Коммерциялы емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

Инженерлік кибернетика кафедрасы

АқПАРАТТЫң қОЛДАНБАЛЫ ТЕОРИЯСЫ

Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

050702 – Автоматтау және басқару мамандығының студенттері үшін

Алматы 2006

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Ю. В. Шевяков, Ш.М.Байматаева. Ақпараттың қолданбалы теориясы. Зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар 050702 – Автоматтандыру және басқару мамандығының студенттері үшін - Алматы: АЭжБИ, 2006.-43 б.

Байланыс, басқару және бақылау жүйелерінде сигналдарды цифрлы өңдеу әдістерінің маңызы зор және біршама классикалық аналогты әдістерді ауыстырады. Ақпараттың қолданбалы теориясы пәнінен зертханалық жұмыстарға әдістемелік нұсқауларда курстың негізгі тарауларынан материалдардан тұрады. Бірінші жұмыста типтік процестердің (сигналдардың) және MatLAB ортасында олардың спектрлік талдауын қалыптастыру әдістері берілген. Басқалары «SystemView» дискретті сигналдарды беруді жобалау жүйесі пакеті көмегімен модельдеуге негізделген. «SystemView» бағдарламасы байланыс жүйелерін, сигналдарды цифрлы өңдеу және оларды талдау құралдарын интуитивті түсінікті түрде қолдануға мүмкіндік береді.

Пікірші: техн. ғыл. канд., доц. Ибраева Л.Қ.

«Алматы энергетика және байланыс институты» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2006 жылғы жоспары бойынша басылады.

с КЕАҚ «Алматы энергетика және байланыс институты», 2006 ж.

1 № 1 зертханалық жұмыс. Дискретті сигналдардың спектрін зерттеу

Жұмыстың мақсаты: дискретті сигналдардың спектрлік құрамын анықтауда сигналдарды алу әдістерімен танысу.

1.1 Үйге тапсырма

1.1.1 Зертханалық жұмысты орындамас бұрын, сигналдардың спектрлер және сигналдардың спектрлік сипаттамалары бойынша берілген әдебиет бойынша теориялық мәліметтерді оқу.

1.1.2 Зертханалық жұмысқа тапсырма және әдістемелік нұсқауды оқу.

1.1.3 Бақылау сұрақтарына жауап беру.

1.2 Жұмысты өткізу әдісі

1.2.1 Кейбір импульсті процестерді қалыптастыру

MatLAB жүйесінде типтік формалардың кейбір бірлік импульсті процестері бар мәліметтер тізбегін құратын бірнеше процедуралар бар. rectpuls процедурасы төртбұрышты формалы бір импульсті қалыптастырады.

y=rectpuls(t,w)

1-мысал. MatLAB ортасында төртбұрышты формалы импульсті қалыптастыру (1.1-сурет):

» Ts=0.01; % уақыт дискретасы

» t=0:Ts: 4;% дискретті уақыт

» A=4; % амплитуда

» T=2; % импульс ұзақтығы

» y=A*rectpuls(t-2, T);

» plot(t, s)

» ylim([0 4.5]) % шектеулер

» grid, xlabel('t'), ylabel('y(t) шығыс процесі');

» title('RECTPULS процедурасын қолдану мысалы')

1.1 – сурет. RECTРULS процедурасын қолдану

Бірлік амплитудалы үшбұрышты импульсті қалыптастыру үшін

y=tripuls(t,w,s).

y, t және w аргументтерінің мәні жоғарыдағы тапсырмадағыдай . S аргументі (-1<s<1) үшбұрыштың көлбеуін анықтайды. Егер s=0 көрсетілмесе, үшбұрышты импульс симметриялы.

Гаусс функциясымен модульденген синусоида қалыптастыру үшін gauspuls функциясы қолданылады

y=gauspuls(t,fc,bw).

Бұл процедура берілген сигналдың бірлік амплитудалы, fc Гц жиілікпен өзгеретін синусоидамен және сигналдың жиілік жолағының bw енімен өзгеретін мәндер векторын құрады. Егер 2 соңғы аргумент көрсетілмесе, олардың мәні сәйкес 1000 және 0,5 Гц тең болады.

