离散时间系统的稳定性分析.doc
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沈阳理工大学课程设计专用纸
目录
1引言.............................................................1
2虚拟仪器开发软件LabVIEW8.2入门..................................3
2.1Labview介绍................................................3
2.2利用LabVIEW编程完成习题设计................................4
3利用LabVIEW实现离散时间系统的稳定性分析......................23
3.1离散时间系统的稳定性分析的基本原理..............................23
3.2离散时间系统稳定性的编程设计及实现........................24
3.3运行结果及分析..............................................25
4结论.........................................................27
5参考文献......................................................27
1.引言
随着现代科学技术的飞速发展,电子、电力电子、电气设备应用越来越广泛,它们在运行中产生的高密度、宽频谱的电磁信号充满整个空间,形成复杂的电磁环境。
复杂的电磁环境要求电子设备及电源具有更高的电磁兼容性。
于是抑制电磁干扰的技术也越来越受到重视。
接地、屏蔽和滤波是抑制电磁干扰的三大措施,下面主要介绍在电源中使用的EMI滤波器及其基本原理和正确应用方法。
电子设备的供电电源,如220V/50Hz交流电网或115V/400Hz交流发电机,都存在各式各样的EMI噪声,其中人为的EMI干扰源,如各种雷达、导航、通信等设备的无线电发射信号,会在电源线上和电子设备的连接电缆上感应出电磁干扰信号,电动旋转机械和点火系统,会在感性负载电路内产生瞬态过程和辐射噪声干扰;还有自然干扰源,比如雷电放电现象和宇宙中天电干扰噪声,前者的持续时间短但能量很大,后者的频率范围很宽。
另外电子电路元器件本身工作时也会产生热噪声等。
这些电磁干扰噪声,通过辐射和传导耦合的方式,会影响在此环境中运行的各种电子设备的正常工作。
另一方面,电子设备在工作时也会产生各种各样的电磁干扰噪声。
比如数字电路是采用脉冲信号(方波)来表示逻辑关系的,对其脉冲波形进行付里叶分析可知,其谐波频谱范围很宽。
另外在数字电路中还有多种重复频率的脉冲串,这些脉冲串包含的谐波更丰富,频谱更宽,产生的电磁干扰噪声也更复杂。
各类稳压电源本身也是一种电磁干扰源。
在线性稳压电源中,因整流而形成的单向脉动电流也会引起电磁干扰;开关电源具有体积小,效率高的优点,在现代电子设备中应用越来越广泛,但是因为它在功率变换时处于开关状态,本身就是很强的EMI噪声源,其产生的EMI噪声既有很宽的频率范围,又有很高的强度。
这些电磁干扰噪声也同样通过辐射和传导的方式污染电磁环境,从而影响其它电子设备的正常工作。
2虚拟仪器开发软件LabVIEW8.2入门
2.1Labview介绍
LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。
传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序,LabVIEW则采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定VI及函数的执行顺序。
VI指虚拟仪器,是LabVIEW]的程序模块。
LabVIEW提供很多外观与传统仪器(如示波器、万用表)类似的控件,可用来方便地创建用户界面。
用户界面在LabVIEW中被称为前面板。
使用图标和连线,可以通过编程对前面板上的对象进行控制。
这就是图形化源代码,又称G代码。
LabVIEW]的图形化源代码在某种程度上类似于流程图,因此又被称作程序框图代码。
LabVIEW(LaboratoryVirtualinstrumentEngineeringWorkbench)是一种图形化的编程语言的开发环境,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。
它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。
这是一个功能强大且灵活的软件。
利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器,其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
图形化的程序语言,又称为“G”语言。
使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是流程图或框图。
它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念,因此,LabVIEW是一个面向最终用户的工具。
它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力,提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。
使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时,可以大大提高工作效率。
2.2利用LabVIEW编程完成习题设计
2.2.1习题2.1
写一个类似于左图的正弦波发生器,要求频率和幅度可调
2.2.2习题3.1
新建一个VI,进行如下练习:
任意放置几个控件在前面板,改变它们的位置、名称、大小、颜色等等。
在VI前面板和后面板之间进行切换,并排排列前面板和后面板窗口
2.2.3习题3.2
编写一个VI求三个数的平均值,如右图所示。
要求对三个输入控件等间隔并右对齐,对应的程序框图控件对象也要求如此对齐。
添加注释,分别用普通方式和高亮方式运行程序,体会数据流向。
单步执行一遍
2.2.4习题4.1
写一个VI判断两个数的大小,如右图所示:
当A>B时,指示灯亮
2.2.5习题4.2
写一个VI获取当前系统时间,并将其转换为字符串和浮点数。
这在实际编程中会经常遇到。
2.2.6习题4.3
写一个温度监测器,如右图所示,当温度超过报警上限,而且开启报警时,报警灯点亮。
温度值可以由随即数发生器产生。
2.2.7习题4.5
给定任意x,求如下表达式的值
2.2.8习题5.1
利用顺序结构和timing面板下的tickcountVI,计算for循环产生一个长度为20000点的随机波形所需的时间。
2.2.9习题5.2
为第4章习题4添加一个While循环和定时器,实现连续的温度采集监测
2.2.10习题5.3
计算学生三门课(语文,数学,英语)的平均分,并根据平均分划分成绩等级。
要求输出等级A,B,C,D,E。
90分以上为A,80~89为B,70~79为C,60~69为D,60分以下为E。
2.2.11习题6.1
为第5章的习题2连续温度采集监测添加报警信息,如下图所示,当报警发生时输出报警信息,例如“温度超限!
