Signaler, filter, frekvensfunktion
Transcription
Signaler, filter, frekvensfunktion
Signaler, system och transformer Laboration 1 På den här laborationen ska ni bekanta er med MATLAB och Simulink som verktyg för att förstå och analysera signaler, filtrering och frekvensfunktioner. a) Konstruktion av en fyrkantvåg Skriv en m-fil som adderar ett antal sinuskomponenter till en fyrkantvåg! Använd lösningar från föreläsningarna. Lägg till en term i taget tills du tycker att antalet sinustermer är tillräckligt stort för att på ett tillräckligt bra sätt efterlikna en fyrkantvåg. Hur många termer tycker du behövs? Vilket ”fel” blir du aldrig av med oavsett antal medtagna termer? b) Använd Simulink för att studera effekterna av lågpassfiltrering Ni ska studera hur signaler sammansatta av såväl lågfrekventa som högfrekventa delar kan filtreras. I den här delen av laborationen ska ni börja använda Simulink. Börja med att starta MATLAB och starta simulink. >> simulink (eller ikon uppe i menyn) Ni kommer då till ”Simulink library browser”. Detta är biblioteket med alla tillgängliga ”byggstenar”. Om ni tex klickar på ”Sources” (källor) får ni upp ett antal möjliga insignaler. T ex ser ni nästan längst ner i detta bibliotek en sinussignal, ett steg och en signalgenerator. På motsvarande sätt kan ni klicka in på Sinks, Continuous och Math Operations för att se några av de vanligaste byggstenarna då man vill modellera och simulera olika fysikaliska verkligheter. Öppna en ny fil och leta reda på blocken ni ser nedan! Lågpassfiltret ”butter” (Butterworth-filter) hittar ni under ”DSP System Toolbox”, ”Filtering”, Filter Implementations”, ”Analog Filterdesign”. Välj i detta block Designmetod=Butterworth och Filter type= Lowpass. butter Sine Wave y Analog Filter Design To Workspace Add Sine Wave 1 Uniform Random Number t Clock To Workspace 1 Addera (mha add-blocket) nu två sinusvågor med frekvenserna f=1Hz och f=5Hz respektive. Båda med amplituden 1 enhet (dubbelklicka på var och en för att ställa in frekvens och amplitud). Sätt simuleringstiden till 5s och och anslut add-blocket (de adderade signalerna till blocket ”to workspace”. Anslut också klockan till ett workspace-block. Om ni som ovan kallar de erhållna variablerna för y resp t kan ni efter simuleringen se resultatet genom att i Command window skriva >> plot(t,y). Addera därefter också till lite brus (mha blocket ”uniform random number”). Sätt max- resp min-värde på bruset till -0.1 resp 0.1. Betrakta den resulterande signalen! Använd nu butterworthfiltret (med ordning =4 och lämpliga gränsfrekvenser. OBS med enheten rad/s!!) för att filtrera bort 1) allt utom den lågfrekventa sinussignalen 2) bruset Redovisa med erhållna figurer (plottar på utsignalerna) och valda gränsfrekvenser. c) Simulera frekvensegenskaperna hos ett första ordningens system. Antag en vattentank som har överföringsfunktionen ( ) . Insignalen är vattenflödet in och utsignal är nivån i tanken. Du ska mha Simulink studera effekterna av sinusformade insignaler på utsignalen. Gör för detta ändamål tre simuleringar: 1. Insignal= ( långsam variation) 2. Insignal= ( medelsnabb variation) 3. Insignal= (snabb variation) Beräkna och mät i erhållna figurer dämpning och fasförskjutning i alla tre fallen! Förklara skillnaderna i de tre fallen!