1.2.2 Төртбұрыш, үшбұрыш және гаусстық импульстер тізбегін қалыптастыру

pulstran процедурасы төртбұрыш, үшбұрыш және гаусстық импульстер тізбегі болатын тербелістерді қалыптастырады. Оған қаратпа

y=pulstran(t,d,’func’,p1,p2,...).

Мұндағы d сәйкес импульстердің орталығы болатын уақыт моменттерінің векторлар мәнін анықтайды; func параметрі импульстердің формасын анықтайды және келесі мәндері болуы мүмкін: tripuls (үшбұрышты импульс үшін), rectpuls (төртбұрышты импульс үшін) және gauspuls (гаусстық импульс үшін); p1,p2,... параметрлері импульстің осы импульсті анықтайтын процедураға қаратпа формасына сәйкес керекті параметрлерін анықтайды.

2-мысал. Төртбұрыш импульсті тізбек үшін pulstran процедурасын қолдану мысалы:

» Ts=0.01; T=5; n=5; A=0.45; w=0.3;

» t=0:Ts:T;

» d=[0:T/n:T]';

» y=A*pulstran(t, d, 'rectpuls',w);

» plot(t,y), grid

» ylim([0 0.5])

» xlabel('Уақыт (с)'),ylabel('Шығыс процесі Y(t)');

» title('Y(t)=0.75*PULSTRAN(t,d,"rectpuls",3)')

Нәтижесі 1.2-суретте көрсетілген:

1.2 - сурет

1.2-сурет

1.2.3 Спектрлі анализ мысалы

Спектрлер тура және кері Фурье түрлендірулері көмегімен жасалады (дискретті Фурье бейнеленуін табу). MatLAB ортасында бұл процедуралар fft болып белгіленеді (тура Фурье түрлендіруі) және ifft (кері Фурье түрлендіруі). fft процедурасы көмегімен процестің тікелей Фурье бейнелеуін алуға болмайды. Ол үшін:

- Fft процедурасы нәтижесіне алынған вектордың бірінші және екінші жартысын ауыстыратын fftshift процедурасын қолдану;

- жиілік векторын қайта жасау.

3-мысал. Төртбұрышты импульстің Фурье-бейнеленуі (спектр)

Бір төртбұрыш импульстен тұратын процесс қалыптастырайық. Уақыт дискретін Ts=0.01 с, процестің ұзақтығын T=20 с, импульс амплитудасын A=0.75 және оның ені w=0.2 берілген:

» A=0.75; % амплитуда

» Ts=0.01; % уақыт дискретасы

» w=0.2; % импульс ені

» T=5; % процестің ұзақтығы

» t=0:Ts:T; % дискретті уақыт

» y=A*rectpuls(t-T/2{ T/2 есептеу},w);

» x=fft(y); df=1/T; Fmax=1/Ts;

» f=0:df:Fmax; a=abs(x);

» xp=fftshift(x);

» f1=-Fmax/2:df:Fmax/2;

» b=abs(xp);

» subplot(3,1,1), plot(t,y), grid

» xlabel('t'), ylabel('s(t)')

» subplot(3,1,2), plot(f,a), grid

» xlabel('w'), ylabel('s(w)')

» subplot(3,1,3), plot(f1,b), grid

» xlabel('w'), ylabel('S(w)')

1.3-суретте төртбұрыш импульс, төртбұрыш импульсті fft түрлендіру

модулі (нәтиже модулінің жиіліктен байланыс графигі) және төртбұрыш импульстің спектрі (Фурье бейнеленуі процесінің модулі графигі) бейнеленген.

1.3-сурет

1.1-кесте Тапсырмалар варианты

Вариант№	1	2	3	4	5	6	7
T, с	5	6	4	5	6	4	5
A, мм	0,5	0,65	0,6	0,65	0,55	0,6	0,5
Ts, с	0,01	0,02	0,01	0,04	0,02	0,03	0,02
N	5	6	5	6	5	6	5

Вариант№	8	9	10	11	12	13	14
T, с	6	4	5	6	4	5	6
A, мм	0,6	0,75	0,65	0,75	0,65	0,5	0,6
Ts, с	0,01	0,02	0,03	0,02	0,01	0,02	0,03
N	6	5	6	5	6	5	6

Дөңгелек жиілігі w=1/T формуласымен табылады.

