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最新信號與系統實驗仿真系統的設計——連續(xù)系統分析模塊-在線瀏覽

2024-08-09 02:44本頁面
  

【正文】 過程的、且具有一定邏輯關系或數量關系的仿真模型,據此進行試驗或定量分析,以獲得正確決策所需的各種信息。尤其當系統無法通過建立數學模型求解時,仿真技術能有效地來處理。它和現實系統實驗的差別在于,仿真實驗不是依據實際環(huán)境,而是作為實際系統映象的系統模型以及相應的“人造”環(huán)境下進行的。第三,系統仿真可以比較真實地描述系統的運行、演變及其發(fā)展過程。尤其是對一些復雜的隨機問題,應用仿真技術是提供所需信息的唯一令人滿意的方法。(3)通過系統仿真,可以把一個復雜系統降階成若干子系統以便于分析。系統仿真的基本方法是建立系統的結構模型和量化分析模型,并將其轉換為適合在計算機上編程的仿真模型,然后對模型進行仿真實驗。 發(fā)展趨勢屏棄單專業(yè)的仿真單一專業(yè)仿真將退出系統設計的領域,專注于單一專業(yè)技術的深入發(fā)展。跟隨計算技術的發(fā)展隨著計算技術在軟硬件方面的發(fā)展,大型工程軟件系統開始有減少模型的簡化、減少模型解藕的趨勢,力爭從模型和算法上保證仿真的準確性。在高性能計算方面,將支持包括并行處理、網格計算技術和高速計算系統等技術。同時,在時間尺度上支持全開發(fā)流程的仿真要求,在空間尺度上支持不同開發(fā)團隊甚至是交叉型組織架構間的協同工作以及數據的管理。其特征是功能涵蓋了現代工業(yè)領域的主要系統仿真需求,并與其他主流軟件工具通過接口或后臺關系數據庫級別的數據交互,有協同工作的能力;軟件自身的技術進展迅速,具有強大的發(fā)展后勁。這些工具將在某些具體的專業(yè)領域提供深入研究的特殊支持,如開發(fā)特殊的庫或模型,專注于具有鮮明行業(yè)特征的技術,滿足特殊的行業(yè)標準。智能化將引進更加友好的操作界面,智能化的求解器及模型管理。提供易學易用的強大工具。豐富的二次開發(fā)選項提供源代碼級的二次開發(fā)支持,開放的架構滿足不同用戶的專業(yè)開發(fā)要求。這已經是目前許多研發(fā)單位開發(fā)專有技術的標準方式。這種技術將成為用戶在實現知識和技術組織內共享和傳承的同時,保護自身知識產權的必然選擇。以前的信號模擬是通過硬件,對儀器和實驗室的要求較高,不便于廣泛應用,而且信號處理具有內容繁多、概念抽象、設計復雜等特點,學生在學習時常常會感到枯燥,難以理解和掌握。 可行性分析系統的可行性分析包括技術可行性、經濟可行性和操作可行性。通過開發(fā)人員的文獻調查,對于MATLAB做用戶圖象界面和信號模擬所涉及到的技術問題進行細致的分析,很大一部分可以使用電子信息工程的專業(yè)知識進行構建,其他的部分則可以通過自學,調用已經開發(fā)好的一些功能模塊來完成課題涉及到的技術要求。操作可行性MATLAB程序流程簡單明了,開發(fā)率高,并且能夠結合其他多種開發(fā)工具,共同實現系統模擬功能。從可操作性的角度來講,完全可行。對連續(xù)系統,變換域分析即頻域分析和復頻域分析,而對離散系統,則為Z域分析。系統整體結構如圖21所示:信號與系統虛擬實驗系統信號實驗系統實驗連續(xù)時間信號離散時間信號信號的產生與表示時域運算、卷積傅里葉變換拉普拉斯變換信號的產生與表示時域運算、卷積和Z變換連續(xù)時間系統離散時間系統系統時域分析系統頻域分析系統S域分析系統時域分析系統Z域分析圖21 系統總模塊結構框圖 連續(xù)系統分析的模塊介紹本文主要是針對以MATLAB為軟件平臺的信號系統實驗平臺的設計,用MATLAB語言編程開發(fā)一個適合小型的信號系統實驗平臺,方便學生學習。