Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Используя блок-схему собрать в Matlab/Simulink эквивалентную реализацию системы Д-модуляции.

Рисунок 1 - Эквивалентная реализация системы дельта-модуляции

Длительность информационного символа = 0.5/20 мкс

Информационная частота f_инф = 40 МГц

Частота Доплера информационная Дf_инф =200 Гц

Промежуточная частота f_пч = 400МГц

Частота Доплера на промежуточной частоте Дf_пч = 4 кГц

Частота несущей f_нес = 3 ГГц

MATLAB - высокоуровневый интерпретируемый язык программирования, включающий основанные на матрицах структуры данные, широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектно-ориентированные возможности и интерфейсы к программам, написанным на других языках программирования.

Аналоговый сигнал -- сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений

Цифровой формат -- тип сигналов и форматов данных в электронике, использующих дискретные состояния (в отличие от аналогового сигнала, использующего непрерывные изменения сигнала).

Импульсно-кодовая модуляция - метод передачи непрерывных функций при помощи двоичного кода.

Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция -- это метод кодирования сигнала, который основывается на импульсно-кодовой модуляции , но использует дополнительные возможности для компактного представления, основываясь на прогнозировании отсчётов сигнала.

Дельта-модуляция -- способ преобразования аналогового сигнала в цифровую форму.^[11] кодовый модуляция квантователь импульсный

Дискретизация - процесс превращения непрерывного сигнала в цифровой, путем измерения числовых значений амплитуды сигнала через равные интервалы времени.

ВВЕДЕНИЕ

Библиотека блоков SimPowerSystems является одной из множества дополнительных библиотек Simulink ориентированных на моделирование конкретных устройств. SimPowerSystems (SPS) содержит набор блоков для имитационного моделирования электротехнических устройств. В состав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропередачи и т.п. оборудования. Имеется также раздел содержащий блоки для моделирования устройств силовой электроники, включая системы управления для них. Используя специальные возможности Simulink и SPS, пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и выполнять различные виды анализа таких устройств. В частности, пользователь имеет возможность рассчитать установившийся режим работы системы на переменном токе, выполнить расчет импеданса (полного сопротивления) участка цепи, получить частотные характеристики, проанализировать устойчивость, а также выполнить гармонический анализ токов и напряжений.

Несомненным достоинством SPS-модели является то, что сложные электротехнические системы можно моделировать, сочетая методы имитационного и структурного моделирования. Например, силовую часть полупроводникового преобразователя электрической энергии можно выполнить с использованием имитационных блоков SPS, а систему управления с помощью обычных блоков Simulink, отражающих лишь алгоритм ее работы, а не ее электрическую схему. Такой подход, в отличие от пакетов схемотехнического моделирования, позволяет значительно упростить всю модель, а значит повысить ее работоспособность и скорость работы. Кроме того, в модели с использованием блоков SPS можно использовать блоки и остальных библиотек Simulink, а также функции самого MATLAB, что дает практически не ограниченные возможности для моделирования электротехнических систем.

Библиотека SPS достаточно обширна. В том случае, если все же нужного блока в библиотеке нет, пользователь имеет возможность создать свой собственный блок как с помощью уже имеющихся в библиотеке блоков, реализуя возможности Simulink по созданию подсистем, так и на основе блоков основной библиотеки Simulink и управляемых источников тока или напряжения.

Таким образом, SPS в составе Simulink на настоящее время может считаться одним из лучших пакетов для моделирования электротехнических устройств и систем. ^[5]

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ

Дельта-модуляцию можно рассматривать как простейшую форму дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, в которой используется двухуровневый (1-битовый) квантователь в соединении с фиксированным предсказателем первого порядка.^[12]

В каждый момент отсчёта сигнал сравнивается с пилообразным напряжением на каждом шаге дискретизации. Если отсчёт сигнала превышает по амплитуде пилообразное напряжение, то последнее нарастает до следующей точки дискретизации, в противном случае оно спадает. В простейшей системе наклон пилообразного напряжения сохраняется неизменным на всём протяжении процесса. Полученный бинарный сигнал можно рассматривать как производную от пилообразного напряжения. Выбирая достаточно малым значение шага Д, можно получить любую заданную точность представления сигнала. ^[7]

При ДМ по каналу связи передаётся не абсолютное значение сигнала, а разность между исходным аналоговым сигналом и аппроксимирующим напряжением (сигнал ошибки). По сравнению со своими вечными конкурентами, ИКМ и АДИКМ, дельта-модуляция характеризуется меньшей сложностью технической реализации, более высокими помехозащищённостью и гибкостью изменения скорости передачи.

