- •Оглавление
- •Цифровые системы управления
- •Введение
- •1. Лабораторная работа № 1 реализация релейного закона управления на эвм
- •1.1. Плата ввода-вывода l-154
- •1.2. Программное обеспечение платы
- •1.3. Подключение объектов управления
- •1.4. Задание
- •1.5. Порядок выполнения работы
- •1.6. Контрольные вопросы
- •1.7. Литература
- •2. Лабораторная работа № 2 реализация пропорционального закона управления на эвм
- •2.1. Подключение объектов управления
- •2.2. Задание
- •2.3. Порядок выполнения работы
- •2.4. Контрольные вопросы
- •2.5. Литература
- •3. Лабораторная работа № 3 пропорциональный регулятор с исполнительным механизмом постоянной скорости на базе эвм
- •3.1. Подключение объекта управления
- •3.2. Задание
- •3.3. Порядок выполнения работы
- •3.4. Контрольные вопросы
- •3.5. Литература
- •4. Лабораторная работа №4 цифровой осциллограф
- •4.1. Программа oscil.Exe
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Основной экран программы “oscil.Exe”
- •4.1.2.1. Всплывающие меню
- •4.1.2.2. Область для графических окон (2)
- •4.1.2.3. Управляющая панель.
- •4.1.3. Меню Файл.
- •4.1.4. Меню Установки
- •4.1.5. Меню «Графики»
- •4.1.6. Лупа
- •4.1.7. Спектральное окно
- •4.2. Задание
- •4.3. Порядок выполнения работы
- •4.4. Контрольные вопросы
- •4.5. Литература
- •5. Лабораторная работа №5 преобразование аналогового сигнала в цифровых системах
- •Преобразование аналогового сигнала в цифровых системах
- •5.2. Задание
- •5.3. Порядок выполнения работы
- •5.4. Контрольные вопросы
- •5.5. Литература
- •6. Лабораторная работа №6 дискретное преобразование фурье
- •6.1. Общие положения
- •6.2. Задание
- •6.3. Порядок выполнения работы
- •Моделирование системы цифрового управления аналоговым объектом
- •Операции ввода-вывода в реальном масштабе времени
- •8.2. Процедуры и функции для работы с платой
- •8.3. Задание
- •8.4. Порядок выполнения работы
- •Цифровая система управления аналоговым объектом
- •9.2. Задание
- •9.3. Порядок выполнения работы
- •Цифровой фильтр
- •10.2. Задание
- •10.3. Порядок выполнения работы
- •10.4. Контрольные вопросы
- •10.5. Литература
- •11. Лабораторная работа № 11 цифровой апериодический регулятор
- •11.1. Общие положения
- •11.2. Задание
- •11.3. Порядок выполнения работы
- •11.4. Контрольные вопросы
- •11.5. Литература
5.4. Контрольные вопросы
Как выбрать частоту дискретизации?
Как связана разрядность ЭВМ с ошибкой квантования?
Какая существует зависимость между частотой дискретизации, длительностью записанного сигнала и числом отсчетов?
Как вычислить шаг квантования по уровню?
Поясните полученные в работе графики.
Какие процедуры и функции используются в программе?
Как сформировать массив дискретизированных данных по уровню и времени?
Как определить использованные параметры квантователя по уровню?
5.5. Литература
Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов – Спб.: Питер,2003.-608 с.
Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.- 541с.
Остем К., Виттенмарк Б. Системы управления сЭВМ: Пер. с англ.- М.: Мир, 1987.- 480с.
Н.Н. Мартынов, А.П. Иванов MATLAB 5.х. Вычисление, визуализация, программирование – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000. – 336 с.
6. Лабораторная работа №6 дискретное преобразование фурье
Цель работы: освоение цифрового спектрального анализа.
Оборудование: Pentium 2 с пакетом Matlab.
6.1. Общие положения
Дискретное преобразование Фурье используется для анализа частотного состава сигналов и выполняется над решетчатой функцией. Оно определяется соотношениями:
, где: N – число отсчетов, n – номер текущего отсчета, k – дискретная частота. Обычно N берут кратной степени 2: 512, 1024, 2048,…В этом случае программа вычисления спектра выполняется быстрее, т.к. используется алгоритм быстрого преобразования Фурье. Чем больше N, тем с большей степенью точности будет определена частота. При дискретном преобразовании Фурье частота также дискретна. Единице дискретной частоты соответствует реальная частота , где: T – период отсчетов. Таким образом, дискретной частоте соответствует частота , а частоте соответствует частота Найквиста . При спектр перекрывается со спектром другого порядка. Поэтому максимальная частота анализируемого сигнала не должна превышать половины частоты дискретизации. Спектр сигнала является величиной комплексной. Спектр симметричен относительно точки .