連續(xù)系統頻率特性的分析與實例。連續(xù)系統的仿真系統的設計。3 設計開發(fā)環(huán)境介紹系統仿真設計的開發(fā)環(huán)境包括開發(fā)語言與開發(fā)工具。 MATLAB MATLAB(MATrix LABoratory)語言是美國的Cleve Moler博士構思并開發(fā)集命令翻譯、科學計算于一身的一套交互式軟件系統,是目前國際工程控制界應用最廣、最流行的一種控制系統計算機輔助設計的軟件工具,它集成了計算功能,符號運算,數據可視化等功能,具有功能強大、界面友好、配套工具箱完善等特點,其SIMULINK仿真環(huán)境及S函數的應用為我們提供了有效實用的設計方法,該軟件先前的版本與Visual C++和Visual Basic等可視化編程軟件相比功能較差,但是新版的MATLAB ,其可視化編程能力有了很大程度的提高。提供了更為直觀,符合人們思維習慣的代碼,現簡單介紹該軟件的主要特點。在程序設計中該軟件對代碼的書寫形式沒有很嚴格的限制,同時利用豐富的庫函數簡化了子程序的編寫任務,利用極其豐富的庫函數可以使程序開發(fā)避免繁雜的子程序編程任務避免了一些不必要的錯誤,提高了程序的可靠性。MATLAB提供了和C語言一樣多的運算符,使用這些運算符可使程序短小、靈活。使得界面編程更加自由,方便。用戶無須對矩陣進行預定義就可以使用,對數組和變量的應用也得到很大程度的擴展。分門別類的工具箱是該軟件的又一大特點。這些工具箱都是該學科的高水平的專業(yè)人士所編,所以用戶可以直接使用,提高了編程效率。開放性的代碼是該軟件最受歡迎的另一大特點。所以MATLAB語言被稱為第四代編程語言。本文利用MATLAB的GUIDE工具箱設計并實現了數字信號處理教學實驗系統的圖形用戶界面GUI、實驗主界面和實驗子界面。通過該實驗系統,將MATLAB軟件與多媒體硬件相結合,形成一種新的計算機輔助教學方式,有助于提高學生學習的效率,幫助學生理解課堂數學理論。如圖31所示:圖31 創(chuàng)建GUI新建并且保存后,會生成相應的fig文件和m文件??梢允褂脤傩跃庉嬈鱽碓O置屬性,如圖32所示:圖32 控件屬性 寫回調函數callback如果控件是按鈕,那點擊按鈕時,則按鈕下的callback就會執(zhí)行;如果是滑塊,則拖動滑塊時,滑塊名下的callback就會執(zhí)行;總之,就是對控件默認操作時,MATLAB后臺就會自動調用它名下的callback。例如按鈕被按下時發(fā)生,下拉框改變值時發(fā)生,sliderbar拖動時發(fā)生等等。其中,連續(xù)系統的時域分析主要介紹系統的零狀態(tài)響應,頻域分析主要介紹系統的頻率特性,復頻域分析主要介紹系統的零極點分布與穩(wěn)定性。 連續(xù)系統的時域分析在時域,可以用微分方程來表示連續(xù)系統。連續(xù)信號輸出響應包括零輸入響應和零狀態(tài)響應。零狀態(tài)響應是當沒有初始狀態(tài)作用時由系統的輸入信號決定系統的輸出響應,在求解系統響應過程中,對零狀態(tài)響應的求解很困難,容易出現錯誤。例:已知描述某連續(xù)系統的微分方程為2y’’(t)+y’(t)+8y(t)=f(t)試用MATLAB繪出該系統的沖激響應和階躍響應的波形。 b=[1]。 subplot(1,2,1) impulse(b,a) %沖激響應 subplot(1,2,2) step
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