Преимущество дельта-модуляции по сравнению, например, с ИКМ, которая также генерирует бинарный сигнал, заключается не столько в реализуемой точности при заданной частоте дискретизации, сколько в простоте реализации. ^[8]

Кодер аппроксимирует сигнал посредством линейной ступенчатой функции. Для относительно хорошей аппроксимации сигнал должен меняться медленно относительно скорости стробирования. Это требование подразумевает, что скорость стробирования должна быть в несколько раз (не меньше 5) больше скорости Найквиста. При заданной скорости стробирования характеристика качества кодера ДМ ограничена двумя видами искажений. Одно называется перегрузкой по наклону. Оно вызывается размером шага, который слишком мал, чтобы следить за сигналом, имеющим крутой наклон. Второй тип искажений, названный шумом дробления, возникает от использования размера шага, который слишком велик для сигнала, имеющего малый наклон. Необходимость минимизации обоих видов искажения приводит к противоречивым требованиям для выбора размера шага. Решение сводится к выбору шага который минимизирует сумму средних квадратов от двух видов искажений.

Даже если размер шага оптимизирован для минимизации общего среднего квадрата ошибки по наклону и шуму дробления, рабочая характеристика кодера с ДМ может всё ещё остаться неудовлетворительной. Альтернативное решение заключается в выборе переменного размера шага квантования, который адаптируется к кратковременным характеристикам сигнала источника, т.е. размер шага увеличивается, когда сигнал имеет крутой наклон, и уменьшается, когда сигнал имеет относительно малый наклон. ^[7]

2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ MATLAB

Модель дельта-модулятора состоит из блоков:

1) Bernoulli Binary Generator

2) Unipolar to Bipolar Converter

3) Digital Filter Design

4) Zero-Order Hold

5) Sum1

6) Sum2

7) Sum3

8) Sign

9) Unit Delay

10) Unit Delay1

11) Digital Filter Design1

Рисунок 2 - Модель эквивалентной реализации системы дельта-модуляции

Bernoulli Binary Generator - генератор случайной двоичной последовательности с распределением Бернулли. Используется для генерации случайных двоичных данных с заданными вероятностями «нулей» и «единиц».^[9]

Рисунок 3 - Параметры Bernoulli Binary Generator

Unipolar to Bipolar Converter (рис.4) - преобразует однополярный входной сигнал в биполярный. Если входной сигнал состоит из целых чисел от 0 до M-1, где М - параметр М-ary number, то выходной состоит из целых чисел в диапазоне от (М-1) до М-1.

Рисунок 4 - Параметры Unipolar to Bipolar Converter

Digital Filter Design (рис.5) - используется для создания полосового фильтра (Bandpass). С помощью этого фильтра входной сигнал ограничивается по спектру. (Fpass, Fstop - частоты полосы заграждения)

Рисунок 5 - Параметры Digital Filter Design

Zero-Order Hold (рис.6) - выполняет функцию стробирующего устройства. Осуществляет дискретизацию входного сигнала по времени. Блок фиксирует значение входного сигнала в начале интервала квантования и поддерживает на выходе это значение до окончания интервала квантования. Затем выходной сигнал изменяется скачком до величины входного сигнала на следующем шаге квантования. Параметр «Sample time» - величина шага дискретизации по времени

Рисунок 6 - Параметры Zero-Order Hold

Sum (рис.7) - выполняет вычисление суммы текущих значений сигналов.

Рисунок 7 - Параметры Sum

Sign (рис.8) - определяет знак входного сигнала. Если входной сигнал блока положителен, то выходной сигнал равен 1. Если входной сигнал блока отрицателен, то выходной сигнал равен -1. Если входной сигнал блока равен 0, то выходной сигнал также равен 0. Формируется выходная двоичная последовательность импульсов, которыми представляется знак разности между входным сигналом и сигналом обратной связи.

Рисунок 8 - Параметры Sign

Unit Delay (рис.9) - выполняет задержку сигнала. Initial conditions - начальное значение выходного сигнала (0).

Рисунок 9 - Параметры Unit Delay

Digital Filter Design 1 (рис.10) - фильтр нижних частот (ФНЧ). При прохождении через этот фильтр ступенчатая форма сигнала сглаживается. Response Type - тип фильтра (Lowpass)

Рисунок 10 - Параметры Digital Filter Design 1

Scope 1 (рис.11) и Scope (рис.12) - осцилографы. Выводят изображения сигнала.

Рисунок 11 - Осцилограммы Scope 1

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения курсовой работы в Matlab/Simulink была собрана эквивалентная реализация системы дельта-модуляции. Преимущество дельта-модуляции по сравнению, например, с ИКМ, которая также генерирует бинарный сигнал, заключается в простоте реализации и примененя в электротехнических устройствах.

Выбор переменного размера шага квантования, который адаптируется к кратковременным характеристикам сигнала источника, решает проблему перегрузки по наклону и шума дробления.^[13]

Размещено на Allbest.ru