6.2. Задание
Определить спектры сигналов по экспериментально полученным в лабораторной работе № 4 данным, записанным во внешние текстовые файлы.
Определить спектры дискретизированных сигналов записанных во внешние текстовые файлы при выполнении лабораторной работы № 5.
6.3. Порядок выполнения работы
Подготовить для ввода в MATLAB файл экспериментальных данных, полученных в лабораторной работе № 1 с помощью программы “OSCIL”. Для этого выполнить следующие действия:
Вызвать файл данных в текстовый редактор и списать в тетрадь параметры цифровой записи исходного сигнала из заголовка файла (длительность записи, частоту дискретизации, число отсчетов).
Удалить из файла данных заголовок.
При одноканальном вводе с записью текущего времени данные записывались в два столбца (время и отсчет). Если время не записывалось, то присутствует только один столбец отсчетов. Столбец времени можно удалить.
Записать отредактированный файл в формате “текст DOS” с расширением txt.
Войдите в приложение MATLAB.
Откройте Ваш файл специальной функцией fopen: fid=fopen(‘имя файла’,’флаг’), где Fid – файловая переменная. Имя файла должно включать путь к нему.
Считать текстовый файл данных, присвоив записанные в нем значения элементам вектора в рабочем поле Matlab. Для чтения необходимо использовать функцию fscanf, предназначенную для чтения форматированных данных из текстовых файлов. Формат команды: x=fscanf(fid,’%f’); ,где: x – имя вектора данных, fid – файловая переменная. Для файла данных со столбцом времени данные присваиваются матрице 2*N командой x=fscanf(FID,'%f',[2,N]), где N –количество считанных строк.
Определить количество считанных отсчетов, используя функцию size(x), где x – имя вектора. Функция возвращает вектор, первый элемент которого –число столбцов, второй – число строк массива.
Ввести в рабочее поле вектор текущего времени при записи сигнала, имеющий приращение времени равное периоду дискретизации и длину равную длине вектора отсчетов данных.
Вывести график считанного сигнала с осью времени и убедиться в правильности считывания данных.
Выполнить прямое преобразование Фурье над вектором отсчетов, выполнив команду y=fft(x); где: y- вектор дискретного спектра.
Получить абсолютные значения амплитуд спектральных составляющих, выполнив над вектором спектра операцию m=abs(y); , где: m- вектор абсолютных значений дискретного спектра.
Ввести вектор текущей частоты от 0 до 1/T с шагом 1/NT.
Получить график спектра с осью частот, используя функцию plot.
Определить частотные составляющие спектра сигнала.
Удалить отдельные составляющие спектра по указанию преподавателя.
Выполнить обратное преобразование Фурье командой x1=ifft(y);
Построить график функции x1 и сравнить с исходной функцией.
Перегруппировать элементы вектора, чтобы низкочастотные компоненты оказались в центре графика. Для этого используется команда y1=fftshift(y);.
Построить перестроенный график с осью частот.
Провести спектральный анализ сигналов записанных при выполнении лабораторных работ № 4 и 5.
Объяснить полученные результаты.
Отчет должен содержать название работы, цель работы, программу, полученные спектры.
6.4. Контрольные вопросы
Как выбрать частоту дискретизации при спектральном анализе?
Как связана дискретная частота с реальной частотой сигнала?
Как изменится спектр при увеличении в два раза частоты квантования сигнала при вводе?
Как по полученным экспериментальным данным определить спектр?
Как определить частоту Найквиста?
6.5. Литература
Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов – Спб.: Питер,2003.-608 с.
Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.- 541с.
Остем К., Виттенмарк Б. Системы управления сЭВМ: Пер. с англ.- М.: Мир, 1987.- 480с.
Н.Н. Мартынов, А.П. Иванов MATLAB 5.х. Вычисление, визуализация, программирование – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000. – 336 с.
7. Лабораторная работа № 7