1.3 Бақылау сұрақтары

1.3.1 Сигнал дегеніміз не?

1.3.2 Детерминирленген және кездейсоқ сигналдар, олардың айырмашылығы.

1.3.3 Сигналдың қайталану жиілігі f және период Т қандай байланыста? Дөңгелек жиілігі щ сигналдың қайталану жиілігінен f қалай байланысады?

1.3.4 Амплитудалы және фазалы спектрлердің анықтамасы.

1.3.5 Спектрдің тиімді ені дегеніміз не?

1.3.6 Сигналдың базасы дегеніміз не?

1.3.7 Сигналдың базасы бірден кем бола ма? Неге?

1.3.8 Қандай сигнал кеңжолақты деп аталады?

2 № 2 зертханалық жұмыс. Дискретті сигналдарды қалыптастыру

2 – 4 зертханалық жұмыстарды орындағанда «SystemView» пакеті қолданылады. «SystemView» пакеті:

– күрделі цифрлы сигналдарды қолданатын кеңжолақты байланыс жүйелерінің модельдерін жасайтын;

- олардың әртүрлі кедергі және шу жағдайындағы тәртібін талдау;

– цифрлы адаптивті фильтрлер жұмысының алгоритмдерін жасау

шексіз мүмкіншілігі бар қуатты интегралданған жобалау ортасы. Бағдарламаның қолданушы интерфейсі қарапайым және интуитивті. Пакет негізін барлық функционалды блоктар модельдерімен қамтамасыздандыратын әртүрлі арнайы кітапханалар қосылатын базалық модуль құрайды. 2.1 суретте «SystemView» модельдеу терезесі көрсетілген. Терезенің негізгі элементтері: инструменттер панелі, жағдай жолы, және модельдер панелі. Мәзір жолы келесі функцияларды көрсетеді: File (Файл), Edit (Түзету), View (Түр), Preferences (Қасиеттері), NotePads (Блокноттар), Connections (Қосулар), Compiler (Компилятор), System (Жүйе), Tokens (Модельдер), Tools (Инструменттер), и Help (Анықтама).

Инструменттер панелі келесі функцияларды орындайтын кнопкалардан тұрады:

- жобалау терезесінде модельдер немесе модельдер тобымен басқару;

- модельдеуді жіберу және тоқтату;

- талдау терезесіне және басқа сервисті функцияларға қаратпа жасау.

Кітапханалар панелі модельдер немесе модельдер тобымен әртүрлі іс әрекеттер орындау үшін қолданылады. Таңдалған модельді ауыстыру үшін:

- тышқан көмегімен керекті кнопканы басу;

- алынған модельмен тышқанды басу күйінде курсорды ауыстыру.

Панель инструментінің және кітапханалар панелінің әр кнопкасы үшін қысқаша ақпарат бар. Ақпаратты көру үшін көрсеткіштерді керекті кнопкаға әкелу керек (2.1-сурет).

Жағдай панелі

Инструменттер панелі

Модельдер кітапханасы панелі

Мәзір жолы

2.1-сурет

Әдістемелік жұмыстарда қолданылатын барлық сұлбалар C:\ПТИ\... каталогында орнатылған.

Модельдеуді орындау үшін белгілі модельдерді біріктіріп жаңа жоба құру керек немесе бар жобаны ашу керек. Жобаны ашу үшін “File“ (Файл) мәзірін қолданып “Open Existing System“(Жобаны ашу) таңдау керек. Экранда алынған құрылғы немесе жүйе шығады.

Модельдеу процесін орындау үшін Run (Пуск) кнопкасын басу керек. Модельдеу барысында төменгі сол жақ бұрышта модельдеу қай кезеңде екенін көрсететін алмасатын жолақ пайда болады.

Модельдеу нәтижелері талдау терезесінде пайда болады. Талдау терезесіне көшу үшін инструменттер панеліндегі Analysis Window (Талдау терезесі) кнопкасын басу керек. Окно Analysis Window (Талдау терезесі) алынған мәліметтерді зерттеу және талдаудың негізгі терезесі болып табылады. «SystemView» де зерттелетін жүйені оқып үйренуге керекті көптеген функциялар бар. Талдау терезесі 2.2-суретте көрсетілген.