当前温度78.23℃”,正常情况下输出空字符串。
2.2.12习题6.2
将一些字符串和数值转换成一个新的输出字符串,输出的字符串GPIB命令字符串,他可以用来与串口仪器进行通信,如图
2.2.13习题6.3
用for循环创建一个数组,并用图形显示输出的数组。
如下图所示:
2.2.14习题6.4
利用簇模拟汽车控制,如右图所示,控制面板可以对显示面板中的参量进行控制。
油门控制转速,转速=油门*100,档位控制时速,时速=档位*40,油量随VI运行时间减少。
2.2.15习题7.1
利用随机数发生器仿真一个0到5V的采样信号,每200ms采一个点,利用实时趋势曲线实时显示采样结果。
2.2.16习题7.2
在习题1的基础上再增加1路电压信号采集,此路电压信号的范围为5到10V。
2.2.17习题7.3
利用随机数发生器仿真一个0到5V的采样信号,每200ms采一个点,共采集50个点,采集完后一次性显示在WaveformGraph上。
2.2.18习题7.4
在习题3的基础上再增加1路电压信号采集,此路电压信号的范围为5到10V,采样间隔是50ms,共采100个点。
采样完成后,将两路采样信号显示在同一个WaveformGraph中。
3利用LabVIEW实现离散时间系统稳定性分析的设计
3.1离散时间系统稳定性的基本原理
一个线性时不变系统在时域中可以用线性常系数差分方程来描述。
此差分方程的一般形式为
若x(n)是因果序列,且系统处于零状态,此时,由上式的Z变换得到:
Y(z)·=X(z)·
于是:
H(Z)==
离散时间系统稳定性分析
设离散时间系统的系统函数H(z)=b(z)/a(z),其中
a(z)=
b(z)=
规定b0=1
使a(z)=0的点为系统的极点。
当极点全部位于单位圆内时,系统稳定。
反之,则系统不稳定。
利用LabVIEW的解方程控件求出a(z)=0这个方程的根,即求出了系统的极点。
判断极点的绝对值是否小于1。
若小于1,则系统稳定;反之,系统不稳定。
调节参数a(z)和b(z),观察系统的稳定性变化并进行分析。
参数b(z)对稳定性有无影响?
3.2离散时间系统稳定性分析的编程设计及实现
首先在Labview软件下的前面板设计一个显示器,用来显示零极点的分布;左边放置两个数组控件,用来做输入端;同时下端有个LED灯,绿色代表稳定系统,红色代表系统不稳定;
前面板
后面板
3.3运行结果及分析
运行结果一:
分析:
系统有极点不在圆内,故系统不稳定
运行结果二:
分析:
因为零极点全在单位圆内,故系统稳定
4结论
对我来说本次实验最难的地方就是怎么产生两个方波序列,经过查阅大量LabVIEW资料,我知道了怎么产生噪声。
其次比较困难的地方是怎么进行演示过程,其实产生演示过程最主要是把移位过程分为三步,独立考虑每一步是怎么进行的,最后让波形连续的移动并显示在波形图中。
此次实验对我来说特别有意义,让我对LabVIEW的学习更加感兴趣,虽然课设设计的不是太完美,但是通过自己的努力和老师耐心的指导最后还是成功的完成。
我感到特别的欣慰,特别的有成就感。
在此感谢老师!
5参考文献
作者:
陈锡辉.《Labview8.20程序设计从入门到精通》
【2】零点工作室,刘刚,王立香,张连俊.Labview8.20中文版编程及应用.北京:
电子工业出版社,2008
【3】【美】RobertH.Bishop著,乔瑞萍,林欣,等译,朱世华审校.Labview8实用教程.北京:
电子工业出版社,2008
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