扰后的音频信号，其中干扰声音严重影响了话音质量，而滤波输出Ch3pro6filter.wav中则基本听不出干扰来。 4. 结论分析 仿真执行中的频谱仪显示如图6所示，显然，输出频谱在1000Hz整数倍频上被抑制了。

图6.梳状滤波器滤波前后的话音功率谱 6

5.程序仿真 Simulink模型不变，所不同的是Digital Filter Design模块的配置。这里先用编程方法设计出梳状滤波器传递函数的分子分母系数来，然后导入到Digital Filter Design模块中。 编程法设计梳状滤波器程序如下： >> % ch3prob6.m >> Fs=8000;Ts=1/8000; %采样率 >> f0=1000; %梳状滤波器开槽基频率 >> bw=100/(Fs/2); %归一化开槽带宽 >> ab=-3; %计算开槽带宽位置处的衰减分贝值 >> n=Fs/f0; %计算滤波器阶数 >> [num,den]=iircomb(n,bw,ab,'notch'); %计算H(z) >> freqz(num,den,4000,8000); %作出H(z)的幅频相频图 >> axis([0 4000 -30 5]) 执行程序ch3prob6.m后，得出所设计的梳状滤波器幅频相频曲线如下图(7)所示，以及其传递函数的分子分母系数num,den。

图7.程序ch3prob6设计得到的梳状滤波器幅频相频曲线 双击Digital Filter Design模块图标，在参数设置对话框中选择滤波器参数导入模式，填写分子分母系数分别为num，den，采样率取8000Hz,滤波器结构可任选。Digital Filter Design模块的设计参数的导入和频率响应曲线参见图(8)。 7

图8.梳状滤波器设计参数的导入和频率响应 按所设置参数及所给程序进行仿真，仿真结果同上。 6．纯程序仿真测试 谐波干扰采用1000Hz和3000Hz的正弦波叠加来模拟。 程序代码如下： >> % ch3pro6B.m >> Fs=8000;Ts=1/8000; %采样率 >> f0=1000; %梳状滤波器开槽基频率 >> bw=100/(Fs/2); %归一化开槽带宽 >> ab=-3; %计算开槽带宽位置处的衰减分贝值>> n=Fs/f0; %计算滤波器阶数 >> [num,den]=iircomb(n,bw,ab,'notch'); %计算H(z) >> freqz(num,den,4000,8000); %作出H(z)的幅频相频图 >>Axis([0 4000 -5 1]);

>>t=0:Ts:10; >>sig=wavread(‘ch3prob5org.wav’); >>interf=0.5*sin(2*pi*1000*t’)+0.5*sin(2*pi*3000*t’); %谐波干扰

>>mixed=sig(1：length(interf))+interf; >>sound(0.5*mixed,Fs); 8

>>filterout=filter(num,den,mixed); >>sound(filterout,Fs); >>wavwriter(filterout,Fs,’ch3prob6meth3filterd.wav’) 7.程序仿真结果分析 程序执行后，首先从喇叭输出滤波之前的音频信号，可听见较强的谐波干扰声，然后从喇叭输出滤波后的音频，基本听不到谐波干扰声了。程序执行完毕将滤波输出音频信号写入音频文件ch3prob6meth3filterd.wav。 五、设计总结 经过一周的课程设计，我对matlab有了较深的认识，它在数学方面，绘图方面都有较庞大的系统，特别这次课程设计的simlink系统的绘图功能让我认识到matlab的功能强大。 Matlab是一个基于矩阵运算的软件，所以在运用的时候，也就是在编程的时候，应该尽可能使用矩阵而不是循环来赋值，否则matlab就不能真正发挥到作用。 设计过程中也遇到了很多问题，主要是对simlink仿真元件库不熟悉造成。这让我充分认识到实践的重要性，特别是各类软件的使用，不能眼高手低，需要将理论与实践结合起来，多练习以达到知识真正为我所用的目的。 课程设计结束了，但是我们学习的过程没有结束，以后的学习中，要以此次设计所暴露的问题和总结出的经验为积淀，不断提高自己的能力。 六、参考文献 （1）通信原理 第6版 国防工业出版社 （2）matlab语言程序设计教程 中国铁道出版社